題:
測量路面質量
Johannes Weiss
2016-12-13 22:45:40 UTC
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首先,請原諒我的知識不足,我是一名計算機程序員,很不幸,我對物理,工程和DSP的了解很少,但我願意學習。

我想在滑板上騎行時測量路面質量。基本上,我會對道路的平整度感興趣。對於“更平滑”的道路,應該少振動,對於不平坦的道路應該多。

到目前為止,我的想法是將 TI SensorTag 2(CC2650)綁在滑板,並在騎行過程中記錄加速度計圖,然後獲取這些頻率(傅立葉變換)。不幸的是,我可以從SensorTag獲得的最大採樣頻率似乎是 10 Hz,這似乎太少了。我不了解情況的情況是,我有點需要檢測1厘米大的“坑洞”,而我的時速約為10 km / h。因此,我需要檢測的頻率至少應為277 Hz(10 km / h / 1 cm)。另外,我相信要從中獲得“振動程度”,即我需要行駛的速度。問題是我將從哪裡得到……當然,我可以集成加速度數據,但這似乎不太準確。我也可以在手機上使用GPS,但這似乎也不太精確。

我的一個朋友提出了一種可能更簡單的方法來記錄車輪在騎行時產生的聲音。然後從中得出振動的程度。但是我還需要行進速度,對嗎?

這有意義嗎?如果是的話,什麼是好的方法?

非常感謝!

速度會影響結果。速度越快,表面“看上去”就越光滑,因為讀數可以在粗糙的高點獲取-就像騎波峰而不越過波谷。
聽起來好像OP對錶面的實際表面粗糙度不感興趣,只是在表面上,因為它會影響滑板,但您說對了,速度會影響表面的平滑度,滑板輪的直徑也會影響表面粗糙度輪的硬度,以及根據傳感器的位置,滑板甲板本身的特性而定。
只是好奇,您要將測量的信號轉換為音頻聲音嗎?加速度計解決方案的替代方法是聲音分析儀。需要麥克風和處理能力。
三 答案:
ambitiose_sed_ineptum
2016-12-14 04:14:45 UTC
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雖然聲學分析的想法 ** 可行,但我認為加速計數據將更易於分析。如果您正在尋找可以提供更好數據速率的產品,請嘗試使用其他加速度計。 來自Adafruit,最高頻率為800 Hz(數據表)。根據您的計算,這應該足夠了。

您可以使用諸如arduino之類的東西記錄此數據,以便以後進行分析(我沒有研究能夠多快地收集/處理數據)。 。像樹莓pi zero這樣的模塊應該具有足夠的處理能力,以實時地對加速計數據進行分類。

對於測量滑板的速度,一種通用,便宜且相當容易的方法是使用車輪上的霍爾效應傳感器。這將為您提供車輪的角速度(rpm / rps),並從那裡開始使用rpm乘以車輪周長(例如厘米),以厘米/分鐘為單位給出速度。為您的程序進行適當的轉換。

*我敢肯定,如果有足夠的時間,反複試驗,它會起作用,我懷疑使用聲音分析道路是否值得付出努力。

車輪上的霍爾效應傳感器的輸出不是速度,它每次磁鐵通過傳感器時都會產生一個脈衝。轉速是脈沖之間的時間的1 /。
Mahendra Gunawardena
2016-12-14 06:17:44 UTC
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根據建議,我將嘗試使用加速度計。在下面,您將找到可能有用的源代碼鏈接。我將ADXL 345加速度計與TIVA ARM Cortex M4微控制器結合使用。歡迎您分叉源代碼

DLS3141
2016-12-17 00:57:13 UTC
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首先,有一點背景知識。我在美國的一家包裝測試實驗室工作了6年,工作的一部分是從現場收集各種運輸方式(半牽引車/拖車,TOFC,鐵路車,貨車,輪船等)的衝擊和振動數據。世界各地,然後使用這些數據來開發和/或驗證實驗室測試協議。我還對旋轉機械和車輛進行了振動測量和分析。因此,與您正在做的事情不完全相同,但是非常接近。

為了進行測量,我通常使用來自 IST的自包含“黑匣子”數據記錄器,但是這些記錄器每台的價格約為1萬美元,可能超出您的預算。他們確實租用設備,因此可能值得研究,無論您身在世界何處,都可以找到負擔得起的產品。

如果您決定要自製硬件,我會謹慎地將Arduino或Ras-Pi安裝到滑板上,而無需採取任何措施來保護它,因為它們對於動態環境並不堅固。這樣,您將遇到真正的問題,即以足夠快的速度採樣數據以避免混淆。通常的經驗法則是,採樣率應為最高感興趣頻率的10。繼續需要您自擔風險。

如果我這樣做的話,我會尋找一種出租/借用真正的便攜式動態信號分析儀的方法...類似 Crystal Instruments Spyder-20的東西。我將設置一個霍爾傳感器或小型光學傳感器用作轉速輸入(0-5V脈衝序列)。然後,從PCB安裝到滑板車的微型加速度計,例如 this,以垂直檢測振動。將DSA設置為在檢測到來自轉速計的輸入時觸發數據收集。將DSA放在背包中,然後在不同的街道/地面上滑冰。

由於您的速度會變化,因此比較加速度與時間數據或不同表面上收集的數據之間的直方圖之間的價值可能不大,除了可能會進行腸檢查。我將數據處理成不同的瀑布圖,首先繪製時間,頻率和強度,如下所示:

Time v Freq v Intensity

速度vs頻率vs強度,像這樣:

Speed v Freq v Intensity

您可能需要查看Z軸的其他信息,但總的來說,將會是一個不錯的開始,您可以縮小感興趣的特定區域。

您還應該查看滑板輪子上的軸承將產生的基本頻率,並應用一些濾波以從中刪除該頻率。您的數據也是如此。



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