طراحی و ساخت رادار نفوذ زمین GPR

[Edrissna]

سلام به همه دوستان و اساتید محترم،
چند ماهی هست دارم در مورد دستگاه Gpr
تحقیق میکنم و میخوام این دستگاه رو طراحی کنم ولی خب با مشکلات زیادی روبرو شدم کسانی که علاقه مند به این دستگاه هستن مثل من لطفا نظرات و پیشنهاداتتون رو دریغ نکنید ممنونم.
خب مهمترین عناصر این دستگاه به ترتیب اهمیت اینا هستن،
1- مبدل آنالوگ به دیجیتال
2- فرستنده توان بالا
3- طراحی مدار و حفاظت در برابر نویز(شیلد)

چندتا نکته رو ذکر کنم که دستگاههای زیادی توی بازار موجود هستن که هرکدوم ویژگیهای خاصی دارن
بستگی به مورد استفاده ی دستگاه چی باشه طراحی آون متفاوته یعنی برای چه منظوری طراحی شده باشه
بهترین دستگاه اونیه که بتونه بیشترین سطح استفاده رو داشته باشه در هر زمینه ای و اینجاست که این مدل دستگاهی باید ساختار بسیار دقیق و پیچیده ای داشته باشه.
1- مبدل یا ADC
درالکترونیک مدارات مخابراتی تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال صرفا برای بازسازی شکل موج اولیه صورت میگیره که تکنیکهای متفاوت بسیاری استفاده میشه اما در ساختار سیستمهای راداری یا همین دستگاهی که ما میخوایم طراحی کنیم هدف از تبدیل آنالوگ به دیجیتال برای مقایسه و شکل موج اولیه با موج برگشتی هست یعنی باید بفهمیم چه پارامترهایی در موج منعکس شده تغییر کرده بنابریین عملیات فیلتر کردن سیگنال برای حذف نویز میتونه اشتباه باشه البته چندتا شرط داره وگرنه قطعا اشتباهه،
خب فرکانس نمونه برداری هرچقدر بالاتر باشه بازسازی شکل سیگنال دقیقتر و بهتره اما مسله مهمتری هم وجود داره، فرکانس نمونه برداریدر این دستگاه صرفا برای بازسازی شکل موج نیست بلکه دقت نمونه برداری در عمق زمین رو هم شامل میشه بطورمثال فرض کنید یک پالس با پهنای باند صد مگاهرتز توسط فرستنده ارسال میشه به سمت زمین و به اعماق نفوذ میکنه گیرنده سیگنال رو تقویت میکنه و به واحد ADC تحویل میده خب ما با فرکانس یک گیگاهرتز نمونه برداری میکنیم از انعکاس موج خب طبیعتا خیلیها میگن این ده برابر سیگنال ارسالی و نرخ نمونه برداری خوبی بله آمال توجه کنید که طول موج فرکانس یک گیگاهرتز برابر 30 سانتی متر هستش یعنی لایه های زیر سطحی رو با دقت سی سانتی متر میتونیم مورد تحلیل قرار بدیم ولی آگه بخوایم با دقت ده سانتی متر از عمق نمونه برداری بشه باید فرکانس مبدل ADC برابر 3 گیگاهرتز باشه بنابرین( فرکانس نمونه برداری هرچقدر بیشتر باشه دقت نمونه برداری بیشتر خواهد بود).

دلیل: ادغام دو پست برای جلوگیری از اسپم

مشکلات عمده ساخت این دستگاه همین تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال هستش صرف نظر از اینکه این حجم اطلاعات چگونه و به چه پردازنده ای ارسال بشه،
الان تاجایی که اطلاع دارم چیپ مبدل آنالوگ به دیجیتال در ایران نهایتا تا 250 مگاهرتز موجود هست اگر هم بخوایم از خارج از کشور خرید بکنید مبدل آنالوگ به دیجیتال با فرکانس کاری یک گیگاهرتز قیمتی حدود هزار دلاره که به قیمتش هم تن بدیم و نمیتونیم مثلا سه عد از این چیپها رو با هم سری بکنیم برای رسیدن به فرکانس سه گیگاهرتز. البته ناگفته نمونه که چیپهایی هم ساخته شدن و الان هم میشه تهیه کرد که با فرکانس 6 گیگاهرتز هم نمونه برداری میکنن ولی قیمت بسیار بالایی دارن
به نظر من طراحی یک مدار ADC بهتره چون میشه قیمت رو بشدت پایین آورد و البته نویز میتونه تاسیرات بیشتری داشته باشه روی مدار دوستانی که نظری دارن در این مورد دریغ نکنید لطفا ممنونم.

دلیل: ادغام دو پست برای جلوگیری از اسپم

مسله دوم فرستنده دستگاه هستش به آسونی میشه مولد پالس رو طراحی کرد اما توان سیگنال ارسالی خیلی مهمه چون در خاکهای مرطوب و هرچیزی که رسانایی الکتریکی داشته باشه سیگنال بشدت افت میکنه و عمق کاوش کم میشه یک تقویت کننده توان بالا که سیگنال با دامنه بالایی رو ایجاد بکنه و به آنتن بفرسته برای انتشار
البته آنتن تاثیر خیلی زیادی در انتشار موج داره یک آنتن خوب با جهت تابشی متمرکز که تمام توان موج رو به سمت زمین منتشر بکنه همونطور که دیدین اکثر دستگاهها بصورت جعبه ای برروی زمین قرار میگیرن تا نویز و امواج محیطی روی گیرنده تاثیر نداشته باشه و یک مهم دیگه هم اینکه خود فرستنده میتونه منبع نویز باشه بطوریکه سیگنال منتشر شده از آنتن میتونه با اجسام روی سطح زمین برخورد بکنه وبه سمت آنتن گیرنده منعکس بشه بخاطر همینه که در اکثر دستگهها سعی شده همونطور که گفتم محفظه آنتنها درون شیلد یا پوشش محافظ قرار بگیرن و کمترین فاصله رو با سطح زمین داشته باشن.

[Edrissna]

پاسخ : طراحی و ساخت رادار نفوذ زمین GPR

بذارین در مورد ADC بیشتر بحث کنیم گفتم نمیشه چندتا ADC با هم بست تا فرکانس نمونه برداری بالا بره مگر یک مورد استثنا،
برای اینکار باید سیگنال روی یک خط سیم رو در حوزه زمان در نظر بگیریم
یک ADC برای نمونه برداری تو هر پالس کلاک یک چرخه رو انجام میده و با اومدن کلاک بعدی دوباره اون چرخه رو تکرار میکنه حالا مبدل با هر رووشی که تبدیل رو انجام بده مقایسه باشه یا پایپ لاین یا دلتا سیگما یا تقریب متوالی یا هر روش دیگه ای چرخه انجام بدین صورته
فرکانس نمونه برداری رو یک گیگاهرتز در نظر میگیریم یعنی مبدل توی هر پالس یک نانو ثانیه فرصت داره تا از ورودی دریافتی انجام بده و یک خروجی تحویل بده فرض کنیم که نصف این زمان برای دریافت سیگنال ورودی انجام میشه یعنی ورودی مبدل بمدت پونصد پیکو ثانیه باز میشه و پونصد ثانیه هم طول میکشه تا میانگین ولتاژ آون پونصد پیکو ثانیه رو تبدیل به عدد بکنه و بصورت دیحیتال به خروجی بفرسته
بنابراین ما میتونیم دوتا مبدل آنالوگ به دیجیتال رو با هم سری بکنیم بصورتی که مبدل دوم پونصد پیکو ثانیه بعد از مبدل اول ورودیشو باز بکنه و باید خیلی دقیق و هماهنگ باشم تا دقت بالایی داشته باشه خب اینا مثال بود به طور کلی سری کردن چندتا مبدل باهمدیگه به این بستگی داره که مبدلمون چند واحد زمان یا چند پیکو ثانیه ورودیشو باز میکنه همین مثال بالا رو اگر فرض کنیم بجای پونصد پیکو ثانیه مبدل ورودیشو تنها صد پیکو ثانیه باز بکنه پس میتونیم تعداد ده عدد از این مبدل با هم سری بکنیم و به فرکانس نمونه برداری ده گیگاهرتز برسیم توی دیتاشیت مبدلها زمان باز بودن ورودی درج نمیشه و این کار رو سخت میکنه متاسفانه.

بریم سراغ انتقال داده ها مبدل هر مدلی که باشه با هر تعدادی یا برد دست ساز فرقی نداره در فرکانسهای بالا حجم داده ها خیلی زیاده و پروتکل های ارتباطی هم خیلی وقتا جوابگو نیستن بهتره که از مدارهای منطقی مثل fpga استفاده بکنیم بعنوان حافظه موقت یعنی بطوری که با هربار اسکن کردن تمام اطلاعات اول روی fpga ذخیره بشن بعد با یک پروتکل ارتباطی مثل usb اطلاعات به تبلت یا کامپیوتر پردازنده ارسال بشن و بعد از این که تمام اطلاعات منتقل شدن دستگاه آماده اسکن دووم میشه این سرعت میتونه بالا باشه تا فاصله زمانی بین هر بار اسکن کم باشه مخصوصا برای دستگاهی که قراره با یک سرعت ثابت حرکت بکنه روی زمین
خیلی ممکنه بپرسن چرا fpga بخاطر اینکه میتونه چندین ارتباط و مجزا داشته باشه مثلا دهتا مبدل بصورت همزمان براش دیتا بفرستن اگر ارتباط مبدلها با fpga موازی باشه و مثلا دهتا مبدل همزمان استفاده بشه یعنی فقط هشتاد خط انتقال دیتا داریم
برای یک دستگاه خوب و با دقت و سرعت عمل بالا حتی میشه از چندتا fpga استفاده کرد بستگی به طراح داره که چجوری بخواد این کار انجام بشه
من شخصا ترجیح میدم دستگاه به نسبت اینکه پرسرعت و دقت بالایی داره کم مصرف هم باشه تا مجبور نباشیم از چندتا باطری یا یک باطری سنگین و بزرگ استفاده بکنیم.

[pencil]

پاسخ : طراحی و ساخت رادار نفوذ زمین GPR

سلام مهربون کاش یکم توضیح میدادی که برای چی میخوای؟!
تا اون جایی که من اطلاع دارم و از صحتش هم مطمئن نیستم امواج زیر 30 هرتز قابلیت نفوذ به عمق زمین رو دارن و معمولا کشورهای خیلی پیشرفته جهت مطالعه سطح زیر زمین بعضی از خطوط نفتشون و یا لوله کشیشون رو به نحوی طراحی میکنن و میشه ازش به عنوان یک آنتن البته با امپدانس بالا اما با پترن صحیح هم به عنوان فرستنده و هم به عنوان گیرنده ازش استفاده کنن و چون تقویت کننده در این فرکانس کار بسیار راحتی هست، نقص امپدانس آنتن رو با استفاده از تقویت کننده تصحیح میکنن که اونم محدودیت هایی داره مثل آرک زدن و...
از طرفی ADC ده تا راه داره بتونی ازش نمونه برداری های با سمپل بالا در حد 10 الی 11 گیگا سمپل کنی از درون یابی گرفته تا یه چیزهایی که در موردش اینجا بیشتر حوصله نمی کشه توضیح داد اما تا اونجایی که من در موردش شنیدم (مطالعه نکردم) سمپل برداری از موج های بازگشتی کم اهمیت ترین قسمت ماجرا در GPR هست.
اما سوال اصلی اینه برای چی نیاز داری به اسکن کردن لایه های زیر زمین؟

[Edrissna]

پاسخ : طراحی و ساخت رادار نفوذ زمین GPR

یک مورد رو هم اشاره بکنم که از یک مبدل هم میشه بجای دوتا مبدل با فرکانس دوبرابر استفاده کرد همون یک گیگاهرتز رو در نظر بگیرید که گفتیم مثلا ورودیش به مدت پونصد پیکو ثانیه باز میمونه خب توی این حالت برای کاهش هزینه میتونیم بصورت متناوب استفاده بکنبم ازش بجای استفاده از مبدل دوم
یعنی برای نمونه برداری دو گیگاهرتزی میتونیم یک اسکن انجام بدیم این اسکن اطلاعات ساختار زیر زمین رو بصورت پونزده یک در میان انجام میده
به زبون ساده یعنی در حوزه زمان مبدل چونکه پونصد پیکو ثانیه گوش میده به سیگنال و پونصد پیکو ثانیه قطع میشه یعنی پونزده سانتیمتر طول سیگنال رو دریافت کرده و این چرخه بصورت یک خط متناوب متقاطع تکرار میشه میتونیم یک اسکن دوم انجام بدیم منتها ADC پونصد پیکو ثانیه دیرتر شروع به کار بکنه
حالا نمونه برداری با نرخ دو گیگاهرتز داریم اما زمان انجام اسکن دوبرابر شده و مصرف انرژی دستگاه چیزی حدود سی درصد بیشتر میشه ولی یک قطعه گرون قیمت رو حذف کردیم
ولی یادتون نره اینها بصورت مثال بود با فرض اینکه مبدل پونصد پیکو ثانیه ورودیشو باز میکنه و پوتصد پیکو ثانبه مشغول انجام محاسبه و انتقال به خروجیش هست
بازم مثال مثال قبل از این میگم بصورت فرضی اگرفرض کنیم مبدل تنها صد پیکو ثانیه ورودیشو باز بکنه اونوقت میتونیم بجای استفاده از دهتا مبدل از یک مبدل استفاده بکنیم اما با ده بار اسکن که دیوونگیه مصرف انرژی هستاد درصد بیشتر و زمان انجام هر اسکن ده برابر میشه چون اینجوری هر نقطه رو ده بار باید اسکن بشه
اینارو گفتم شاید کسی بخواد با کمترین هزینه یک هچین دستگاهی بسازه صرف نظر از معایبش در مصرف انرژی و مدت زمان اسکن
امیدوارم بدرد دوستان علاقه مند بخوره هرچند ناقص و طولانی و ثر از مثالهای عجیب و غریب :-))
من مشغول طراحی این دستگاه هستم و میخوام کمترین هزینه رو داشته باشه بنابراین فعلا برای نمونه اول روی دقت ده سانتی متر یعنی 3 گیگاهرتز فرکانس نمونه برداری قناعت کردم امیدوارم بتونم با فرکانسهای بالاتر کار بکنم و حداقل به 6 گیگاهرتز برسم
من از fpga استفاده کردم و پردازنده سیگنال هم گوشی آندروید خودم هستس و از پروتکل ارتباطی usb استفاده میکنم که البته میخوام عوضش بکنم و از پروتکل ارتباطی موازی با رزبری پای استفاده بکنم بعنوان پردازنده سیگنال با سرعت انتقال 500 مگابایت در ثانیه و رزولوشن نمونه برداری هم 10 بیتی هست ضمنا مبدل آنالوگ به دیجیتال رو دم ساختم و از چیپ های آماده استفاده نکردم بخاطر کاهش هزینه منتظر پیشنهاد و نظرات اساتید علاقه مندان هستم :-)

دلیل: ادغام دو پست برای جلوگیری از اسپم

ممنون از توجه خب حرف شما تا حدودی درسته اما نمونه برداری فرکانس بالا توی یکبار اسکن کردن کار آسونی نیست میخوام دقت دستگاه بالا باشه برا شناسایی کوچکترین تغییرات زیر سطحی اینجوری توی زمینه های زیادی میتونه کاربردی باشه مخصوصا توی باستانشناسی برا داشتن یک تصوید دقیق از اجزای مدفون حتی لوله ها و زهکشی و آبهای زیر زمینی با عمق کم

دلیل: ادغام دو پست برای جلوگیری از اسپم

خب سی هرتز فرکانس خیلی پایینیه درسته عمق نفوذ خیلی زیادی هم داره ولی چه آنتنی میتونه سی هرتز فرکانس رو منتشر بکنه
من در مورد استفاده از امواج صوتی با این فرکانس شنیدم برای تعیین لایه های زیر سطحی در عمق زیاد در چاههای نفتی
ولی امواج الکترومغناطیسی با این فرکانس فک نمیکنم ممکن باشه.
میشه در مورد آون نمونه برداری با فرکانس 10 گیگاهرتز یکم توضیح بدین چه روشی هستش :-)

دلیل: ادغام دو پست برای جلوگیری از اسپم

سلام مهربون کاش یکم توضیح میدادی که برای چی میخوای؟!
تا اون جایی که من اطلاع دارم و از صحتش هم مطمئن نیستم امواج زیر 30 هرتز قابلیت نفوذ به عمق زمین رو دارن و معمولا کشورهای خیلی پیشرفته جهت مطالعه سطح زیر زمین بعضی از خطوط نفتشون و یا لوله کشیشون رو به نحوی طراحی میکنن و میشه ازش به عنوان یک آنتن البته با امپدانس بالا اما با پترن صحیح هم به عنوان فرستنده و هم به عنوان گیرنده ازش استفاده کنن و چون تقویت کننده در این فرکانس کار بسیار راحتی هست، نقص امپدانس آنتن رو با استفاده از تقویت کننده تصحیح میکنن که اونم محدودیت هایی داره مثل آرک زدن و...
از طرفی ADC ده تا راه داره بتونی ازش نمونه برداری های با سمپل بالا در حد 10 الی 11 گیگا سمپل کنی از درون یابی گرفته تا یه چیزهایی که در موردش اینجا بیشتر حوصله نمی کشه توضیح داد اما تا اونجایی که من در موردش شنیدم (مطالعه نکردم) سمپل برداری از موج های بازگشتی کم اهمیت ترین قسمت ماجرا در GPR هست.
اما سوال اصلی اینه برای چی نیاز داری به اسکن کردن لایه های زیر زمین؟

اشتباه شد میخواستم ریپلی کنم کامنت بالایی رو بخونین لطفا

[Edrissna]

پاسخ : طراحی و ساخت رادار نفوذ زمین GPR

یک نکته دیگه هم هست داشت یادم میرفت اینکه پلاریته امواج هم اهمیت داره
پالسی که منعکس میشه در اثر عبور از یک لایه با رسانایی کم به محیط با رسانایی زیاد یا همون ضریب دی الکتریک پلاریته موج تغییر میکنه یعنی ADC باید قدرت تشخیص پلاریته سیگنال رو هم داشته باشه بطور مثال رزولوسن نمونه برداری 10 بیتی رو بین اعداد (-1023 تا1023) مشخص بکنه وگرنه سیگنال منعکس شده ای که 180 درجه تغییر پلاریته داشته باشه رو نمیشه تشخیص داد.

چرا باید نرخ نمونه برداری بالا باشه چون اختلاف فاز و در کل تمام پارامترهایی که شکل سیگنال رو تعیین میکنه باید قابل شناسایی باشه و تمامی مراحل بعدی توسز نرم افزار انجام میشه که شکل موج، دامنه موج، پلاریته موج و حتی در پردازش نموداری زاویه، لبه بالا رونده موج با لبه پایین رونده مقایسه میشه دلیلش هم اینکه نرم افزار با تحلیل این داده ها میتونه شکل سازه مدفون رو به دقت بیشتری شبیه سازی بکنه یک سطح بتنی با زاویه ی زیاد رو در نظر بگیرید موجی که از این سطح منعکس میشه با جسمی که کاملا تخت باشه متفاوته یکی از لبه های بالا رونده یا پایین رونده موج در جهت زاویه شیب تغییر میکنه به شرط اینکه آنتن دستگاه با جهت زاویه شیب قرار داشته باشه
در عمق زیر پنجاه متر عموما اختلاف سرعت حرکت موج در هوا در مقابل زمین و سنگ ناچیزه میشه ازش صرف نظر کرد مگر اینکه عمق کاوش بالا باشه و دقت نمونه برداری هم بالا باشه که میشه اینرو توی نرم افزار تعریف کرد برای بدست آوردن دقیقترین عمق لایه ها.

[antipa]

پاسخ : طراحی و ساخت رادار نفوذ زمین GPR

یه سری دستگاه معدن یاب خارجی هستند که با این تکنولوژی زمین را اسکن می کنن
من هم خیلی علاقه دارم در این زمینه یک طرح خوب بدم . اما بعد از صحبت با دوستانم به یک سری ابهاماتی بر خوردم که جوابی براش پیدا نکردم
فرکانس موج هرچی بیشتر بشود خاصیت نور میگیره یعنی منعکس میشه این یعنی امواج از اتم های خاک عبور نمی کند و منعکس میشود
اگر فرکانس خیلی بالا باشد مثل اشه ی ایکس که باید یک دستگاهی اونور کره ی زمین داشته باشیم برای دیتکت
adc را می توانی با موازی کردن و یک fpga سمپل تایمشو بالا ببری ولی مشکل ram هم خواهیم داشت این همه داده را کجا باید ذخیره کرد...
مشکل تقویت کننده ی سیگنال برگشتی هم برای خودش یک ابر مشکل هست
اصلا فرکانس کاری بلاتر از یک گیک وارد یک دنیایی غیر از الکترونیک میشیم این خودش یک مشکل هست
مشکل تغذیه که احتمالا باید یک متور برق هم کنارش داشته باشیم
و کلی مشکل ریزو درشت دیگر ...
به خاطر همین است که قیمت این دستگاه ها بالای 300 م هستش

[Edrissna]

پاسخ : طراحی و ساخت رادار نفوذ زمین GPR

سلام بله کاملا درسته فرکانس بالا برد کمتری داره ولی فرکانس پالسی که قراره به زمین نفوذ بکنه زیر 500 مگاهرتز هستش تازه همین پونصد مگاهرتز بستگی توان سیگنال شاید تا دو متر هم فقط قدرت نفوذ داشته باشه فرکانس بالا برای نمونه برداری از انعکاس امواج هستش چند گیگاهرتز مصرف برقش زیاد هم نیست من از باطری 12 ولت استفاده میکنم بیشترین مصرف انرژی مربوط میشه به تقویت سیگنال ارسالی که باید قدرت بالایی داشته باشه تا در عمق زیاد پایداری خوبی داشته باشه
در مورد حجم اطلاعات هم زیاد نگران کننده نیست چون پیوسته نیست هر بار اسکن کردن با فواصل 300 پیکو ثانیه ای تا عمق صد متر میشه ده کیلو سمپل هر سمپل هم ده بیت در کل میشه صد کیلوبیت که میشه توی حافظه لچ fpga ذخیره کرد تا پایان نمونه برداری بعدش با سرعت مناسب به کامپیوتر منتقل بشه یعنی آگه با سرعت صد مگابیت در ثانیه هم منتقل بشه چیزی حدود یک میلی ثانیه طول میشکشه یعنی دوره تناوب هر اسکن در بدترین حالت 1 ثانیه هم نمیشه،
هر بار اسکن کردن فقط یک پالس ارسال میشه یعنی طول آون تک موج فرکانس رو مشخص میکنه برای عمق زیاد 50 یا 100 مگاهرتز فرکانس مناسبیه
من مقالاتی خوندم که از دستگاه برای شناسایی مینهای مدفون در وسعت زیاد استفاده شده اونم نصب شده روی بالن با سرعت حرکت پنج متر در ثانیه
فرکانس ارسالی هم پونصد مگاهرتز تا یک گیگاهرتز بوده و اما نرخ نمونه برداری 18 گیگاهرتز چون اهدافشون توی عمق کمتر از نیم متر بوده و نرخ نمونه برداری بالا کمک میکنه به ابعاد کوچکتر از سانتی متر برسن که حتی تونستن حجم و نوع مواد منفجره استفاده شده در مین کاملا پلاستیکی رو مشخص کنن
متاسفانه همش منتظر تکنولوژی هستیم ولی تکنولوژی همون چیزیه که بهش فکرمیکنیم کار جدید انجام دادن شاید غییر ممکن بنظر بیاد ولی آگه دیگران تونستن ما هم میتونیم
من تخصصم مکانیک جامدات هستش در اصل طراحی صنعتی بیشتر حالیمه ولی خودژموز دارم روی الکترونیک کار میکنم روی fpga اسپارتان 6 که حداکثر کلاکش 1 گیگاهرتز هستش شمارنده ای پیاده سازی کردم با سرعت 5 گیگاهرتز
الان هم برای ساخت این دستگاه فقط لنگ یک نوع ترانزیستور fet یا jfet هستم که بتونه با فرکانس 3 گیگاهرتز سوییچینگ انجام بده توی ایران شاید اصلا پیدا نشه تا هفته دیگ آگه نتونم پیدا بکنم مجبورم خارج از کشور سفارش بدم بخاطر 100 عدد ترانزیستور smd واقعا خجالت آوره توی آمازون پیدا کردم قیمتش سه و نیم دلار بود که خیلی زیاده :-(

[antipa]

پاسخ : طراحی و ساخت رادار نفوذ زمین GPR

بدم بخاطر 100 عدد ترانزیستور smd ه ...

اهان من فکر کردم فرکانس ارسالی اینقدر هست
خوب حله . منم یک سری سرچی تو اینترنت زدم دیدم میشه ساختش چون احتمالا ارزش داشته باشه منم هستم
یه سوال تو از چه اسپارتانی استفاده کردی !! .این چیزیایی که من دارم تا 300م کلاک بیشتر کار نمی کنه .چطوری رسیدی به 1 گیگو 5 گیگاهرتز
تو طرح دو سه تا fft میخوایم و چنتا ضرب کننده و .... که XC6SLX9 جواب نمیده
یه چیز دیگه وقتی فرکانس کاری زیر 500 هست واسه چی ترانزیستور 3 گیگ میخوای؟ واسه تقویت موج برگشتی می خوای از ترانزیستور استفاده کنی ؟

[Edrissna]

پاسخ : طراحی و ساخت رادار نفوذ زمین GPR

باهمین lx9 نه اتفاقا من تست کردم توی دیتاشیت هم نوشته تا یک گیگاهرتر خوب جواب میده ولی بیشتر از آون که میشه مخصوصا وقتی برنامه ریزی پیچیده ای روش پباده بکنی یکم سخت میشه باید هیت سینک بشه و تغذیه هم کاملا صاف و متعادل باشه ترانزیستور سه گیگ برای سویچینگ میخوام برای قسمت دریافت سیگنال میخوام سیگنال رو به چندتا باند تقسیم بکنم که فرکانس ADC پایینتر بیاد

[antipa]

پاسخ : طراحی و ساخت رادار نفوذ زمین GPR

ترانزیستور سه گیگ برای سویچینگ میخوام برای قسمت دریافت سیگنال میخوام سیگنال رو به چندتا باند تقسیم بکنم که فرکانس ADC پایینتر بیاد

متوجه ی این قسمت نشدم .
احساس می کنم اگه این کار را انجام بدهی سیگنال ورودیت خراب بشه .....
یک شکل موج انالوگ داری - خوب اگه مستقیم بدی به ورودی adc ها بهتر نیست ؟
به چیزی نیاز داریم که درنیم میکرو ثانیه کلی سمپل از او سیگنال بگیره - هیچی به ذهنم نمیرسه
ی دونه اسپارتان می تونه نهایت در هر 1.5 نانو یک سمپل از adc بگیره البته اگه adc بتونه در این زمان خروجیشو آماده کنه ......

[Edrissna]

پاسخ : طراحی و ساخت رادار نفوذ زمین GPR

خب من وارد جزییات نشدم اینجا خبری از یک واحد ADC نیست مثل یه چیپ
ADC رو خودم ساختم با قطعات یعنی یه مدار ADC ساختم طرز کارشو نمیدونم حالا توضیح بدم یا بذارم برا بعد از تست که مطمن شدم

[antipa]

پاسخ : طراحی و ساخت رادار نفوذ زمین GPR

خب من وارد جزییات نشدم اینجا خبری از یک واحد ADC نیست مثل یه چیپ
ADC رو خودم ساختم با قطعات یعنی یه مدار ADC ساختم طرز کارشو نمیدونم حالا توضیح بدم یا بذارم برا بعد از تست که مطمن شدم

قبل از ساخت بگو ، که اگه مشکل داشت نسازیش .

[Edrissna]

پاسخ : طراحی و ساخت رادار نفوذ زمین GPR

متوجه ی این قسمت نشدم .
احساس می کنم اگه این کار را انجام بدهی سیگنال ورودیت خراب بشه .....
یک شکل موج انالوگ داری - خوب اگه مستقیم بدی به ورودی adc ها بهتر نیست ؟
به چیزی نیاز داریم که درنیم میکرو ثانیه کلی سمپل از او سیگنال بگیره - هیچی به ذهنم نمیرسه
ی دونه اسپارتان می تونه نهایت در هر 1.5 نانو یک سمپل از adc بگیره البته اگه adc بتونه در این زمان خروجیشو آماده کنه ......

در مورد ADC کسی نظری نداد چیز بدرد بخوری هم پیدا نکردم پس خودم دست به کار شدم بنا بر اصول کار مبدلها یه ADC بزرگ طرح ریزی کردم ساختش خیلی راحته و میتونه برا کارای آماتوری و کم هزینه خوب باشه چون حتی آگه ADC فرکانس بالا هم گیر بیاد قیمتش خیلی بالاست
توی ADC ها یه چیزی هست که مشترکه توی یک دوره متناوب از سیگنال آنالوگ نمونه برداری میکنه یعنی سطح ولتاژ رو در یک برش از سیگنال اندازه گیری میکنه میشه گفت یک ولت سنج با سرعت بالاست
یک روش معمول و بصرفه مقایسه ولتاژه یعنی چندین مقایسه گر و در نتیجه تعداد بسیار زیاد قطعات برای یه رزولوشن مناسب که اصلا فکر خوبی نیست
یه روش دیگه و پایه هم هست که با اندازه گیری جریان اختلاف پتانسیل بدست میاد
شبیه به همون کاری که توی بعضی مبدلها انجام میشه کاری که من کردم:
مدار rc، آگه یک خازن رو با یه ولتاژ شارژ بکنی و هنگام تخلیه یک مقاومت سر راهش قرار بدیم سرعت تخلیه خازن کم میشه آگه سرعت تخلیه رو زیاد بکنیم و با یه شمارنده با دقت بالا تعداد میشه ولتاژ رو بدست آورد
حالا فکرشو بکن در حوزه زمان سیگنال آنالوگ روی یک خط سیم یک نانو ثانیه طول میکشه آگه ما یه ترانزیستور پر سرعت سر راه این سیگنال قرار بدیم و به مدت یک نانو ثانیه جریان رو به سمت خازن هدایت کنیم خازن شارژ میشه حالا ولتاژ هرچی که باشه تخلیه اش میکنیم با یک مقاومت سرعت تخلیه رو با شمارنده داخل fpga شمارش میکنیم حالا آگه ما سه متر خط سیگنال در نظر بگیریم و هر سی سانتی متر یک خط تخلیه شامل همون مدار تخله که توضیح دادم یعنی ترانزیستورها و ختزن و مقاومت، خب یعنی ما ده نانو ثانیه به مدت یک نانو ثانیه نمونه برداری میکنیم و 9 نانو ثانیه برای شمارش وقت داریم هر خط تخلیه خازن به یک پایه fpga وصل میشه و هرکدوم جداگونه شمارش میشه حالا ما یه نمونه بردار داریم که توی دوره تناوب صد مگاهرتز کار میکنه و با فرکانس یک گیگاهرتز نمونه برداری میکنه ترانزیستور ها باید fet یا jfet باشن تا جریان نشتی تداخل بوجود نیاره ترانزیستور سه گیگاهرتز کیخوام تا فاصله سی سانتی که گفتم رو به ده سانتی متر کاهش بدم و فرکانس نمونه برداری بالاتر بره،
خب حالا چندتا پارامتر مهم: هرچقدر تعداد خطوط نمونه بردار یا همون مدار خازنی بیشتر باشه سرعت تناوب کل مدار پایین میاد مثلا آگه بجای دهتا خط بیست خط داشته باشیم فرکانس تناوب کاری به 50 مگاهرتز میرسه و خاصیتش هم اینه که وقت بیشتری برای شمارش داریم یعنی لازم نیست شمارنده خیلی سریع باشه یا برعکس سرعت شمارنده بالا نگه داریم در عوض رزولوشن رو بالا ببریم یعنی بجای اینکه هشت بیتی باشه ده بیتی باشه
حالا فکرشو بکن 60 خط نمونه برداری داشته باشیم و هر کدوم به یک پایه fpga وصل بشن و جداگونه شمارش بشن دقت بالا رزولوشن قابل قبول و سرعت عمل البته معایبی هم داره که باید دقت کرد مدارات منطقی بشدت به نویز و سطح ولتاژ حساس هستن تغذیه طبقات مدار باید دقت بشه من برای تغذیه ولتاژ تغذیه رو از دوتا رگولاتور عبور دادم قبل از رگولاتور و همچنین بعد از رگولاتورها خازن گذاشتم تا هنگام کار افت جریان کمترین تاثیر رو داشته باشه
عیب دیگه اینکه مدار بزرگتره قطعات و خطول فرکانس بالای زیادی در جریان هستن که هم نویز پذیرن بشدت هم میتونن منبع نویز باشن برای بقیه قطعات و طبقات بنابرین باید مدار خیلی با دقت طراحی بشه خطول طولانی بین ترانزیستور که گفتم رو در نظر بگیر بین هر ترانزیستور 30 سانتی متر خب اینو مثل خطوط آنتن روی مدار بکش طوری که فاصله ترانزیستورها از هم کم بشه و حجم مدار کمتر بشه حالا باید روی این خطوط شیل قرار بگیره که مثل آنتن عمل نکنه و نویز رو به خودش جذب بکنه یا حتی ممکنه نقش منتشر کننده هم داشته باشه کل مدار بصورت چند قسمت جداگونه باید بخوبی شیلد بشه من از شیلد سه لایه استفاده کردم یک لایه مسی یا همون فیبر مدار چاپی یک لایه ورق آلومنیوم نازک و یک لایه فلزی روکش کروم یا همون حلبی که شناخته شده است، توی انتشار امواج یک چیز مهم وجود داره آگه یک سیگنال آنالو یا دیجیتال رو بسمت یک قطعه بفرستیم اگر مصرف و یا ورودی آون قطعه کمتر از جریان ارسالی باشه بقیه جریان بصورت امواج مغناطیسی از خط سیگنال دفع میشه که میتونه نویز بوجود بیاره پس خیلی توی انتخاب قطعات باید دقت کرد تمام جریانها ولتاژها و خطوط باید دقیق باشن.
حالا fpga من پالس کلاک رو بصورت داخلی ساختم بعدا در موردش حرف میزنم کلاک ورودی رو از مینی کامپیوتر رزبری پای میگیریم مثلا یک گیگاهرتز
حالا شمارنده رو میشه با دقت دوبرابر ساخت یک ماژول شمارنده با هرتعداد بیت که مد نظرت هست هشت، ده، یا اصلا شونزده بیتی، بعد ماژول رو هردو لبه بالا رونده و وایین رونده حساس میکنیم اینجوری با هر بار تغییر لبه یک عدد به شمارشگر اضافه میشه یعنی فرکانس دو گیگاهرتز مسله تغذیه fpga رو بخاطر همین گفتم مهمه چون در فرکانس بالا سرعت خیلی بالاست و تغییر سطح ولتاژ ممکنه باعث اعمال دستور خطا توی برنامه بشه و کل برنامه بدردنخور میشه

دلیل: ادغام دو پست برای جلوگیری از اسپم

خلاصه کلام اینکه Gpr یک شندونده خیلی دقیقه یعنی شما باید به چشم یک ADC در نظرش بگیرید در حقیقت چالش اصلی و اهمیت اصلی نمونه برداریه دقت نمونه برداری یعنی اینکه بتونه هنگام اسکن کردن زیر سطح زمین یک فصل مشترک رو بخوبی نشون بده دستگاهی که دقت سی سانتی متر داشته باشه یک شی یا لایه با ضخامت کمتر از سی سانتی متر رو همون سی سانتی در نظر میگیره و خیلی جاها که دقت بالا لازم باشه این یک عیب بزرگه حالا فرض کن زیر سطح دوتا لایه داشته باشیم که هردوتاشون به هم چسبیدن و هردوشون باهم سی سانتی متر ضخامت دارن اینجاست که دستگاه از تشخیص جنس آون لایه ها عاجز میمونه چون سیگنال منعکس شده دو فاز نزدیک به همدیگه هستن حالا اختلاف دامنه هم آگه داشته باشن دستگاه نمونه برداری میانگین این دوتا فاز رو در نظر میگیره مثل این میمونه بخوای از یک سیگنال با فرکانس دو گیگا هرتز با یک مبدل ADC با سرعت یک گیگاهرتز نمونه برداری بکنی نصف موج رو از دست میدی
این همه پرحرفی کردم که بگم دقت نمونه برداری در بعضی مثال اهمیت ویژه ای داره البته بستگی به کاربرد دستگاه داره ممکنه یه دستگاه با دقت یک متر کار بکنه برای پیدا کردن منابع آب زیر زمینی و یه دستگاه با دقت یک سانتی متر برای پیدا کردن کابلهای باریک یا مین های جنگی
اگر کسی نظر بهتری برای ساخت ADC داره مارو هم بی نصیب نکنه ممنونم.

دلیل: ادغام دو پست برای جلوگیری از اسپم

قبل از ساخت بگو ، که اگه مشکل داشت نسازیش .

شاید یکم مسخره به نظر بیاد ولی یکک دقیتر بهش فکر کنیم فکر بدی هم نیست آگه اصول طراحی رعایت بشه خب نظرت چیه آگه جاییش رو متوجه نشدی بگو ضمنا بهشفکر کن اگه راه حل یا پیشنهادی داشتی بهم بگو حتما ممنون

[Edrissna]

پاسخ : طراحی و ساخت رادار نفوذ زمین GPR

فعلا به امید خدا این نمونه آماده بشه تست بکنم همه چیز اوکی بود تمام مراحل کار لیست قطعات و نقشه مدار رو همینجا میذارم
ضمنا آگه اوکی بود این فعلا یه نمونه ساده هستش بعدش میخوام با قطعات بهتری کار گنم یه نمونه خیلی قوی بسازم احتمالا حداقل از virtex5 دوتایی استفاده بکنم یا سری های بالاتر و قویتر چون قصد دارم به دقت سانتی متری برسونم برای عمق کم و عمق کاوش رو به دویست متر برسونم هرچند که هیچ کدوم از دوستان راهنمایی نمیکنن و مارو از اطلاعاتشون بی نصیب میکنن

[antipa]

پاسخ : طراحی و ساخت رادار نفوذ زمین GPR

...... نمونه آماده بشه تست بکنم......

چند بار مطالبتو با دقت خواندم
این که سیگنال را از طول معنی عبور دهیم و در فاصله ی معینی یک نمونه بگیرم ایده خوبه ی که تا به حال بهش بر نخوردم . مطمعنی که تحصیلاتت میکانیک جامدات هست ؟!!
از نظر تئوری جواب میده اما از نظر عملی نمی دونم .
همه ی اتفاقات باید زیر یک نانو ثانیه اتفاق بیفته . ترانزیستور سویچ بشه خازن شارژ بشه و ترانزیستور خاموش . فکر کنم زمان روشن شدن ترانزیستور خیلی بیشتر از یک نانو ثانیه باشه . از طرفی تو اون زمان کم همه ی ترک ها حالت سلفی به خودشون می گیرند - یعنی به الکترون ها اجازه ی عبور نمی دن که جریان پیدا کنند و خازن شارژ شه . حالا ما میگیم عیب نداره با یک ضریب خطا یی هم خازن شارژ شد مشکلی نیست .
fpga بعد از خاموش کردن او ترانزیستور شروع کرد به شمارش .چطور بفهمد خازن شارژش خالی شده . اگر نظرت یک مقایسه کننده است که سطح صفر را مشخص کند . این سطح خودش بالا پایین می شود چون مرجعی نداریم . حتی اگر خطای مرجع را صرفنظر کنیم خطای زمان تریگر شدن را داریم . حالا فرض کن از این مدارات ده تا کنار هم داریم .
من حتی از این خطاها و شلوغی ها نگران نیستم .
مشکل اصلی توی fpga به وجود میاد . که باید چند کلاک روی داده ها کار کند - تا رجیسترهایش خالی بشوند برای ده داده ی بعد. فرض اگر 5 کلاک نیاز باشد قویترین fpga را فرکانس کاریش را می آورد زیر 100 مگ ....
اما من میگم به جای استفاده از این ایده که در جواب گرفتنش هم ابهاماتی هست -از چنتا adc استفاده بکنیم . با این کار پیچیدگی طراحی pcb را برداشتم . فشار از روی fpga هم برداشته می شود . و مطمعن هستیم جواب می دهد . حده اقل قسمت adc .
اما همونطور که گفتی دوتا مشکل هست یکی قیمت میره بالا و دومی فرکانس نمونه برداری کمتر میشه - این یعنی اجسام بزرگتر را می توانیم دیتک کنیم . این روش برای شروع خیلی بهتر است .از قدیم میگن سنگ بزرگ نشانه ی نزدن است.
اول بزار اجسام بزرگ دیتکت شوند . بعد اگر در قسمت های دیگر مدار به مشکل بر نخوردیم یواش یواش بقیه چیزاشو آپدیت می کنیم . چون می دونی فقط adc مهم نیست . پردازش داده هایی که ذخیره میشن خلیی مهمتره و کلی زمان میگره و از طرفی همه ی این ها باید نمایش داده بشه . همین نمایش داده ها کار 5 ماه هست
خلاصه
بهتره یک چیزی خیلی ابتدایی درست کنیم و به سرانجام برسونیم - اینجوری شاید کمک مالی هم پیدا کردیم . قدم بعدی فرکانس نمونه برداری را بیشتر می کنیم