Jak wykryć gwałtowną zmianę częstotliwości?

Witam,
potrzebuję prostego czujnika indukcyjnego, który wykryłby obecność metalowego przedmiotu w pobliżu cewki pomiarowej. Nie potrzebuję pomiaru odległości, wystarczy mi sam fakt wykrycia obiektu. Utrudnieniem jest fakt, że badany obiekt może sie dość szybko poruszać. Najgorszy scenariusz to kiedy dla cewki o Φ 3cm, obiekt wielkości śruby M6 będzie przebywać nad nią ok. 30us. Zdaję sobie sprawę, iż generator pomiarowy będzie pływał, dlatego chciałbym wykrywać względną, szybką zmianę f, a nie jakąś konkretną częstotliwość. Wyobrażam to sobie tak:

cewka--[prosty generator LC]--[układ wykrywający zmianę f]

Pomiarem czasu, między impulsami z dwóch takich czujników zajmować się będzie ukontroler.

Pozdrawiam.
Bartek

mozna zastosowac stabilizacje czestotliwosci PLL a nagla zmiane czestotliwosci wykrywac detektorem tak jak to jest robione przy demodulacji FM.
Czestotliwosc pracy powinna byc wyzsza od czasu pojawienia sie zaburzenia w przypadku 30us bedzie to >30khz. No chyba ze bedziemy wykrywac zmiane fazy.

A może zrobić tak, żeby obiekty przelatywały przez wnętrze dużej cewki powietrznej, będącej częścią generatora LC ? Sruba M6 nie jest duża.

Rozważałem wykorzystanie NE565 (PLL) i wykrywanie skoków napięcia na wejściu VCO - nie jest to głupi pomysł, ale mam niejasne wrażenie, ze można to zrobić prościej. Poza tym pozostaje problem wykrywania szybkich zmian napięcia.
Śruba właściwie mogłaby przelatywać przez środek cewki, na pewno pomogłoby to, zwiększając zmiany indukcyjności.

Dzięki za zainteresowanie.
Pozdrawiam.
Bartek

Witam,
czy to maja byc tylko ferromagnetyki ? Dla para- uklad bylby nieco inny.
Pozdrawiam

a moze wystarczy np 1 zwoj dla cewki w.cz np 27 mhz lub nieco wyzej i demodulator fm ? ew przy tych czestotliwosciac na szybkich ttl mozna porownywac impulsy z generatora wzorcowego i odstrajanego obwodu rezonansowego z duza indukcyjnoscia i mala pojemnoscia.

No ok,
powiedzmy ze mamy już napięcie wolnozmienne będące funkcją indukcyjności - uzyskane czy to z VCO czy z demodulacji FM.

Pozostaje pytanie: jak wykryć szybkie narastanie/opadanie tegoż napięcia. Tak by ignorować powolne zmiany napięcia wynikające z rozstrajania sie generatora, a sygnalizować 'szpilki'

Dzięki.
Bartek

moze wystarczy podac to na uklad formujacy -przerzutnik shmidta i porownac dlugosc impulsu jesli za dlugi odrzucic , ew za krotki rowniez , chyba ,ze chodzi o jakis szczegolny wzor impulsow to moze sie skomplikowac i bez rozbudowanego komputera moze mikrkokontrolera sie nie obejdzie.
Moze odpowiednio zmodyfikowany detektor ruchu tez sie sprawdzi.

Witam,
moze prosciej, obwod LC powietrzny, pracujacy w rezonansie, w momencie pojawienia sie przedmiotu z ferromagnetyka wypadnie z rezonansu z para bedzie efekt slabszy, teraz tylko sprawdzamy powiedzmy napiecia czy prady na cewce w rezonansie i jak z niego wypadnie. Interesuje nas prog powyzej ktorego zakladamy ze jest w rezonansie i ponizej ktorego zakladamy ze wypadla z rezonansu a wiec wykryla przedmiot.
Tylko zmiany te beda bardzo zalezne od rozmiarow i odleglosci przedmiotu, ale moze wystarczajace do detekcji.
Ten sposob ma tez zalete cewka bedzie "widziala" przedmiot z pewnej odleglosci wiec sumaryczny czas wypadniecia z rezonansu bedzie nieco dluzszy niz faktyczne miniecie jej prze przedmiot.
Pozdrawiam

Witam......

Myślę że można wykorzystać najprostszy wykrywacz metalu tzw.BFO

Pozdrawiam.......

tyle ze to ma wykrywac 1/30 000 sek. sa takie wykrywacze? na diesiatki MHZ? Obwod zawsze bedzie uciekal i BFO musialoby to sledzic bo przy bardzo wysokich czestotliwosciach roznicowa bedzie juz bardzo wielka przy odstrojeniach np termicznych.

wladi.klimek
Może opisz, do czego ma służyć to urządzenie. Będzie łatwiej znależć rozwiazanie.
Być może, do detekcji starczył by prosty układ jak na rys. poniżej. Genarator kwarcowy i demodulator FM.
Nad resztą trzeba by było się zastanowić.

Myślę nad wykonaniem chronometru łuczniczego (przyrządu do pomiary prędkości początkowej strzały, itp.) Wiem, że na elce przewinął się jakiś czas temu ten temat. Wykorzystano tam bramki optyczne, niedawno miałem okazję używać taki optyczny chronometr. Działa, lecz ma kilka upierdliwych wad (wynikających właśnie z własności czujnika optycznego).
Chciałbym po eksperymentować z indukcyjną detekcją strzał - dzisiejsze strzały mają stalowy grot i na ogół aluminiowy, a rzadziej kewlarowy promień (reszta strzały).


Gdzieś znalazłem w necie wzmianki o takich chronometrach, niestety bez interesujących mnie szczegółów - wykorzystano tam przemysłowy czujnik indukcyjny (dyskwalifikuje go napięcie zasilania 24V - w urządzeniu bateryjnym odpada). Poza tym myślę że , nie jest to aż tak skomplikowane, by nie spróbować zrobić tego samemu.

To takie buty ? Myślałem o jakimś przenośnku taśmowym do szybkiego liczenia śrubek.
Bedzesz potrzebował chyba dwóch bramek. (ciekawe jak to rozwiążesz mechanicznie)
Pomysł z demodulatorem FM wydaje mi się sensowny. Myślę o demodulatorze w stylu dawnego TBA120. Dostrajało się go do nośnej obwodem LC.
Z punktu widzenia demodulacji, obojętne jest, czy przestrajasz nośną (modulacja FM) czy rozstrajasz obwód LC służący do strojenia, przy stałej nośnej.
W jednym i drugim przypadku efekt jest ten sam, zmiany napięcia na wyjściu. Przy odpowiednim doborze L i C oraz układu scalonego, zmiany te mogą
być wystarczające do dalszej obróbki sygnału. Wymaga to niestety, trochę doświadczeń z lutownicą w ręku i minimalnego oprzyrządowania.
Do zamiany tego sygnału na cyfrowy może posłużyć jakiś komparator napięcia.

No fajnie, dzięki za namiary na konkretny scalak.


PS:

Cytat:

To takie buty ? Myślałem o jakimś przenośnku taśmowym do szybkiego liczenia śrubek.

Przenośnik taśmowy zapylający 300km/h ? No no, ma Kolega pomysły ...

Podstawowa trudność to nie detekcja zmiany częstotliwości, a wykrywanie kiedy przedmiot, który ją powoduje,
znajduje się w określonej płaszczyźnie; jeśli to ma być strzała zrobiona z dwóch różnych metali, to nie widzę szans
- trzeba by chyba dostrajać detektor do konkretnej strzały, mierząc o ile zmienia się częstotliwość, kiedy strzała
jest w płaszczyźnie cewki, na dodatek to będzie zależeć od tego, czy na środku, czy przy brzegu otworu... może
da się wyliczyć taki układ cewek, który będzie czuły na określoną płaszczyznę, ale to niełatwa robota.

Pisałem o dwóch (identycznych) bramkach, gdzie stalowy grot przelatuje przez dwie cewki ustawione w określonej odległości. Nas interesują przednie zbocza impulsów z tych bramek. One określają odstęp czasowy.

Cewki muszą mieć jakieś rozmiary poprzeczne do kierunku lotu strzały, żeby ona trafiła w otwór, a nie w uzwojenie cewki,
lub wręcz na zewnątrz cewki, i nie wymagało to strzelca równie dobrego jak Robin Hood. A im większy rozmiar poprzeczny,
tym większe rozmycie sygnały wzdłuż toru strzały, i zależność sygnału nie tylko od położenia wzdłuż, ale i w poprzek.

Jeśli to rozmycie ma produkować błąd pomiaru rzędu wielkości rozmycia, to pomiar precyzyjny nie będzie; trzeba by
coś wykombinować, żeby mając impuls rozciągnięty w czasie wyznaczyć środek tego impulsu, co nie będzie łatwe;
powinno dać się to zrobić, jeśli zarejestruje się kształt impulsu przy użyciu szybkiego ADC i użyje odpowiedniego
programu do analizy tak zarejestrowanych danych; analogowo może to być dość trudne - może coś wymyślę...

W kwestii rozmiarów cewek:
chronometr ten będzie mierzył prędkość początkową strzały, czyli zamontowany będzie na łuku. Wnętrze cewki, w takim wypadku powinno mieć średnicę nieco większą od 3cm - tak by zmieściła się w niej strzała z lotkami.

Jednak po dość owocnej dyskusji, zaczynam skłaniać się, ku rozwiązaniu z generatorem LC. Obliczonym tak by metalowy przedmiot przelatujący w pobliżu, lub przez cewkę zmniejszył jej dobroć na tyle by zdławić oscylację. Prosty prostownik z kondensatorem wyprodukują napięcie stałe, które za komparatorem wytworzy impuls wyzwalający timer.
Rozwiązanie, wg. mnie, najtrafniejsze - proste, tanie, niezależne od częstotliwości i napięcia zasilania oraz nie wymagające dużej mocy obliczeniowej.
A jeśli zaakceptujemy niedogodność związaną z koniecznością podania przed pomiarem długości strzały, to całość możemy załatwić przy pomocy jednego czujnika.

Dodam, dla wyjaśnienia, iż pomiar nie musi być bezwzględnie dokładny. Chodzi o zaobserwowanie różnic w prędkościach poszczególnych strzałów i stwierdzenia jak wielkie te różnice są. Nie ma natomiast konieczności stwierdzenia czy strzała porusza sie z prędkością 70 czy 210km/h [a przynajmniej nie z dużą dokładnością]

Co o tym myślicie?

Ps:
W jaki sposób zapewnić jak najszybsze, ponowne wzbudzenie oscylacji po zniknięciu metalowego elementu z wnętrza cewki?

Niestety, nie da się... możesz podać sygnał o częstotliwości bliskiej tej, na której ma się wzbudzić, ale nie ma gwarancji,
że nie pojawi się duże opóźnienie, i wyeliminowanie takiej możliwości może być problemem, którego nie rozwiążemy.

Tak, że pewniejszą metodą jest wykrywanie zmiany częstotliwości. Impuls za detektorem można by podać na dwa układy
formujące: jeden by obliczał całkę napięcia po czasie, drugi wykrywał maksymalną wartość napięcia, iloraz da nam czas.
Można by też, zamiast konwertować częstotliwość na napięcie, zliczać (cyfrowo) okresy częstotliwości różnicowej.

Ostatnio robiłem 2 projekty, które badały prędkość pocisku w wiatrówce, którą wykonałem z kolegą.
Wsumie stanęło na 2 projektach, jednym optycznym i drugim cewkowym. Strzelaliśmy pociskami z magnesu w cewkowym, impuls prądowy był zauważalny na oscyloskopie cyfrowym, liczyliśmy czas pomiędzy bramkami, lecz później zrobiłem interfejs który na bramce TTL wykrywał i wrzucał do mikrokontolera...
2. opierał się na optycznych barierach i wyglądał tak:
http://student.agh.edu.pl/~ziziok/Sheep/IMG_1347.JPG
obrazek duży i będzie rozjeżdżał temat

Co do cewkowego mogę wysłać zdjęcia ale dopiero we wtorek

Pozdrawiam

Dla strzały metalowej można by zrobić cewkowy - sugerowałbym generator o częstotliwości kilkudziesięciu MHz,
zliczany na liczniku synchronicznym 8-bitowym (albo musi być synchroniczny, albo asynchroniczny + zatrzask,
chodzi o to, żeby opóźnienia przeniesienia nie zniekształcały odczytu... a może jest licznik w kodzie Graya?),
stan licznika byłby odczytywany w równych odstępach czasu, około 100us, przez mikrokontroler, i zapis tych stanów
z całego czasu przelotu strzały przez cewkę byłby potem użyty do wyznaczenia czasu od grotu do końca strzały.

Można przed podaniem sygnału na licznik przesunąć jego częstotliwość (używając heterodyny + mieszacza), to
pozwoli zastosować wolniejszy licznik i zmniejszy podatność na niestabilność czasu próbkowania stanu licznika.

Ze stanów licznika po pierwsze trzeba wyliczyć różnice kolejnych stanów, po drugie zrobić histogram wartości,
i na jego podstawie ustalić piedestał i wysokość płaskowyżu dla tych różnic. Suma różnic zmniejszonych o ten
piedestał, podzielona przez wysokość płaskowyżu nad piedestałem, daje czas przelotu strzały przez cewkę.

Obliczenia wymagają operacji mniej więcej na tysiącu danych 8-bitowych - 2 kilobajty RAM-u powinny wystarczyć.
Ilość operacji to pewnie kilkadziesiąt tysięcy - procesor z zegarem 1MHz powinien to policzyć w ciągu 0.1 sekundy.

Mam jeszcze takie pytanie:
Wyobraźmy sobie czujnik zbudowany z dwóch, współosiowych cewek. Jedna zasilana jest generatorem. Jak zachowa się napięcie na drugiej cewce gdy przeleci przez nie "rdzeń" z ferromagnetycznym czubkiem i diamagnetyczną resztą?

Może to jest droga, którą warto wypróbować. Bo, szczerze mówiąc, złożoność sprzętowo-algorytmiczna rozwiązania zaproponowanego przez _jta_ sprawia, iż zaczynam wracać do pomysłu z barierą optyczną.

Ja bym sugerował zastosowanie takiej częstotliwości (dziesiątki MHz), żeby ten czubek zachowywał się jak diamagnetyk.
A jak się zachowa napięcie, to zależy od wzajemnego rozmieszczenia cewek... od diamagnetyka chyba zawsze zmaleje,
dla prostej cewki, ale dla układu cewek (dwie generatora, jedna odbiorcza) może być zerowe napięcie, kiedy nie ma rdzenia.

Robiłem podobny projekt odnosnie igły w maszynie do szycia(przemysłowej), używając do detekcji mostka AC (z dwóch identycznych cewek, jedna służąca za cewke odniesienia), i wzmacniacza różnicowego, po włożeniu igły w cewke pojawia się spore napięcie niezrównoważenia które już można wykryć komparatorem, ja pracowałem na 600kHz, jednak po podkręceniu częstotliwości ta metoda też może okazać się przydatna.Cewki miały średnice 5mm, igła ja igła ...

Koriel,
mógłbyś przybliżyć szczegóły - schemat? Brzmi to bardzo interesująco.

Oszacujmy, jakie czasy wchodzą w grę.
Strzała mknąca 300 km/h przelatuje odcinek 10 cm w ciagu 1,2 msec. Jest to b. długi odcinek czasu do pomiaru.
Taki odstęp cewek przyjąłem. Cewki wlutowane do płytki pionowo.Są one częsciami dwóch obwodów LC dla demodulatorów FM na TBA120S. Ten link:
http://www.fonar.com.pl/bonus/programy/bonus_cewka1warstwowa.htm
obliczył indukcyjność cewki dwuzwojowej o średnicy 4 cm z drutu 1 mm. Wyszło ok. 0,32 uH. Dla częstotliwości 10 MHz > C = 792 pF. Oczywiście można zmienić średnicę cewki, żeby C wyszło "z szeregu typowego" np. 820 pF lub 1000 pF.
Jak się zrobi dwa identyczne obwody, to mozna przyjąć, że kształty impulsów z demodulatora będą takie same. Układy kształtujące, zamieniające te sygnały na cyfrowe dadzą dokładny czas przelotu strzały. Nas interesuje tylko jedno, przednie zbocze tych impulsów. Pierwsze otwiera, drugie zamyka bramkę licznika czasu. Dalej powinno być prosto
Kłopotem może być mechanika no i... cierpliwość.

Dzięki rasty za czas i chęci - naprawdę to doceniam.
Jednak Twoje rozwiązanie będzie wrażliwe na warunki otoczenia i wymagać będzie strojenia co jakiś czas - zmiany temperatury, napięcia czy zamocowanie cewki czujnika przy metalowym a później przy drewnianym majdane ("uchwycie" łuku). Ponieważ po pewnym odstrojeniu generatora pomiarowego uzyskamy z demodulatora składową stała, która w krytycznym przypadku przekroczy próg komaratora i wyzwoli licznik. No chyba, że zastosujemy PLL, ale to dalsze komplikowanie i zwiększanie układu.

Nie wspominałem o tym wcześniej za mocno, lecz ma to być urządzenie zasilane z baterii. Z tego względu preferowane są układy na napięcie 5V lub niższe.

Poza tym:

Cytat:

Strzała mknąca 300 km/h przelatuje odcinek 10 cm w ciągu 1,2 msec.

Grot strzały lecącej 300km/h przebędzie dystans 10cm w czasie ≈92µs. Czas ten jednak nie stanowi dużego problemu - 925 impulsów z zegara 10MHz w zupełności wystarczą.

W dalszym ciągu, niecierpliwie oczekuje schematu urządzenia zbudowanego przez kolege Koriel.

Dobrze policzyłem.
300000 m/h to 83.3333 m/sek co daje 1,2 milisekundy na odcinku 10 cm. Ale nie o tym.
Odbiorniki radiowe FM (także te bateryjne) raz nastrojone, pracują latami poprawnie i się nie rostrajają. Demodulatory FM strojone są na pośrednią 10,7 MHz i jest OK. Obwody LC konstuowane były z kompensacją temperatury.
To co narysowałem, to pomysł, ogólny zarys, bez szczegółów.

Cytat:

Ponieważ po pewnym odstrojeniu generatora pomiarowego uzyskamy z demodulatora składową stała, która w krytycznym przypadku przekroczy próg komaratora i wyzwoli licznik.

Generator miał być generatorem kwarcowym.
W karcie układu TBA120 są szczegóły aplikacyjne. Tam zawsze na wyjściu jest składowa stała. Układ formowania impulsów bramki musi być z demodulatorem sprzężony pojemnościowo.

Nic to. Poczekajmy na kol. Koriel - a. Sam jestem ciekaw.

Cytat:

Dobrze policzyłem.
300000 m/h to 83.3333 m/sek co daje 1,2 milisekundy na odcinku 10 cm. Ale nie o tym.

Faktycznie, masz rację. Zwracam honor i biję się w pierś.