Winfired

"Habe ich schon gemacht, aber schon vor rd 20Jahren" Ich habe nicht gesagt, daß das Messen der Geschoßgeschwindigkeit ein Kunstwerk ist oder ich der erste bin, der sich damit beschäftigt. Ich habe 30 Jahre als Systementwickler gearbeitet und kenne mich in der Materie schon ein klein wenig aus. Nur habe ich noch keine Erfahrung mit Lichtschranken. "Starttor ein Mäanderförmig verlegter Spulendraht 0.1 mm Abstand 4mm und 20 Reihen" Also ein induktiver Aufnehmer und keine Optischer. Das sich ändernde Magnetfeld beim Vorbeiflug eines Geschosses könnte man natürlich auswerten. Die Verdichtungsstoßwelle oder Verbrennungsgase könnten dann keine Störungen mehr verursachen. "es geht Zeitauflösung 10µS = 100Khz Takt" naja, meine zeitliche Auflösung würde 25 ns betragen, da liegen schon ein paar Größenordnungen dazwischen. Aber entscheidend ist die Anstiegsgeschwindigkeit und da liegen preisgünstige Fotodioden heute im Bereich von ein paar Nanosekunden oder sogar darunter. Das darauffolgende Filter darf natürlich nicht alles wieder zunichte machen. "1Meter Schrankenabstand" Ich würde 30 cm anstreben, oder im Fall eines Hallsensors 10 cm. "mit 4µS Zykluszeit wirst Du auch nicht viel besser sein" Wir sprachen von 40 MHz Taktsignal, das durch einen Vorteiler so reduziert wird, daß es ein Mikrokontroller leicht zählen kann. Die Gesamtzeit ergibt sich dann aus der Anzahl der Zähler-Überläufe + dem Zählerstand des Teilers. Die Auflösung bleibt bei 25 ns und nicht bei 4 µs. Der Zählerstand wird nach dem Stoppen vom Prozessor ausgelesen. Sonst könnte ich ja gleich eine Taktrate von 250 kHz verwenden. "Naturgemäß wird der Fehler mit größer werdenden Geschwindigkeit immer größer " Ich denke, daß Fehler im Sub-Prozentbereich erreichbar sein müßten und das auch bei 1000 m/s. Und für das Problem mit der Machwelle ist das optische Prinzip vielleicht nicht der richtige Ansatz. "Hardwarezähler gibt es genug" klar, auch 10 ns Auflösung sind Kinderkram, die nur ein paar Cent kosten und etwas know how fürs Layout. Wenn ich das nicht integrieren wollte, dann würde ich meinen Universalzähler hinhängen oder meinen Oszi, dann ist 1 ns mit dem richtigen Tastkopf kein Problem. In der Zeit legt das Geschoß bei 1000m/s einen ganzen Mikrometer zurück. Aber der Gedanke, die Magnetfeldänderung zu messen ist sehr verführerisch.

Habe gerade versucht die IR-LEDs des Lichtvorhangs zu positionieren (siehe Bildchen). Ich würde gerne schnelle LED's (TSFF5210) benutzen, damit ich diese auch mit entsprechender Bandbreite modulieren kann, allerdings ist deren Strahlungswinkel mit +/- 10 Grad sehr eingeschränkt. Im Randbereich fällt die Leistung bereits auf 50 %. Mich würde interessieren wie z.B. beim Mehl die Aufteilung der LEDs gelöst wurde und wie viele LEDs überhaupt verwendet wurden falls man das von Außen sehen kann. Im Bild sind nur die Strahlungskegel der oberen 6 LEDs eingezeichnet. Auf Grund der unvollständigen Abdeckung müßte man in die untere Leiste noch einmal 6 LEDs einbauen die nach oben strahlen. In der Mitte des oberen und unteren Rahmens würde dann jeweils eine Fotodiode sitzen. Eine Lichtschranke bestünde also aus 12 LEDs und 2 Fotodioden. Übrigens, das Rahmen-Innemaß beträgt 20 cm x 20 cm. Ich hoffe das ist ausreichend. Würde mich freuen, wenn ich dazu Inputs bekäme. Winfired

Wer viel mißt, mißt viel Mist. Das Signal ist nur kleiner als ich dachte und heute hatte ich auch ein paar Minuten mehr Zeit zum Messen. Die IR-LED allerdings wurde jetzt mit DC 1,4V/30mA gespeist. Beim schnellen Durchziehen (aus der Messung 2er parallelen Drähte im Abstand von 5mm kam ich auf 10 km/h) eines 1,5 mm starken Drahtes erhielt ich ein Signal mit 150 mV Amplitude und ca. 0,8 ms Impulslänge. Alles mit frei gehaltener, also nicht exakt ausgerichteter LED und ohne Linse vor der Fotodiode. Als nächstes werde ich eine Lichtschranke, bestehend aus 5 LEDs und der Fotodiode inkl. TIA in einen Rahmen einbauen um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten. Damit untersuche ich dann das Signal, das eine Luftgewehrkugel erzeugt. Außerdem habe ich mir den brandneuen TIA von LT besorgt, dessen Verstärkungs-Bandbreiteprodukt mit 4 GHz das ca. 8-fache meines jetzigen beträgt.

Die Dichteänderung bewirkt also eine relativ starke Brechung des IR-Lichtstrahls und führt dadurch zu einem Signal am Empfänger. Wenn der Abstand der beiden Lichtschranken zueinander z.B. 30 cm beträgt, kann man dann nicht davon ausgehen, daß der Abstand zwischen Geschoß und Dichtestoß praktisch konstant bleibt und dadurch nicht relevant ist? Immer vorausgestzt, die Schlieren variieren nicht. Jedenfalls ist zu untersuchen ob der IR-Strahl vollständig unterbrochen wird, oder nur zum Teil. Deshalb möchte ich mir zuerst einmal das Signal, das direkt aus dem TIA kommt auf dem Speicheroszi ansehen. Wenn keine Totalablenkung sattfindet, könnte man später die Empfindlichkeit auf Über- oder Unterschall Projektile einstellen. Auch eine digitale Regelung der Leistung, mit der die IR-LED versorgt wird, wäre denkbar. Leider bekomme ich zur Zeit überhaupt kein Signal aus meinem TIA obwohl ich mit ca. 100 mW IR-Leistung bei 1 MHz auf die Fotodiode ziele. Möglicherweise reicht die Vorspannung der BPX65 mit 2,5V nicht aus aber mein TIA wird mit +/- 2,5V versorgt und deshalb nehme ich natürlich die vorhandene Spannung. Die Testschaltung habe ich direkt auf ein durchgehend kupferkaschiertes FR4-Basismaterial, quasi ohne Leitungslängen für die relevanten Pins, aufgebaut (alles in allem etwa 5 x 7 mm groß inkl. 0603 SMD Bauteilen und TIA im SOT-23-6 Gehäuse ). Am Aufbau kann es jedenfalls nicht liegen, der ist für mindestens 500 MHz gut. Mal sehen wann ich mich dem Problem wieder widmen kann. Grüße Winfired

Hi SCR, fertigen lassen kann man natürlich schon 4-lagige Leiterplatten, nur für einen Prototypen gebe lege ich keine 140.- hin. Einen Reflow Ofen besitze ich auch. Ich habe schon öfter SMD-Schaltungen entwickelt und aufgebaut. Telemetrie hätte den Vorteil, daß ich keine Leitung benötige und das Gerät fernsteuern könnte. Zumindest wäre dann eine Leitung notwendig, da ich auf dem Langwaffenschießstand nicht dauern rausrennen kann. Eine andere Möglichkeit wäre noch eine große LED Anzeige, die jeden Meßwert anzeigt. FPGA habe ich auch schon überlegt, aber das wäre für diese minimale Anforderung überdimensioniert. Das macht ein Mikrokontroller mit ein paar Zeilen Code genauso gut und ich bin sehr flexibel in den Funktionen, die ich dem Gerät spendieren kann. Das Programm bringt man inkl. Debugging sicher in ein paar Tagen hin. Und die 2 externer 4-Bit Zähler sind auch keine Problem. Hi Hephaistos, das sehe ich auch so, der Analogteil ist die Herausforderung. Ich habe keine praktische Erfahrung, welches Signal ein durchfliegendes Geschoß durch eine Lichtschranke bewirkt und mit welcher Frequenz die LEDs sinnvollerweise getaktet werden sollen, aber ich habe einen TDS 3054 mit 5 Gs/s, mit dem kann ich das messen und mich herantasten (sofern ich diesen auf dem Schießstand betreiben darf - ich glaube, elektrische Geräte ohne EX-Schutz sind verboten). Das mit der Schallgeschwindigkeit habe ich jetzt nicht verstanden. Meinst Du, daß die Druckwelle das Signal der Lichtschranke stört (durch Schlieren o.ä.)? Und meinst Du jetzt akkustische/Piezo Aufnehmer anstelle Lichtschranke? Mein Interesse gilt hauptsächlich der Ermittlung der Geschoßgeschwindigkeit bei Langwaffen. Ich vermute, daß bei Kurzwaffen die Messung wohl eher zur Ermittlung der Energie dienen soll. Zumindest in meinem Fall hätte es wahrscheinlich keine Auswirkung auf das Trefferbild wenn das Geschoß um +/- 10 m/s schwankt. Da bin ich ein viel zu schlecher Schütze. Winfired

sorry, der Prozessorcounter wird natürlich nicht mit 1 MHz sondern 250 kHz getaktet, weiß schon nicht mehr daß FF=256 sind. Und die minimale Geschwindigkeit wäre dann theoretisch ca. 1,15 m/s.

Unabhängig davon, ob man bei 1000m/s eine Auflösung von < 0,1 m/s benötigt, wäre es kein Problem den ext. Synchronzähler mit 64 MHz zu takten (der 74F193 geht bis 125MHz). Vorgeteilt mit dem externen 8-Bit-Synchronzähler würden dann am 16-Bit Counter des Prozessors 1 MHz anliegen. Das ist eine runde Zahl. Die Minimalgeschwindigkeit würde sich dann zu 4,8 m/s ergeben, wenn ich mich nicht verrechnet habe. Digital geregelte IR-Lichtschranke heißt ja dann wohl getaktete Lichtschranke (z.B. mit 1 bis 2 MHz). Und der Filter am Empfänger, muß der auch regelbar sein? Es weiß nicht zufällig jemand, in welchem Frequenzbereich die LEDs beim Mehl getaktet werden? Nichts als Fragen! Na dann werde ich mich mal an dem Analogteil versuchen und mit dem LTC6268, dem BPX65 und einer schnellen IR_LED eine Versuchsschaltung aufbauen. Ich weiß, daß die Beschaltung des LTC recht kritisch ist und eigentlich 4-lagige Leiterplatten erforderlich sind, aber ich kann nur 2-lagige fertigen und werde es damit erst mal versuchen. Der Oscar wird ja dann zeigen ob sie funktioniert.

Mich würde interessieren, ob es zu diesem Thema Fortschritte gibt? Als Wiederlader wollte ich mir schon vor längerer Zeit einen Chrony selbst bauen, habe das aus Zeitgründen aber immer wieder verschoben. Meine Überlegungen sahen damals in etwa so aus: 2 IR-Lichtschranken im Abstand von z.B. 30 cm, eine Geschoßgeschwindigkeit von 1000m/s und eine Auflösung von 1 m/s erfordern eine Zeitauflösung von 300 ns. Das ist meßtechnisch harmlos, deshalb würde ich auf 50 ns, entsprechend 20 MHz, gehen. Die IR-Lichschranke sollte eine Anstiegsgeschwindigkeit von ca. 25 ns haben, was z.B. mit einer Fotodiode wie der BPX65 mit einer Kapazität von 4 pF bei 2,5V realisierbar wäre. Als TIA würde ich z.B. den LTC6268 oder THS4631 nehmen. Insbesondere der LTC6268 mit 500 MHz Bandbreite und seinem winzigen Eingangsruhestrom von unter 1 pA paßt ist prädestiniert. 50 ns sind für einem Mikrokontroller nicht direkt meßbar, deshalb muß ein 10 Bit Binärzähler vorgeschaltet werden, der mit einem 20 MHz Takt versorgt wird (das geht mit CMOS Bausteinen für 20 Cents). Wenn die erste Lichtschranke vom Geschoß durchflogen wird, startet der Zähler. Jeder Überlauf, der ca. alle 50 Mikrosekunden (t = 1024 / 20 MHz) erfolgt, löst im Mikrokontroller einen INT aus. Diese Interupts werden gezählt. Wenn das Geschoß die zweite Lichtschranke passiert, stoppt der Zähler. Der letzte Zählerstand wird ausgelesen und zur Anzahl Interupts x Überlaufzeit addiert. Der Kontroller berechnet daraus dann die Geschwindigkeit mit einer Auflösung von rund 0,2 m/s. Das Ergebnis kann per Leitung oder Telemetrie (evtl. bluetooth oder XBeePro) an einen PC, Smartphone oder auch ein Handgerät mit einem Display übertragen werden. Die elektronischen Komponenten ohne Telemetrie und inklusive der Leiterplatte kosten sicher keine 50 EUR, aber die Mechanik ist nicht zu unterschätzen (2 quadratische Rahmen aus Kunststoff oder Alu gefräst als Träger für die IR-LEDs und Photodioden), Gehäuse für die Elektronik, Leitungen oder Telemetrie. Eventuell werden auch noch Linsen für die Fotodioden benötigt. Die größte Unbekannte ist die Amplitudenänderung, die ein Geschoßdurchgang an der Fotodiode bewirkt. Das müßte man sich als erstes mit einem Oszilloskop anschauen. Grüße WinFired P.S.: eins würde mich interessieren. Es hat jemand geschrieben, daß der Mehl keine Fotodioden sondern PIR-Sensoren benutzt. War das ein Scherz oder auf welche Information basiert diese Aussage?