Добрый день, уважаемые техники. Прошу вашего совета в одном нелегком вопросе. Мы хотим извлечь электронный звук в ответ на удар пальца по некоторой плоской области. Для этого нам нужен некий датчик способный не только детектировать удар, но и измерить силу этого удара. В идеале это должна быть некоторая твердая или прорезиненая поверхность, соседствующая с другими такими же, без паразитных наводок. Есть что-нибудь на уме?

Что у трезвого на уме...
Вот есть такие электронные пианино. Там уже все сделано. Давно. Осталось купить и разобрать. Там такого много...
А если делать самостоятельно, то акселерометры...

Первое, что приходит в голову - ускорение фиксированной массы под воздействием удара.
Значит, акселерометр. А уж как его реализовать - сложно или просто - отдельный вопрос.

Например, простой способ - индуктивность с сердечником в виде магнитика. Чем сильнее удар, тем больше ЭДС самоиндукции. Магнитик клеим на ударяемую пальцами поверхность, катушку фиксируем. Дальше дело техники ...

Ещё более простой способ - пьезодатчик из сегнетоэлектрика. Например, обычный телефонный "пищик", "иголки" от старых пьезозвукоснимателей... Есть и непосредственно пьезодатчики, но они подороже, потому что "датчики".


А по магнитным датчикам - лучше наоборот: магнит (один большой и тяжёлый) - неподвижно, катушки (много и лёгкие) - двигаются.

Мм, нет, в них есть фатальное отличие - движущиеся клавиши. Самый популярный способ снятия нажатий по ним - это два или три датчика, срабатывающих при разном уровне нажатия клавиши. Затем по отрезку времени между срабатываниями этих датчиков определяют силу. Этот метод не подходит так как движущихся частей быть в конструкции не должно.


Мм, тут уж наверное я неточно выразился, простите. Таких зон для удара пальцами может быть несколько, и расположены они рядом. Как я понимаю, если использовать акселерометр удар по одной зоне будет невозможно отличить от удара по другой... или я ошибаюсь?


Очень интересно! Это один из видов акселерометра? Поверхность будет неподвижна? Такое возможно сделать для схемы с несколькими поверхностями находящимися рядом?


Мм, как я понимаю в этой схеме будут движущиеся элементы? Я боюсь что они будут очень быстро изнашиваться и начинать скрипеть.

А не пройдет ли такая схема:
1. Зоны ударов сделать в виде чувствительных к касанию поверхностей. Они будут снимать факт касания пальцем.
2. Внутрь устройства встроить микрофон, который будет снимать громкость удара в момент касания и делать вывод о его силе.

Или есть что-то чего я не учел?

Не учли, что микрофон и есть по существу разновидность акселерометра. Пропорционально усилию удара звуковой волны движется мембрана с определенной массой. Амплитуда сигнала меняется.
Можно использовать приращение частоты от деформации какого-то элемента, измерение отрезка времени и еще бог знает что.
Т.е. вариантов реализации акселерометра - масса. Большой простор для фантазии.
Если с фантазией туго, то недешевый стандартный датчик ускорения и МК со всеми прелестями обработки данных в реальном времени.

Будут, но они не будут ни с чем соприкасаться и поэтому не будут изнашиваться. Вам верно подсказали - неподвижный магнит и несколько легких катушечек, наклеенные на мембрану, по которой и ударяют пальцами. Еще вариант - динамик соотв. размера, там уже все есть. Минус такой конструкции - чувствительность к микрофонному эффекту. Катушечки, наклеенные на жесткую мембрану, в этом смысле мне представляются гораздо лучшим решением ...

-резистивная сенсорная панель;
-сенсорная панель на ПАВ.

Чего то, все очень сложно, а чем собственно не подходят, обычные, дешевые MEMS акселерометры?
PS.
Микрофон плохо, он будет звуковые помехи ловить.

Pe3oHaHc, а чего вы сразу отмели пьезодатчики?
Для вашего применения они подходят больше, чем магнитные - перемещение практически не требуется, требуется как раз приложение усилия. Да и по чувствительности на порядок лучше магнитных...

Да, спасибо за разъяснение. Акселерометр, конечно, больше подойдет.



Думаю, для прототипа этот вариант вполне подойдет.



Боюсь что сенсорные панели дороговаты. Да и определять в какую именно точку ударил пользователь, в принципе, не надо. Надо лишь определить, что он вообще каснулся области для пальца.



Пока ничем) Буду пробовать схему с ними.



Насколько я понимаю их невозможно расположить рядом друг с другом без наводок... или вы имеете ввиду замену одним пьезодатчиком акселерометра?


И еще если можно, смежный вопрос по этой же теме. Если я, с вашей помощью, определюсь с датчиком силы удара, то мне останется еще снять показания о прикосновении пальцев... что может подойти для этой задачи? Подойдут ли для этого ёмкостные датчики или есть что-то более дешевое/простое?

очень дешевое и простое решение - тензорезисторы

а ларингофоны не прокатят? или частотные характеристики не устраивают?

Вы бы описали все-таки, какая именно поверхность предполагается и что она из себя представляет

В музыкальных электронных ударных инструментах всё есть, как мне кажется.

Мм, да, неплохой вариант... насколько я понимаю эти резисторы позволяют измерять уровень деформации? Тогда можно обойтись без акселерометра?



Не очень понимаю как их здесь применить... Может вы знаете как они устроены?



Мм, в том то и дело, что ничего конкретного сказать не могу, ввиду того, что не знаю технических возможностей... Могу сказать только что нужно, скажем, четыре зоны 2х2 см. расположеных рядом, по которым можно бить пальцами... Чем дешевле и надёжнее тем лучше. Пока есть вариант с акселерометром/пьезодатчиком + сенсорными поверхностями для пальцев и вариант с тензорезисторами.



К сожалению не имею возможности купить и разобрать инструмент. Но попробую поискать ролики с этим процессом.

Что мешает читать сигнал с емкостного сенсора - его величина зависит от площади следа пальца, т.е. силы удара. Это если именно пальцами нажимаем. Если нет, лучшее решение - пьезоэлементы от динамиков, они могут стоять и близко, программно отфильтровать можно всегда. Тензорезисторы надо уметь применять, обвязка стоит денег.

пальцы у всех разные, поэтому для оценки удара по сенсору нужно отслеживать скорость изменения его сигнала

преобразование вибрации, акустика воспринимается ими хуже. т.е. то, что у Вас вибрирует при ударе, при этом шум звука ими не воспринимается.


если Вам не это надо - тоды ой.

Приходит на ум, что надо мерять импульс силы (интеграл силы по времени), поскольку просто значение силы как мне кажется менее информативно.

А если так:

Поверхность- твердая.
Датчики- МЕМС акселерометры с аналоговым выходом. Не менее трех датчиков. Мне кажется, что лучше разделить поверхность на несколько зон и каждую зону обвешивать независимо, это зависит от нужной точности, механических свойств и наверное еще чего-нибудь.

Метод вычисления места удара- триангуляция по результатам аналоговых измерений зафиксированного импульса. Тут же вычисляется и сила удара в точке воздействия.
Аппаратная часть- датчики и многоканальный АЦП, какая вычислительная мощность нужна- можно просчитать во время моделирования.
Собрать систему съема данных и промоделировать в каком-нибудь Матлабе. Может есть и готовые калькуляторы(программы) для определения места методом триангуляции и даже программировать ничего не нужно на этапе исследований.

Расскажу, как это реализовано в драм-машине "Alesis HR-16".
Датчики касания - обычная матричная клавиатура ("углеродистыми" резинками замыкаются дорожки на плате).
С обратной стороны платы приклеены пьезокерамические датчики (типа таких), по одному на четыре клавиши. С них, при помощи АЦП, берётся информация о силе удара.
Край платы, где находится клавиатура, не закреплён, и может немного прогибаться вниз (хотя плата и не очень-то тонкая).
Вот, собственно, и всё.

Спасибо, очень познавательно) Пьезодатчики - как раз то, что нужно. Дешево и надёжно. Однако места для ударов пальцев все таки должны быть неподвижны - клавиши не очень подходят. Подошли бы простые датчики касания, которые сейчас можно встретить, например, на телевизорах или мониторах... на новых самсунгах, например. Вы случаем не знаете есть ли подобные датчики в готовом виде?



Ох мудрёно) С такой схемой сложно совладать и сделать так чтобы не было ложных срабатываний. Все-таки на начальном этапе я склоняюсь к более простому варианту.



Спасибо за столь ценное замечание



Ну, наверное это реализовано на пьезодатчиках? Если так, то это то что надо. Спасибо)



Мм, простите, что такое обвязка? И не могли бы вы пояснить в чем сложность применения тензорезисторов?

У тензорезисторов очень маленькое соотношение изменения значения/приложенное усилие.
По-русски говоря: маленькая чувствительность.
Боюсь, что для пальцев они не подойдут.

Что сложного-то? Делается мост из тензорезисторов и УПТ на ОУ.
Прецизионные ОУ сейчас очень дешевые.
С одной стороны панели клеится датчик на растяжение, с другой - на сжатие.
Выходной сигнал зависит от деформации, а не от "усилия".
Чем мягче основание - тем больше деформация.

А деформация от чего зависит?
При этом, не забывайте, что несущая плоскость должна быть довольно прочной (для сохранения целостности конструкции).
Собственно, что спорить? Проверенную схему давайте, пусть ТС её попробует.

На мембране нарисовать плоских катушек, под ними насыпать сильных магнитиков в чередующейся полярности.

спорить не надо, просто ударьте пальцем по электронным весам в магазине и увидите... но сенсоры наверное лучше

Можно, например, использовать сенсорные кнопки.
В новых семействах тех же ПИКов, есть специальный модуль CTMU для этого.
Но вот здесь дядька и на старых делал.
Только, если вы хотите типа драм-машины что-то делать, то лупить по твёрдой поверхности пальцами будет не кошерно.

Да, в таком случае этот вариант я оставлю на крайний случай. Спасибо.



Мм, это сложно относительно варианта с пьезодатчиком, но, опять же, этот вариант я оставлю прозапас.



Ого, это похоже на отличную задачку для железячника. Но так как я больше из софтовой области, мне больше подходят готовые решения.. но спасибо за подсказку, это тоже может пригодиться.



Хехе, внушающий агрегат у дядьки получился Да, тут я с вами соглашусь. Кнопки мне не очень нравятся из-за дребезжания, но вот прорезиненная поверхность была бы гораздо лучше. Наверное сделать сенсорной такую поверхность не получится - нужно что-то другое?

Тут надо ставить опыты. Думаю, это единственный способ. Начать можно с самого простого - попросить у жены большую невысокую кастрюлю, перевернуть эту карстрюлю вверх дном, и под нее положить обычный микрофон. Микрофон подключаем к персоналке. Дальше вы знаете, нужно стучать пальчиками по дну и мерить отклик. Если есть цифровой осциллограф, то вообще прекрасно, иначе придется наблюдать сигнал на экране персоналки. При желании можно также записать звук в файл и пообрабатывать в том же МатЛаб'е. Возможно, понадобятся два - три микрофона (но если кастрюля небольшая, должно хватить и одного).
Еще вариант - использовать вместо кастрюли пластмассовый тазик. Но кастрюля обеспечит (как я думаю) заметно большую чувствительность.
Теоретизировать можно до бесконечности. Пока вы не поставите хотя бы простейшие опыты, вы не сможете продвинуться ни на шаг ...

Да возьмите, от клавиатуры писюка часть отпилите.
Или калькулятор возьмите (есть такие, с большими кнопками).
Телефон какой-нибудь (обычный, не сотовый) кнопочный.
Да мало ли где ещё есть подрезиненые кнопки.

пьеза проще и дешевле всего. я так и делал.

Чего Вы делали-то?

Похоже на то, что и хочет автор. тож к музыке относится. правда удар не пальцем, а палкой. пьезу пришлось демпфироваь и глушить резистором, а то сильно чувствительна. от пальца тож норм работает.

Хе. Такое я тоже делал ещё в начале 90-х (правда, без динамики).
Пальцами такое, конечно, тоже можно заставить срабатывать, но играть-то невозможно.
Насколько понял, ТС нужно именно что-то наподобие драм-машины, приведённой мной выше.

Если присобачить еще какую-нибудь кнопку, то вполне норм играть можно.

В смысле, весы развалятся, и я увижу схему?