Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
TestoTesto
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Układ mierzący odległość od powierzchni wody

30 Cze 2013 19:14 4410 36
  • Poziom 7  
    Witam, wpadłem na pewien pomysł urządzenia, które mogłoby ułatwić wielu ludziom życie, niestety z elektroniką nie mam za wiele wspólnego i ciężko mi w ogóle ustalić czy mój pomysł ma szanse powodzenia chociażby od strony technicznej. Dlatego zwracam się z prośbą o pomoc do szanownego grona użytkowników Elektrody :).
    Koniec biadolenia, do rzeczy:
    Prosiłbym o informację czy istnieje możliwość zmierzenia odległości od powierzchni lustra wody za pomocą lasera (lub innego urządzenia) takiego jaki jest zainstalowany na przykład w dalmierzach laserowych? Chodzi o to czy woda nie ma za małej gęstości i wiązka przez nią po prostu nie "przeleci".
    P.S. Jeśli zły dział to proszę o przesunięcie, ten po prostu wydał mi się najodpowiedniejszy.
  • TestoTesto
  • Poziom 7  
    Dzięki za szybką odpowiedź. Napisałeś, że zależnie od cieczy stosuje się lasery lub ultradźwięki. A mógłbyś jeszcze sprecyzować co dokładnie do wody się stosuje? Bo w sumie tylko ta ciecz mnie interesuje.
  • Poziom 7  
    Zasięg nie wielki, od 80 cm do ok. 10 cm. Z racji tak małego zasięgu wymagana jest dość duża dokładność pomiaru. I druga dość ważna sprawa, odległość nie byłaby mierzona od spokojnej tafli wody ale od wzburzonej (pofalowanej).
  • TestoTesto
  • Użytkownik usunął konto  
  • Poziom 7  
    Niestety odpada. To musi być system nie ingerujący w żadnym stopniu w mierzoną ciecz. Dlatego wszelkiego rodzaju pływaki czy pomiary różnicy ciśnienia nie dadzą się w tym przypadku zastosować.
  • Użytkownik usunął konto  
  • Poziom 7  
    Mógłbyś opisać w trzech słowach na czym ten system w takim razie polega bo możliwe, że myślimy o dwóch różnych rzeczach :)
  • Poziom 13  
    Zobacz to:
    Link
    Na tej stronie są też pokazane czujniki ciśnienia i ich wykorzystanie do pomiaru poziomu.
  • Poziom 29  
    giepetto napisał:
    Żaden problem w przypadku pomiaru ciśnienia.

    Pod warunkiem że, zbiornik cieczy jest zamknięty ( szczelny ).
    Pozdrówka
  • Poziom 13  
    bobo napisał:
    giepetto napisał:
    Żaden problem w przypadku pomiaru ciśnienia.

    Pod warunkiem że, zbiornik cieczy jest zamknięty ( szczelny ).
    Pozdrówka
    Pomiar poziomu w tym wypadku odbywa się przez pomiar ciśnienia wywieranego przez ciecz na czujnik umieczony w dnie czy bardzo blisko dna. W tym wypadku nawet nie wskazana jest szczelność zbiornika. Dobrze jest mieć ewentualnie układ korygujący zmiany ciśnienia atmosferycznego.
  • Poziom 29  
    kasterian50 napisał:

    Prosiłbym o informację czy istnieje możliwość zmierzenia odległości od powierzchni lustra wody

    Czy tak trudno jest czytać ze zrozumieniem?
    Pozdrówka
  • Poziom 13  
    Fakt, ciężko będzie obliczyć odległość od powierzchni lustra wody znajac poziom cieczy w zbiorniku. ;)
  • Poziom 29  
    Pomiarów, od powierzchni lustra cieczy ( powierzchni morza lub oceanów ), dokonuje sie z pomocą satelity, stosując wiązkę laserową. Metoda ta pomaga w wykryciu fal tsunami. Sam pomysł pomiaru od powierzchni np. wody, jest ciekawy sam w sobie. Mozna monitorować, dla przykładu, poziom wody w rzece, mając do dyspozycji czujniki umieszczone na mostach, mozna dokonać pomiaru na znacznym odcinku rzeki. Jaką metodę stosować? Wydaje sie że najbardziej, na krótki dystans, ultradzwięki, choc napewno ma swoje wady.
    Pozdrówka
  • Poziom 18  
    kasterian50 napisał:
    Zasięg nie wielki, od 80 cm do ok. 10 cm. Z racji tak małego zasięgu wymagana jest dość duża dokładność pomiaru. I druga dość ważna sprawa, odległość nie byłaby mierzona od spokojnej tafli wody ale od wzburzonej (pofalowanej).


    Taki pomiar jest możliwy chyba tylko przy pomocy fal ultradźwiękowych. Ale wymaga odpowiedniej analizy sygnałów - ze względu na falującą powierzchnię. Zademontrowaliśmy kiedyś taką możliwość do pomiaru poziomu ciekłego gazu, pozostającego w butlach gazowych.

    Nie sądzę, żeby ktoś oferował gotowe urządzenie do tego typu pomiarów, ale można go zrobić.
  • Poziom 38  
    Możesz spróbować użyć kilku czujników ( np SR04) w linii prostej, oddalone trochę od siebie. Będziesz mógł odróżnić wodę falującą od spokojnej. Również wątpię żeby coś takiego było produkowane fabrycznie.
  • Poziom 7  
    Dziękuję za wszystkie odpowiedzi.
  • Poziom 29  
    szymon122 napisał:
    Możesz spróbować użyć kilku czujników ( np SR04) w linii prostej, oddalone trochę od siebie. Będziesz mógł odróżnić wodę falującą od spokojnej. Również wątpię żeby coś takiego było produkowane fabrycznie.


    Obawiam się że nie bardzo. Taki zestaw padnie po kilku dniach, tygodniach. Na krótką metę, sporadyczne, z doskoku pomiary, jak najbardziej . Zabije go parowanie cieczy.
    Pozdrówka
  • Specjalista elektronik
    Jeśli to w dużym zbiorniku, to można mierzyć pojemność elektryczną przewodnika umieszczonego nad wodą (zależy od odległości między nim, a wodą), albo (równoważnie) przesunięcie fazy dla fali elektromagnetycznej. W małym zbiorniku jego ścianki też będą wpływać na pojemność i ciężko będzie wyodrębnić z niej wysokość.

    Pomiar laserem wymaga dużej dokładności pomiaru czasu - dla światła (i każdej fali elektromagnetycznej) 1 nanosekunda = 15 cm odległości, a pomiary czasu z dokładnością lepszą od nanosekundy nie są łatwe (choć w komputerze mamy zegar ze 3 GHz, może zrobić z niego użytek); dźwięk jest 900 000 razy wolniejszy.

    Ze względu na falowanie wody prawdopodobnie odpadają metody wykorzystujące interferencję; bez niego można by spróbować znaleźć jakąś sprytną modulację, która pozwoliłaby określić odległość bez mierzenia czasu, ale to zawiedzie, jeśli odległość będzie się zmieniać podczas takiego pomiaru. A może jednak... podzielić wiązkę lasera na dwie, jedną puścić do powierzchni wody, drugą do lusterka, którego odległość będziemy zmieniać, szukając takiej, przy której będzie zauważalna interferencja między odbitymi wiązkami - to będzie oznaczało, że odległość do powierzchni wody i do lusterka różni się mniej, niż długość koherencji lasera (potrzebny jest do tego laser o małej długości koherencji). Ale rozpoznanie interferencji w odbiciu od falującej wody wymaga szybkiego (w czasie mikrosekund) zarejestrowania kilku obrazów... albo składania odbitego światła z różnymi fazami i tworzenia kilku obrazów naraz.
  • Poziom 29  
    Radar laserowy, spełnia zadanie z nawiązką. Trzeba zamienić prędkość na odległość. To tak z grubsza. :D
    Pozdrówka
  • Poziom 18  
    _jta_ napisał:
    To daje wynik z nieznaną stałą całkowania...


    W tym wszystkim jest za dużo kombinacji. Pomiar optyczny czystej powierzchni wody jest kłopotliwy, bo jest ona przeźroczysta.

    Pomiar radarowy jest możliwy, ale nie z taką precyzją.

    Moim zdaniem jedynie realistyczny jest pomiar ultradźwiękowy z odpowiednią analizą sygnałów z powodu falowania powierzchni. Wystarczy jeden przetwornik i odpowiednia obróbka sygnału aby uzyskać bardzo dużą precyzję pomiaru.
  • Poziom 29  
    Stałą całkowania, niech się martwią Ci, komu to potrzebne. Autorowi, chodzi o konkretne wyniki pomiarów.
    Pozdrówka

    Dodano po 29 [minuty]:

    Wieslaw Bicz napisał:

    Moim zdaniem jedynie realistyczny jest pomiar ultradźwiękowy z odpowiednią analizą sygnałów z powodu falowania powierzchni. Wystarczy jeden przetwornik i odpowiednia obróbka sygnału aby uzyskać bardzo dużą precyzję pomiaru.


    Po zastanowieniu się, doszedłem do wniosku że pomiar ultradźwiękami, w tym środowisku, nic nie da. Woda np. jest swietnym "przewodnikiem" tych fal i "wyłapanie" poziomu powierzchni będzie wymagało cudów.
    Pozdrówka
  • Poziom 18  
    bobo napisał:
    Stałą całkowania, niech się martwią Ci, komu to potrzebne. Autorowi, chodzi o konkretne wyniki pomiarów.
    Pozdrówka

    Dodano po 29 [minuty]:

    Wieslaw Bicz napisał:

    Moim zdaniem jedynie realistyczny jest pomiar ultradźwiękowy z odpowiednią analizą sygnałów z powodu falowania powierzchni. Wystarczy jeden przetwornik i odpowiednia obróbka sygnału aby uzyskać bardzo dużą precyzję pomiaru.


    Po zastanowieniu się, doszedłem do wniosku że pomiar ultradźwiękami, w tym środowisku, nic nie da. Woda np. jest swietnym "przewodnikiem" tych fal i "wyłapanie" poziomu powierzchni będzie wymagało cudów.

    Pozdrówka


    Ultradźwięki mogą być wysłane zarówno z wody, jak też i z powietrza. W obu przypadkach granica odbija ponad 99% energii. Jakbym nie zrobił wielu tysięcy takich pomiarów to może miałbym wątpliwości, ale niestety nie mam, i inni podobni też...
  • Poziom 29  
    Ja nie mam możliwości wykonania takich pomiarów ( nie mam czym ) stąd moje wątpliwości. Skoro Kolega to sprawdził i jest to pewne, ufam że tak jest.
    Pozdrawiam
  • Poziom 18  
    bobo napisał:
    Ja nie mam możliwości wykonania takich pomiarów ( nie mam czym ) stąd moje wątpliwości. Skoro Kolega to sprawdził i jest to pewne, ufam że tak jest.
    Pozdrawiam


    Można powiedzieć, że z tego między innymi żyjemy, i nie tylko my.
    Taki pomiar jest standardem, ale niestety nie dla falującej powierzchni.
  • Specjalista elektronik
    04 Lip 2013 13:56 bobo napisał:
    Stałą całkowania, niech się martwią Ci, komu to potrzebne. Autorowi, chodzi o konkretne wyniki pomiarów.

    Właśnie z powodu stałej całkowania nie dostanie konkretnego wyniku, tylko w postaci nieznana_stała+wyliczona_wartość - przy czym, jeśli pomiar nie będzie prowadzony w sposób ciągły, ta nieznana stała będzie się zmieniać. Metoda ma sens, o ile: urządzenie pomiarowe mierzy cały czas i to co najmniej setki razy na sekundę; i możemy przy jego włączaniu wykonać pomiar w inny sposób, by wyznaczyć tę stałą - a i tak błąd wyniku będzie narastać.

    04 Lip 2013 13:24 Wieslaw Bicz napisał:
    Pomiar optyczny czystej powierzchni wody jest kłopotliwy, bo jest ona przeźroczysta.

    Woda jak najbardziej odbija światło, aczkolwiek znacznie lepiej fale elektromagnetyczne o częstotliwościach do nieco powyżej gigaherca (w tym zmienne pole elektryczne, którym można mierzyć pojemność elektryczną), a jeszcze odrobinę lepiej dźwięki (w tym ultradźwięki); myślę, że miernik ultradźwiękowy jest najprostszy do wykonania (i widziałem kiedyś taki, który powinien się nadawać - jakkolwiek dziś go nie znajdę, ani nie rozpoznam).

    04 Lip 2013 13:56 bobo napisał:
    Woda np. jest swietnym "przewodnikiem" tych fal i "wyłapanie" poziomu powierzchni będzie wymagało cudów.

    Z pomiarami ultradźwiękami w powietrzu mogą być problemy z powodu ich tłumienia (tym silniejszego, im większa jest częstotliwość, a krótsza fala), ale to nie przy takich odległościach (i raczej dla bardzo wysokich częstotliwości) - urządzenie mierzące odległość ultradźwiękami bez problemów mierzyło kilka metrów, do ściany drewnianej, która odbijała ultradźwięki nieco gorzej, niż woda.

    Falowanie spowoduje, że nie zawsze odbite ultradźwięki będą trafiać do odbiornika (a nawet na ogół nie będą), więc trzeba będzie robić całą serię pomiarów, żeby coś złapać, i pewnie zwykle się złapie z doliny fali (bo skupia odbity sygnał na odbiorniku); jeśli jest dużo piany, to może być znacznie gorsze odbicie (bo odbicie od piany jest słabe, a w pianie jest silne tłumienie).
  • Poziom 18  
    _jta_ napisał:
    04 Lip 2013 13:56 bobo napisał:
    Stałą całkowania, niech się martwią Ci, komu to potrzebne. Autorowi, chodzi o konkretne wyniki pomiarów.

    Właśnie z powodu stałej całkowania nie dostanie konkretnego wyniku, tylko w postaci nieznana_stała+wyliczona_wartość - przy czym, jeśli pomiar nie będzie prowadzony w sposób ciągły, ta nieznana stała będzie się zmieniać. Metoda ma sens, o ile: urządzenie pomiarowe mierzy cały czas i to co najmniej setki razy na sekundę; i możemy przy jego włączaniu wykonać pomiar w inny sposób, by wyznaczyć tę stałą - a i tak błąd wyniku będzie narastać.

    04 Lip 2013 13:24 Wieslaw Bicz napisał:
    Pomiar optyczny czystej powierzchni wody jest kłopotliwy, bo jest ona przeźroczysta.

    Woda jak najbardziej odbija światło, aczkolwiek znacznie lepiej fale elektromagnetyczne o częstotliwościach do nieco powyżej gigaherca (w tym zmienne pole elektryczne, którym można mierzyć pojemność elektryczną), a jeszcze odrobinę lepiej dźwięki (w tym ultradźwięki); myślę, że miernik ultradźwiękowy jest najprostszy do wykonania (i widziałem kiedyś taki, który powinien się nadawać - jakkolwiek dziś go nie znajdę, ani nie rozpoznam).

    04 Lip 2013 13:56 bobo napisał:
    Woda np. jest swietnym "przewodnikiem" tych fal i "wyłapanie" poziomu powierzchni będzie wymagało cudów.

    Z pomiarami ultradźwiękami w powietrzu mogą być problemy z powodu ich tłumienia (tym silniejszego, im większa jest częstotliwość, a krótsza fala), ale to nie przy takich odległościach (i raczej dla bardzo wysokich częstotliwości) - urządzenie mierzące odległość ultradźwiękami bez problemów mierzyło kilka metrów, do ściany drewnianej, która odbijała ultradźwięki nieco gorzej, niż woda.

    Falowanie spowoduje, że nie zawsze odbite ultradźwięki będą trafiać do odbiornika (a nawet na ogół nie będą), więc trzeba będzie robić całą serię pomiarów, żeby coś złapać, i pewnie zwykle się złapie z doliny fali (bo skupia odbity sygnał na odbiorniku); jeśli jest dużo piany, to może być znacznie gorsze odbicie (bo odbicie od piany jest słabe, a w pianie jest silne tłumienie).



    Nie jest niestety prawdą, że powierzchnia wody dobrze odbija światło. To widać dobrze na następującym wykresie:

    Układ mierzący odległość od powierzchni wody

    Przy padaniu prostopadłym odbice jest ok. 5%

    Jest prawdą, że przy falującej powierzchni wody trzeba zrobić kilka pomiarów odbicia dźwięku, ale przy podanej odległości można zrobić przynajmniej ok. 150 pomiarów na sekundę (a w bardziej wyrafinowanych rozwiązaniach nawet więcej). Przy odpowiednio dobranym polu przetwornika nie jest to problemem.

    Konieczna jest tylko odpowiednia analiza sygnałów.

    Tłumienie dźwięku o częstotliwościach poniżej 100kHz nie ma istotnego znaczenia dla tych odległości.
  • Specjalista elektronik
    Hm... a może kamerka USB robiąca 30 zdjęć na sekundę i laser błyskający co drugie zdjęcie w pewnej odległości od niej - zdjęcia przetwarzać programem, rozpoznawać punkt oświetlony laserem i z geometrii wyliczać odległość; to nieważne, że odbija się tylko kilka %, ważne że laser daje tyle światła, że na obrazie z kamerki będzie widać to, co się odbije. Wadą jest to, że przez 1/30 sekundy układ fal znacząco się zmienia (co utrudnia porównywanie obrazów), a takie szybkie przetwarzanie wymaga trochę mocy obliczeniowej. Alternatywa: odpowiednio silny laser (tak, żeby można było pewnie rozpoznać oświetlony punkt bez porównywania obrazów) świecący ciągle - wtedy nie potrzeba aż takiej szybkości, ale i tak trochę mocy obliczeniowej trzeba.