Colimando um feixe de sonar

Pensando se alguém está ciente de uma maneira de fazer com que um sensor de proximidade ultrassônico seja modificado, de modo que o alcance da linha de visão para a frente permaneça inalterado, mas sua propagação angular é reduzida, um pouco no sentido de "colimador" (em termos de leve). Para explicar o problema, experimentei o sensor HC-SR04 el-cheappo, tentando detectar o nível de água em um balde de plástico (25 ltr vol.). Embora eu não tenha 100% de certeza, mas acho que o diâmetro do balde é um problema, mesmo quando o nível da água é baixo (cerca de 18 a 19 polegadas do sensor), recebo uma leitura que se traduz em cerca de 8 polegadas. A única explicação que tenho é que o sonar está lendo as ondas batendo nas paredes do balde.

Eu queria saber se algum tipo de colimador construído usando material absorvente de som pode funcionar? Vou tentar experimentar com espuma de baixa densidade (isopor, talvez), mas não tenho certeza se é realmente absorvente.

Por coincidência, estou brincando com quase exatamente o que a pergunta se refere, desde ontem. Minha unidade de sensor de distância possui um ângulo de 25 graus, mas enfrentei os mesmos problemas com meu balde de água.

Minha solução pode não ser uma maravilha da engenharia, e provavelmente haverá alguma reação dos puristas, mas aqui está o que funciona:

• A unidade do sensor é ajustada apontando diretamente para um tubo de papelão macio de cerca de 5 cm de diâmetro e 20 cm de comprimento, o núcleo de um rolo de papel alumínio: Isso reduz significativamente os ecos falsos dos lados. TX e RX estão dentro do tubo.
• Duas dobras de papel de seda sobre o emissor ultrassônico TX, para atenuar o sinal ultrassônico externo.

O último era necessário porque o HC-SR04 não fornecia uma maneira simples de reduzir o sinal de saída e era forte o suficiente para falsos positivos de todas as direções: a redução da tensão de alimentação não fazia muita diferença até que em um ponto o módulo se tornasse irregular.

Agora, tenho uma precisão razoável na medição da profundidade da água no meu balde, de várias alturas.

[Editar] Não acredito que estou fazendo o seguinte: fotos da minha experiência, no meu banheiro, a pedido dos comentários!

A versão aprimorada agora possui dois tubos de papelão, para TX e RX, respectivamente - Melhor precisão e papel de seda não são mais necessários. O arranjo é unido por elásticos, porque a fita adesiva aprovada pela Engenharia não é útil. Está pendurado no clipe de jacaré de um suporte de solda da Helping Hand.

A placa de circuito na parte superior é o sensor ultrassônico; a placa de circuito pendurada nele é um clone do Arduino Nano. O objeto circular azul na parte inferior da imagem é a câmara oficial de detecção de profundidade, ou seja, meu balde.

O TX e o RX se encaixam perfeitamente centralizados, um em cada tubo de papelão.

Na extremidade esquerda, está o representante oficial do Departamento de Engenharia, ou pelo menos as pontas dos dedos da pessoa em questão.

É assim que a configuração fica de lado, caso isso ajude a visualizar melhor o arranjo.

Espero que esse show-and-tell tenha sido útil.

O ângulo de dispersão das ondas acústicas no ar é inversamente proporcional à frequência. Em outras palavras, quanto maior a frequência, mais "apertado" o feixe. Qualquer "colminador" que você faz deve aderir a essas leis fundamentais da física. No entanto, não acho que esse seja seu problema.

A unidade de sonar que você está usando possui um ângulo de medição de 30 graus (+/- 15 graus da linha central). Fazendo as contas, a 19 polegadas acima da água, você terá uma área de medição de cerca de 10 polegadas de diâmetro. Isso é apenas um pouco menor que o diâmetro do fundo de um balde de 5 galões. Em suma, deve funcionar.

Você pode testar facilmente se os lados do balde estão interferindo nas suas medidas. Alinhe as laterais do balde com algo macio, mas de alta densidade, como um cobertor, blusa ou várias camadas de toalhas. Então veja se você consegue detectar algo refletivo na parte inferior (como a própria parte inferior).

O isopor não proporciona boa absorção sonora, especialmente em frequências mais altas nas quais os dispositivos ultrassônicos operam. O isopor tem uma superfície relativamente dura e plana que reflete bem o som. Ele também possui pouca massa para ajudar a impedir a propagação do som através dele. Cobertores de lã, feltro grosso, veludo grosso e materiais semelhantes são bons. Devo salientar que os materiais que são bons para absorver o som também são realmente bons para absorver a ÁGUA.