Hallo zusammen, ich habe hier zwar schon 2-3 Beiträge gefunden habe aber noch ein paar offene Fragen. Ich bitte jetzt schon mal um Entschuldigung wenn ich eine doofe Frage stelle aber ich habe leider keine Ausbildung in Richtung Elektronik genießen können. Ich will die Geschwindigkeit einer Kugel (bis 1000m/Sek) mit 2 Lichtschranken messen. Sobald ich einen anständigen Impuls Richtung meines ATMega (auf 12Mhz getaktet wegen weniger Rechenfehler oder gehen da auch 20 Mhz?) bekomme, weiß ich wie ich verfahren muss. Was mir sorgen macht ist die kurze Reaktionszeit der Fotodiode. Um größere Diskussionen zu vermeiden gehen wir mal davon aus dass ich die Lichtschranken, wie sie auch aufgebaut sein mögen, mit der Kugel immer unterbreche. Des weiteren spielt das Umgebungslicht keine Rolle. Aktuell habe ich folgende Zutaten: Laserdiode: http://www.ebay.de/itm/252394365683?_trksid=p2060353.m2749.l2649&var=551241568617&ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT Fototransistor: http://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A500/BPW40%23IMP.pdf Den Fototransistor würde ich gerne in folgender Schalung betreiben: http://rn-wissen.de/wiki/images/5/5a/Fototransistor-analog.GIF (ist diese schnell genug?) Nun grüble ich über folgende Aussage im Datenblatt: Rise Time / Fall Time: R = 1000 Ohm Ist das der im Schaltplan abgebildete Widerstand? Wenn ja, was passiert wenn ich einen größeren nehme damit ich keinen OP brauche, wird dann die Rise/Fall Time größer? Wenn ich doch einen OP benutzen müsste, welchen würdet ihr mir vorschlagen? Schon mal vorab vielen Dank für die Antworten. Grüße, Marco
Also grundsätzlich funktioniert das mit dem Fototransistor und der Laserdiode. Mit dem Schaltbild das du da zeigst bekommst du aber eine Spannung an "Analog Out" die proportional zu der Lichtstärke ist. Wenn du diese mit dem ADC des Atmegas auswerten willst brauchst du eine genügend hohe sampling rate: Wenn du aber nur z.B. mit 10kHz abtastest, bekommst du alle 100µs ein Wert. Wenn die Kugel nun mit 1000m/s durch den Laserstrahl fliegt kann es sein, dass du das Ereignis verpasst. Sie fliegt immerhin 10cm weit in dieser Zeit. Ich würde aber einfach die Schlatung mit einem Komparator erweitern dessen Schwelle so eingestellt wird, dass er dir eine Flanke liefert wenn die Kugel den Strahl unterbricht. Den Ausgang des Komparators kannst du dann einfach mit einem Interrupt des Atmegas auswerten. Da sollte es genügend Beispiele im Internet geben. Marco G. schrieb: > Ist das der im Schaltplan abgebildete Widerstand? Ja, dieser bestimmt den Strom der durch den Fototransistor fließen soll. Wenn du ihn kleiner machst erhöhst du damit Reaktionsgeschwindigkeit. Du darfst aber nicht die maximal Leistung die der Fototransistor aushalten kann überschreiten.
Ich würde die Ausgänge der Foto-Transistoren parallel schalten. Du erhältst wenn die erste Schranke unterbrochen wird eine fallende Flanke und wenn die zweite Schranke unterbrochen wird auch. Die Zeit zwischen den beiden fallenden Flanken kannst du mit einem AVR@20MHs und Input Capture 50µm auflösen. Bei einem Abstand von 1m ist der Fehler vernachlässigbar. Die Latenzen des Systems muss du natürlich berücksichtigen und rausrechnen.
@ Marco G. (arccra) >Ich will die Geschwindigkeit einer Kugel (bis 1000m/Sek) mit 2 >Lichtschranken messen. Sobald ich einen anständigen Impuls Richtung >meines ATMega (auf 12Mhz getaktet wegen weniger Rechenfehler oder gehen >da auch 20 Mhz?) bekomme, weiß ich wie ich verfahren muss. Was mir >sorgen macht ist die kurze Reaktionszeit der Fotodiode. Bei 20MHz Systemtakt kann die Input Capture Funktion 50ns auflösen. 1000m/s = 1m/ms ;-) D.h. du könntest diese Zeit mit bis zu 20.000 Zählern auflösen. Mehr als genug. >Ebay-Artikel Nr. 252394365683* Sollte gehen, ist unkritisch. >Fototransistor: >http://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A500/B... Die sind langsam, vegiss sie. >Den Fototransistor würde ich gerne in folgender Schalung betreiben: >http://rn-wissen.de/wiki/images/5/5a/Fototransisto... >(ist diese schnell genug?) Nein. >Ist das der im Schaltplan abgebildete Widerstand? Wenn ja, was passiert >wenn ich einen größeren nehme damit ich keinen OP brauche, wird dann die >Rise/Fall Time größer? Ja. >Wenn ich doch einen OP benutzen müsste, welchen würdet ihr mir >vorschlagen? Naja, einen mit vielleicht 3-10 MHz Bandbreite oder so. Der bildet dann mit einer PhotoDIODE einen Transimpedanzverstärker. Lichtsensor / Helligkeitssensor
Rechne erst einmal aus, wie lange das Messobjekt den Lichtstrahl unterbricht. Dann hast Du schonmal eine Information, welche Zeiten der Fototransistor bewältigen muss. Fastregel dazu: Der Fototransistor muss mindestens doppelt so schnell sein wie die Impulslänge. Bei einem Objekt mit 1000m/s dürften dazu Fototransistoren viel zu langsam sein. Die liefern keinen Impuls mehr, weil sie schon wieder mit der Ausgangsspannung abwärts gehen, bevor diese wegen des unterbrochenen Lichtstrahls angestiegen ist. Anm: Fototransistoren arbeiten im -zig kHz-Bereich. Bei 50kHz wäre dann eine Halbschwingung 10µs lang. In dieser Zeit legt das Messobjekt mit 1000m/s eine Strecke von 10cm zurück. Das Messobjekt müsste mindestens 10 cm lang sein, damit die Fototransistoren erkennbar Aus- und eingeschaltet werden. Ein kürzeres Objekt würde kein sicher erkennbares Signal erzeugen.
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Statt dem Fototransistor sollte man eine Fotodiode nutzen. Mit einem Laser als Lichtquelle ist auch die Intensität nicht mehr so klein, und man bekommt auch da einen Strom im 0.1 - 1 mA Bereich. Für mehr Geschwindigkeit sollte die Fotodiode eine Vorspannung haben. Statt eines kompletten TIA tut es ggf. auch ein Transistor in Basisschaltung.
ist die Kugel aus Metall? Wenn ja miss es magnetisch. Die Kugel würde also ein H-Feld stören wenn es an selbigen vorbeifliegt. Du müsstest also ein H-Feld erzeugen und ein Sensor. Sobald es schwankungen im Feld gibt sollte das die Kugel sein
> ... 10µs lang. In dieser Zeit legt das Messobjekt mit > 1000m/s eine Strecke von 10cm zurück. 1000 m / 1 s x 10 µs = 1 cm
Hallo zusammen, ich gehe gerne immer vom "Worst Case" aus und darum würde ich mit dieser Kugel berechnen. Diese wird nie mit 1000m/Sek fliegen, ist aber das kleinste das ich benutze: https://de.wikipedia.org/wiki/.22_lfB -> sie hat eine Länge von ca. 7mm, wie rechne ich nun die Zeit aus? Ich hätte noch diese Fotodiode zuhause: http://www.vishay.com/docs/81521/bpw34.pdf Mit 100ns sollte die Schaltzeit ok sein oder? Kann ich dann diese Schaltung trotzdem benutzen? https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/e/e3/Photo_ldr.png Wenn ja, welchen Widerstand würdet ihr vorschlagen? Grüße, Marco
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Marco G. schrieb: > Kann ich dann diese Schaltung trotzdem benutzen? > https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/e/e3/Photo_ldr.png Ein LDR ist schon mal völlig ungeeignet. Was stört Dich am TIA?
Marco G. schrieb: > wie rechne ich nun die Zeit aus? Die GEschwindigkeit von Gewehtkugeln messen wollen aber nicht mal einfachste Physik oder auch nur Dreisatz beherrschen. Prima Voraussetzungen. Wenn die Kugel in einer Sekunde 1000m weit fliegt, wie lange braucht sie dann für einen mm oder einen cm? Sorry aber das kannst du selber.
Normalerweise nimmt man als schnelle Detektoren PIN Dioden in passender Schaltung. rise time bis 80 ps möglich. Nachteil ist geringe Empfindlichkeit - das ist aber bei Laserbeschuss wie bei dir eher ein Vorteil. Google: ultrafast diodes
Gerd S. schrieb: > Normalerweise nimmt man als schnelle Detektoren PIN Dioden > in passender Schaltung. rise time bis 80 ps möglich. Du möchtest tatsächlich die Position der Gewehrkugel auf 80nm (!!) genau bestimmen? Wozu um alles in der Welt?
@Possetitjel (Gast) >Gerd S. schrieb: >> Normalerweise nimmt man als schnelle Detektoren PIN Dioden >> in passender Schaltung. rise time bis 80 ps möglich. >Du möchtest tatsächlich die Position der Gewehrkugel >auf 80nm (!!) genau bestimmen? Wozu um alles in der Welt? Weil er Schwei(t)zer ist, und die machen alles SEHR genau, schau dir ihre Uhren an! ;-)
Nur Mal genau lesen: bis 80ps heisst ja nicht, dass damit 1 oder 10 oder 100ns nicht geht...
Hallo zusammen, stimmt, rechnen ist nicht meine Stärke und gerade der Millisekunden, Mikrosekundenbereich bereitet mir Schwierigkeinten. Hier mein Ansatz: 1000m ≙ 1 Sekunde 1.000.000 mm ≙ 1.000.000 µs 1mm ≙ 1 µs Ich gehe mal wieder vom "Worst Case" aus und sage die Kugel ist 5mm lang. Dadurch wird die Lichtschranke also 5µs unterbrochen. Lt Datenblatt meiner Fotodiode: http://www.vishay.com/docs/81521/bpw34.pdf hat diese eine Fall/Raise Time von 100ns bei 10V. Sie sollte also mehr als ausreichend sein wenn sie sich bei 5V nicht signifikant anders verhält. Aus dem Datenblatt werde ich da leider nicht schlau wie sie sich bei 5V verhält. Ich hoffe ich liege damit jetzt nicht vollends daneben. Grüße, Marco
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Marco G. schrieb: > stimmt, rechnen ist nicht meine Stärke > "Schwierigkeinten" Und die Rechtschreibung anscheinend auch nicht.
Hallo, wie schon mehrfach geschrieben, ist ein Fototransitor ein eher behäbiger optischer Sensor. Eine Pin-Fotodiode ist in der Regel viel schneller. Die BPW34 würde schon mal prinzipiell gehen, aber auf Grund der recht großen Fläche hat die auch eine rel. große Kapazität. Ich empfehle eine PIN-Fotodiode mit einer deutlich kleineren Fläche (z.B. so um 1mm²) z.B. diese (BPX65) http://www.reichelt.de/Fotodioden-etc-/BPX-65/3/index.html?ACTION=3&GROUPID=3045&ARTICLE=60578&OFFSET=16&; Als Verstärkerschaltung solltest du einen recht schnellen OPV in TIA-Schaltung (Trans-Impedanz-Amplifier) nutzen. Die Diode kann mit 5V vorgespannt werden. Da der Laser sehr viel Licht liefert, kann die Schaltung niederohmig ausgelegt werden und ist damit auch sehr schnell. Anstigszeiten weit unter 1us sind locker auch als Laie zu erreichen. Zur Signalverabeitung würde ich das Signal erstmal kapazitiv auskoppeln. damit wird jeder Gleichlichtanteil beseitigt. Dann sollte evtl. noch einem Trigger-IC z.B. 74HC14, ein exaktes digitales Signal daraus machen. Alternativ wäre auch ein Monoflop (z.B. 74HC125) geeignet, welches mit der Hell-Dunkel-Flanke getriggert wird. Das hat den Vorteil, dass auch sehr kurze Impulse sicher detektiert werden können. Wenn das ganze 2 mal identisch aufgebaut wird, sollten unvermeidlichen Laufzeiten in den Schaltungen sich gut aufheben. Die Auswertung mit ca. 10 MHz Abfragetakt oder schneller ergibt eine Auflösung von ca. 0,1us, was bei einer Messlänge von z.B. 10cm immer noch eine Auflösung von ca. Promille oder besser ermöglichst. Gruß Öletronika
Im Prinzip würde ich sagen.. 2 Lichtschranken mit gleicher verzögerung = keine Verzögerung. Ich habe mal einen Fototransistor gesehen der angeblich 5ns Verzögerung hatte.. der kostete auch nur 20cent bei Pollin.
Hallo zusammen, vielen Dank für die hilfreichen Tipps. Ohne einen OP wird das anscheinend ja nicht klappen. Welchen könnt ihr mir denn da empfehlen bei 5V und 20MHz getakteter Mikrocontroller? Ich habe zwar schon bei Conrad gestöbert, aber bin mir nicht sicher welche der richtige ist. Grüße, Marco
Hallo zusammen, könnte der passen? http://www.reichelt.de/TLC-272-DIP/3/index.html?ACTION=3&LA=446&ARTICLE=21599&artnr=TLC+272+DIP&SEARCH=TLC+272 Wenn nicht, auf was muss ich achten bei der Auswahl? Grüße, Marco
Hallo, > Marco G. schrieb: > könnte der passen? > > http://www.reichelt.de/TLC-272-DIP/3/index.html?ACTION=3&LA=446&ARTICLE=21599&artnr=TLC+272+DIP&SEARCH=TLC+272 Bischen lahm der Typ. > Wenn nicht, auf was muss ich achten bei der Auswahl? Höhere Bandbreite (kann ruhig über 10MHz liegen und auch eine höheren Slewrate (ab ca. 10V/us) z.B. OP37 sollte für den Zweck gut sein.
Hallo U.M., vielen Dank für den Tipp du hast mir extrem weitergeholfen! In dem Dschungel der unterschiedlichen OPs habe ich mich etwas verloren gefühlt. Ich habe mir nun die BPX65 Fotodiode und den OP37 bestellt und lese mich gerade in die Bauteile ein. Den Trigger und den Monoflop habe ich mir auch gleich mitbestellt, ich hoffe aber ich muss sie nicht zum Einsatz bringen da die Schaltung dadurch komplizierter wird. Zur Not sind sie aber schon mal da :) Grüße, Marco P.S.: Hier noch eine URL für Dummies wie mich in der die englischen Begriffe der OP Spezifikationen auf Deutsch erklärt werden und die Einsatzgebiete der OPs: http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0209092.htm
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