Wykrywanie obiektu przy pomocy podczerwieni.

[tadeuszzz]

Witam,

Chciałbym poznać waszą opinię czy przedstawione rozwiązanie ma prawo działać. Opis będzie bazować na rysunku poniżej. Więc tak: potrzebuję wykryć czy drewniana kostka(20x20x20mm) jest obecna w koszyku(35x35x20mm). Koszyk na rysunku to kolor czerwony, wykonany będzie z blachy al 0.5mm. Kostka może się "przytulić" zarówno do lewej, jak i prawej krawędzi. Tu pojawia się problem, czy układ dioda IR i odbiornik przedstawiony na rysunku wystarczy? Zastanawiają mnie dwie kwestie:

- czy czy 3-4mm krawędzi kostki wystarczy aby "zakryć" wiązkę?

- czy wiązka może się odbić od kostki, następnie od koszyka i wrócić do odbiornika?(pomijam kąty odbicia itd, zakładam najgorszy z możliwych przypadków) - otrzymam wtedy sygnał że kostki nie ma, chociaż fizycznie będzie ona w koszyku.

Proszę o pomoc osoby doświadczone w temacie.

__________

Komentarz dodany przez: Sabre

[Mars]

Wg mnie bez przesady. Drewno dość dobrze rozproszy wiązkę. Dodatkowo aluminium nie jest jakoś specjalnie połyskliwe. Zawsze możesz pokusić się o poczernienie ścianek. Przy zastosowaniu odpowiedniej optyki, w tym przypadku niezbyt wyszukanej, a wręcz najtańszej, będzie działało. Przekątna ma ok 50 mm, więc pod to szukałbym diody nadawczej (żeby dawała wąską wiązkę na kilka cm). Nie znam rynku, więc nie wiem czy takie są.

[Bobby]

W twoim przypadku lepiej będzie zastosować diodę ir i fototranzystor i samemu obrabiać sygnał z niego. Scalony odbiornik podczerwieni typu tsop ma już w swojej strukturze różne filtry i wzmacniacze, żeby działały jak najbardziej niezawodnie - jak najdłużej i jak najlepiej widziały wiązkę.

[OldSkull]

A ja bym proponował użyć diody laserowej i fotorezystora + komparator 🙂 Zasłonięcie wiązki dość pewnie ograniczy (kilkadziesiąt razy minimum wliczając odbicie) światło lasera. Polecam przetestować. Tanie lasery (luźne) można ściągnąć z Chin.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[marek1707]

Moim zdaniem rozwiązanie ze zwykłą diodą nadawczą IR i fototranzystorem wystarczy. Akurat aluminium odbija bardzo dobrze a i kostka, jeśli jej powierzchnia nie będzie matowo-rozpraszająca może nieźle dawać. Dlatego należałoby tak ustawić czułość odbiornika, by reagował tylko na "bezpośrednie trafienie". Prosty detektor z komparatorem daje tu szanse jakiejś regulacji. Bobby ma rację - układy typu TSOP rzeczywiście mają automatykę wzmocnienia która "stanie na głowie" by odebrać sygnał. Przecież zwykły telewizor odbiera sygnał pilota odbity po drodze od dwóch ścian. Odbiornik musiałby zatem mieć wąską wiązkę i niewielką czułość ale przy tak małej odległości nie trzeba silić się na jakieś soczewki czy wypasione fotoelementy. Wystarczy przesłona z otworkiem w pewnej odległości. Być może wystarczy oddalić nadajnik i detektor od rogów "pokoju" a szczeliny między ściankami wystarczająco zawężą pole widzenia. W razie możliwości powstawania zakłóceń np. od zewnętrznego oświetlenia itp można pracować z detekcją synchroniczną - jeśli ten sam procesor będzie nadawał i odbierał to może sobie oba zdarzenia skorelować. A może rozwiązaniem dającym 100% pewność jest powielenie takiego samego toru na drugiej przekątnej?

[deuther]

Ja bym zwrócił uwagę, że poczernianie nie musi pomóc. (czarny, dla podczerwieni może być przeźroczysty). Nie wiem czy masz taką możliwość, ale ja bym umieścił odbiciówke w podstawie. Widzę, że w każdym wypadku gdy klocek jest obecny, to środek podstawy jest zasłonięty. Możesz tam umieść diodę i fotoelement obok siebie. Tylko w minimalnym dołku w stosunku do podstawy, żeby klocek nie zasłonił całkowicie diody.

Podobnie jak tutaj:

http://www.nexinstrument.com/Keyence-Fiber-Optic-Sensor-FU-41TZ_p_1964.html

[tadeuszzz]

Dzięki wszystkim za odpowiedzi. Umieszczenie czujnika w podstawie jest niemożliwe, musi się on znajdować z boku. Czyli dioda IR jako nadajnik i fototranzystor jako odbiornik. Pozostaje teraz tylko to testować. Dwa czujniki po przekątnej chyba wydają się bezcelowe. Zastanawia mnie jedna kwestia jeszcze, nawet jeżeli wiązka z diody IR nie będzie się odbijać, to(jeśli dobrze pamiętam) fala rozchodzi się pod jakimś kątem(nie jest to linia prosta, mam nadzieję że dobrze wytłumaczyłem). Czyli teoretycznie może dojść do sytuacji, że fala ominie róg kostki(zapasu mam 3mm od linii nadajnik-odbiornik) i trafi do odbiornika?

Przepraszam za bardzo teoretyczne podejście do sprawy, niestety nie mam możliwości testowania obecnie.

[Bobby]

Ale tego światła trafi do fototranzystora zdecydowanie mniej, niż gdyby tego przedmiotu tam nie było. Dlatego proponujemy fototranzystor i komparator + regulowany próg a nie tsopa, który musi mieć absolutną ciemność (oczywiście mowa nie o ciemności jako takiej, ale o całkowitym zablokowaniu podczerwieni z nośną), żeby wystawił 1 (czyli, że nie widzi).

[marek1707]

Plus to, że w warunkach słabej ziemskiej grawitacji i wynikającego z niej nikłego zakrzywienia czasoprzestrzeni światło biegnie po prostej. Na długości kilkudziesięciu cm trudno też spodziewać się jakichś poważnych zaburzeń jednorodności ośrodka, więc i ta przyczyna zaginania toru raczej odpada. Jeśli narysujesz sobie pęk prostych wychodzących z emitera IR to ile z tych linii trafi do oddalonego odbiornika? Na szczęście nie jest on nieskończenie mały więc i energia jaką pochłonie też będzie niezerowa ale wymiary detektora rzędu 1x1mm pozwalają w Twojej sytuacji to zaniedbać i uznać, że jest wystarczająco punktowy.

Nie, żaden promień "nie zawinie się" i nie ominie w ten sposób kostki. Wszystko z czym walczysz to odbicia od powierzchni klocka i od ścian. Jeżeli tak ustawisz czułość, by wyłącznie "headshot" wyzwalał detekcję a choćby jedno odbicie tak osłabiało strumień, że czujnik by nie wykrywał promieniowania, jesteś w domu. Co więcej, z rysunku wychodzi mi, że na "jednoodbiciowe" przejście raczej nie ma szans. Na moje oko potrzeba przynajmniej 2 razy spotkać się z kostką i raz ze ścianką. Inne przypadki są tylko gorsze. Wszystko zależy od współczynników odbicia w zakresie IR ale moim zdaniem nie będziesz mieć kłopotów nawet w prostym układzie z komparatorem zafiksowanym na stałe. W przypadku problemów z zakłóceniami (z tym stale świecąca diodka i prosty komparator sobie nie poradzą) zrób raczej wzmacniacz analogowy (lub może nawet nie) i doprowadź sygnał do wejścia ADC. Tam będziesz mógł mierzyć nie tylko CZY ale też ILE energii dochodzi do czujnika a to już pozwoli na korelację tej wielkości z np. mrugającą diodą IR lub choćby tylko ustalanie "poziomu odniesienia" obowiązującego np. w danym pomieszczeniu przy zasilaniu nadajnika z DC.

To bardzo prosta operacja umożliwiająca programową eliminację zakłóceń występujących asynchronicznie w stosunku do mrugania diodki. Na pewno na Forum były już o tym wątki.

Dwa czujniki o tyle są lepsze, że nawet jeśli jeden zgłupieje przez promień odbity, to drugi wtedy na pewno będzie całkowicie zasłonięty bo kostka jest wystarczająco duża. Do detekcji pustego pokoju musiałbyś dostać z obu czujników na raz sygnał "widzę moją diodę IR" ale to tylko gdybanie.

[Mars]

czarny, dla podczerwieni może być przeźroczysty

Mógłbyś to rozwinąć? 😉

[OldSkull]

Chodzi pewnie o to jaka to farba. Błyszcząca (a nawet niektóre niebłyszczące) może odbijać, zamiast pochłaniać.

[Mars]

Wątpię, by chodziło o to. Bo logiczne, że jak już to matowa 😋

[OldSkull]

Mars, ale matowa dla światła widzialnego, może odbijać podczerwień 🙂 Ale i tak raczej nei zadziała jak lustro.

[Mars]

No współczynnik absorpcji będzie raczej wyższy dla takiego ciemnego matowego tworu.

Poza tym mowa była o przezroczystości (tak teraz dopiero sobie przypomniałem, bo po zarwanej nocce jestem i nie kontaktuję). Ja rozumiem, że półprzewodnik może przepuszczać podczerwień, a widzialne pochłaniać. Taki german z przerwą energetyczną 0.66 czy tam 0.67 eV, jak to sobie ładnie z E = hc/lambda policzyłem, będzie przepuszczał fotony o długości fali powyżej ok. 1100 nm. Ale ścianek z germanu(czy innego półprzewodnika) nie budujemy, więc nie bardzo rozumiem o co chodzi z tą przezroczystością. I nie, że wyśmiewam (bo można i tak to odebrać), po prostu chcę się dowiedzieć o czymś, co może jest, a nie mam o tym pojęcia 😉

[Bobby]

Mars, przykład - czarny filtr w pilocie od telewizora - dla światła widzialnego nieprzezroczysty, a dla IR nie jest w ogóle barierą. I w drugą stronę - szkło, które dla widzialnego światła nie jest przeszkodą, a promieniowanie IR (ciepło) zatrzymuje - jest nieprzezroczyste.