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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Messung von Geschossgeschwindigkeit


Autor: Racecobra (Gast)
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Hi!
Ich habe vor, mir eine Messanlage zur Messung von
Geschossgeschwindigkeiten.
Diese Geschwindigkeiten betragen so 300m/s bis  1200m/s (6,5x68

Ich habe vor die mit einen µC (irgendein 8051) zu realieren..
einfach die Zeit messen, die das Geschoss braucht, zb für 1m.

Das Problem ist nicht die hohe Geschwindigkeit, den bei einer
Messterecke von 1m, vergehen immerhin 1ms.

Mein Problem ist die Sensorik.
Wie soll ich messen?
hab zuerst an eine IR-ReflexLichtschranke verwendet, doch das Geschoss
wird nicht erfasst.

Laserlichtschranke?
Welche Tipps habt ihr?

: Gesperrt durch Moderator
Autor: A.K. (Gast)
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Eigentlich ganz einfach. Du musst nur dafür sorgen, dass das Geschoss am
Anfang und am Ende der Strecke elektrische Kontakte auslöst (dünnen
Draht, Folie, ...).

Autor: Sonic (Gast)
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Laserpointer und schnellen Fototransistor. Musste mal die Datenblätter
wälzen wegen der Schaltzeiten der Fototransistoren. Nur wichtig: Start-
und Stoplichtschranke exakt gleich aufbauen, dann sind die Schaltzeiten
eher nebensächlich.

Autor: mr.chip (Gast)
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Hallo

Wofür braucht man denn sowas? ^^ Ich denke mal es handelt sich hier um
normale Gewehrgeschosse (anhand der Geschwindigkeit) mit einem Kaliber
von ca 5 mm. (NATO-Kaliber z.B. 5.56 x 45 mm). Bei 1200 m/s befindet
sich so ein Teil gerade mal 4 Mikrosekunden vor der Lichtschranke.
Diese muss als wirklich schnell schalten. Zudem muss dass Geschoss sehr
präzise darauf ausgerichtet werden.

Alternativ könntest du eventuell mittels Mikrophonen die
Überschall-Druckwelle an zwei Punkten der Flugbahn erfassen und dadurch
die Geschwindigkeit errechnen. Oder du erfasst den Knall beim Abschuss
und misst dann die Zeit bis zum Auftreffen auf eine Scheibe.

Gruss

Michael

Autor: Sonic (Gast)
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Die Fototransistoren schalten schon im ns-Bereich, also kein Problem!
Ich habe damit schon eine Geschwindikeitsmessung für Modellautos
realisiert, Abstand der Lichtschranken 20cm.

Autor: Homer (Gast)
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Bei einigen Flaks sind an der Mündung Spulen angebracht, die die
Mündungsgeschwindigkeiten messen, um einen exakteren Vorhaltewinkel
berechnen zu können.
Also, 2 Spulen an der Mündung, ein Speicheroszilloskop, dann kann man
auf dem Oszi die zeitversetzten Induktivitätsänderungen auswerten.

Al

Autor: Racecobra (Gast)
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Was sind normale Gewehrgeschosse?
Es handelt sich um selbst geladene Geschosse verschiedenster Art. zb
eine  .240" Weatherby (mit 65 cm Lauf verschossen) erreicht bei
entsprchender Ladung schon mal 1100m/s - 1200m/s.

Die Messung sollte schon optisch sein, da auch Luftgewehre gemessen
werden sollen.

Zu den Spulen, es soll nicht nur die v0 (also Mündungsgeschwindigkeit)
sondern auch nach 100m, 200m, ....  Metern.
Und eine Spule auf 600m treffen...naja
Der Messkorridor sollte schon 1mx1m groß sein, eben um aus sehr weiten
Enfernungen (und unbekannten balistischem Verhalten) sicher zu treffen.

Autor: Sonic (Gast)
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Na, eine Lichtschranke triffst Du auf 100m auch nicht mehr! Dann würde
ich eine Papierscheibe, bzw. 2 auf Abstand durchschießen und das Ganze
akustisch messen.

Autor: mr.chip (Gast)
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> Die Messung sollte schon optisch sein, da auch Luftgewehre gemessen
> werden sollen.

> Zu den Spulen, es soll nicht nur die v0 (also
Mündungsgeschwindigkeit)
> sondern auch nach 100m, 200m, ....  Metern.

Ich glaube, langsam wird es utopisch. Fassen wir zusammen: Du brauchst
zwei Geräte, die dir angeben, wenn ein Geschoss eine bestimmte Fläche
durchquert, die man auf mehrere hundert Meter noch treffen soll. Auf
300 m dürfte diese Fläche bei einem guten Gewehr etwa 40 Zentimeter
durchmesser haben.

Lichtschranke kannst du vergessen, Schall geht offenbar auch nicht,
Radar kriegt das wohl eher nicht hin und ist wohl zu teuer,
Durchschiessen von etwas verfälscht die Geschwindigkeit. Eine schnelle
Kamera könnte das Problem lösen, aber ist sowas bezahlbar?

Gruss

Michael

Autor: A.K. (Gast)
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Wenn als erste Messsstelle die Kanone selbst in Frage kommt: Rückstoss.
Und am anderen Ende ist es egal, ob die Kugel irgendwie abgebremst
wird, also mechanisch.

Autor: mr.chip (Gast)
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> Wenn als erste Messsstelle die Kanone selbst in Frage kommt:
> Rückstoss.

Wäre da die Ungenauigkeit durch Deformationen sowie die Dauer des
Rückstosses nicht gewaltig?

Autor: A.K. (Gast)
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Wen interessiert schon die Dauer. Der Rest sollte sich durch Kalibrieren
mit der gleichen Waffe/Munition korrigieren lassen.

Aber am Anfang der Strecke sollte es auch ein Stückchen Alufolie tun,
ich kann mir nicht vorstellen, dass die Kugel davon signifikant
abgebremst wird.

Autor: Thomas (Gast)
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> Wenn als erste Messsstelle die Kanone selbst in Frage kommt

Bringt wenig Punkte, wenn du die Momentangeschwindigkeit in einer
bestimmten Entfernung messen möchtest. Denn so erhälst du nur die
Durchschnittsgeschwindigkeit über die gesammte bis dahin zurückgelegte
Strecke.

Per Schall kann ja jeder :) Ne flächige Lichtschranke wäre toll. Die
Fläche zu generieren ist ja auch kein Problem, Laserdiode und
Polygonscanner fertig. Eine flächige Detektion ist schon eher nervig,
weil man relativ viele Sensoren bräuchte...

Autor: A.K. (Gast)
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Schall ist nicht ganz so einfach. Denn da hast du einen zunächst
unbekannten Messfehler von bis zu 1m Laufzeit des Schalls drin. Kann
man zwar jedesmal ausmessen und einrechnen, ist aber umständlich.

Ausserdem muss man sicherstellen, dass der zweite Sensor auf die
richtige Druckwelle reagiert - da kommen ja mehrere an. Je nach
Geschossgeschwindigkeit und Entfernung kann das interessant werden.

Autor: Racecobra (Gast)
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es müssen nicht zwei Geräte sein, die Messstrecke kann ja auch nur 1m
lang sein.

Hier ein Fertigess Gerät, welches bis 7000ft/s (2300m/s) messen
kann:http://www.competitionelectronics.com/Prochrono%20...

Ich finde leider keine information wie dieses Gerät das Geschoss
erfasst. Bestimmt durch Optik, da es nicht bei Neonlicht verwedet
werden sollte.

Autor: HomerS (Gast)
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Geht es drum das Teil selbst zu bauen?

Ab 109,-€ im Internet zu finden.

Wenn Selbstbau, dann such mal nach "Lichtvorhänge". Werden im
Sicherheitsbereich eingesetzt, aber ob die Deine Forderungen erfüllen,
und zu welchem Preis kann ich nicht sagen.

Die Kaufgeräte sehen jedenfalls so aus, als ob sie mit Induktionsspulen
arbeiten würden.


Gruß
ts

Autor: Racecobra (Gast)
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Ja möchte so ein Teil Selbst bauen, auch wenn 109€ für so ein Gerät
sicher nicht zu viel sind.

Lichtvorhänge habe ich nur für den industrielle Anwendungen gefunden
und diese sind schlicht zu teuer...

Die Lichschranke muss ja keine genau definierte Fläche abdecken, aber
eben eine ausreichend große.

Wie wäre es mit Laserscannern?

Bin für jede Idee offen.

Autor: Dieter Werner (Gast)
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Lichtvorhang selbst bauen.
Mit zwei parallelen Spiegelstreifen den Laser so oft hin und her
spiegeln dass die einzelnen Strahlen dicht genug liegen um mit dem
kleinsten Geschoss noch eine Unterbrechung zu erreichen.
Das ganze muss nur so stabil sein, dass es durch den Überschallknall
nicht dejustiert wird, da liegt wohl die Herausforderung.

Autor: Torsten W. (wirehead)
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Ist relativ einfach, schau dir das gerät an...
unten im gerät sitzt eine ir beleuchtung mit ner zylinderlinse, die den
bogen anstrahlt, das zurückgeworfene licht wird von einem detektor
erfasst der nahe der beleuchtungsquelle sitzt... das ganze zwei mal
hintereinander. Das geschoss wirft einen schatten, dieser schatten
macht sich als photostromeinbruch bemerkbar und kann so leicht in einen
rechteck impuls umgestezt werden. Jetzt wird klar warum kein neonlicht
verwendet werden darf...
Die fehlerkorektur ist auch relativ einfach wenn man sich ein wenig
gedanken macht. Z.b. darf das geschoss nur in eine richtung durch, der
zweite impuls muss in einer bestimmten zeit nach dem ersten folgen...
Zu kurze, zu lange oder gleichzeitige impulsfolgen können verworfen
werden...

Gruß
Torsten

Autor: nides (Gast)
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Ich würd sagen, das ist ein Fall für ein
Doppler--Radar !

Autor: Karl-j. B. (matrixman)
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wieso? ich finde die lösung viel einfach(und wahrscheinlich auch
billiger) als mit radar! einfach zwei ir leds die auf den bogen
strahlen und (der bogen muss so wie ein parabolspiegel sein das alles
auf den einen punkt zurückfällt) und dann ein kleinen dedektor hin und
ein bisschen elektronik ist doch net schwer!

Autor: mr.chip (Gast)
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Angenommen, der Bogen hat einen Radius von 30 cm. Die Kugel ein Kaliber
von 5.56 mm. Wenn die Kugel nun nahe am äusseren Rand vorbei fliegt,
dann hält die Kugel gerade mal ein halbes Prozent des einfallenden
Lichts zurück. Ob das messbar ist? Zur Erinnerung: Das Geschoss dürfte
sich etwa 4 Mikrosekunden in der relevanten Zone aufhalten.

Autor: Racecobra (Gast)
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Also (Doppler-Radar finde ich unnötig und zu teuer.

Nahezu alle käuflichen Geräte arbeiten Optisch...

Ich finde die Idee nach Thorsten am einfachsten,
doch ich verstehe nicht wie die IR Strahlung auf die weißen balken
fokusiert wird.
Ja, das Geschoss wirft einen Schatten, doch ein Geschoss reflektiert
doch auch, und aufgrund der zylindrischen Form in alle Richtungen und
wohl auch wieder zum Detektor.

Autor: Racecobra (Gast)
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könnte man nicht einen Balken mit sagen wir 20 Fototransitoren
aneinadergereit von einer IR-Diode mit breitem Abstrahlwinkel
beleuchten lassen. Wenn das Geschoss vor den Transistoren ist wird in
einen, oder mehrern der Transistoren weniger Licht eingestrahlt. Dies
könnte man auch in einen Impuls Formen.
Nur ist Fraglich ob zb eine 0.17HMR (so 4,3mm) damit auch Erfasst
werden kann...

Autor: savo (Gast)
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Ich habe noch zwei alternativ Vorschläge:

1.) Zwei sich drehende Papierscheiben mit einem definiertem Abstand,
den Winckel welcher die beiden Löcher einschliessen definiert die
Geschwindigkeit. Mit einer sehr hohen Drehzahl kann man so grosse
Geschwindigkeiten messen.

2.) Man schiesst auf einen hängenden Holzklotz und mit Impulserhaltung
und der definierten Masse des Klotzes und der Länge der Halterung des
Klotzes und der gemessenen Auslenkung kann man so die Geschwindigkeit
errechnen.

Autor: Beobachter (Gast)
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Hallo Leute,
 ihr habt ja ziemlich heftige Ideeen.
 Wie wärs denn mit einem elektrischen oder magnetischen Feld am Anfang
 der Meßstrecke und einem Gelatineblock am Ende.
 Den muß man nur aufhängen, und kann über die Energieerhaltung aus der
Auslenkung die Aufschlaggeschwindigkeit errechnen.

Gruß,
 Georg

Autor: Thomas (Gast)
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Zuviel Exphysikvorlesung gehört??

Problem bei 2. ist wieder das Treffen, denn beliebig groß kannste den
Klotz nicht machen.

Autor: Roland (Gast)
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Ich hätt noch eine Idee:

2 Pappscheiben mit Abstand 1m. An jede Pappscheibe ein Piezo-Element
oder Mikrofon aufkleben. Der Aufprall der Kugel sollte als Impuls
messbar sein.

Nachteil: Durch die 1. Pappe wird die Kugel schon abgebremst und die
Pappe muss hin und wieder ausgewechselt werden

Gruß
Roland

Autor: inoffizieller WM-Rahul (Gast)
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Beim Biathlon arbeiten die AFAIK auch mit einer Spule.

Autor: mr.chip (Gast)
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> Den muß man nur aufhängen, und kann über die Energieerhaltung aus der
> Auslenkung die Aufschlaggeschwindigkeit errechnen.

Grosse Zweifel. Längst nicht alles, was an kinetischer Energie
reingeht, kommt da als kinetische Energie wieder heraus. Stell dir mal
unterschiedliche Geschossformen vor...

Autor: Thorsten (Gast)
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...Impulserhaltung...

Autor: mr.chip (Gast)
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> ...Impulserhaltung...

Und wann gilt die schon wieder? ;-)

Autor: Thorsten (Gast)
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In Inertialsystemen.

Autor: Thorsten (Gast)
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Was ich damit sagen will:
Guck mal unter "Unelastischer Stoß" in
http://de.wikipedia.org/wiki/Stoß_(Physik)
Über diese Beziehung kannst Du die Geschwndigkeit bestimmen, die der
Zielblock nach dem Einschlag der Kugel hat (lässt sich dann z.B.
wiederum über Energieerhaltung messen, wenn der Block als Pendel
aufgehängt ist).
Ich bezweifle jedoch, dass diese Diskussion noch viel mit dem gemein
hat, was der OP so beabsichtigt ;-)

Gruss,
Thorsten

Autor: Racecobra (Gast)
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Das mit dem Klotz und der Auslenkung bezweifle ich auch.

Ist total unpraktisch, ich habe vor die Daten der Schussserien auf den
PC zu Übertragen und dann Mittelwert Min, Max, Std-Abweichung zu
Berechnen.
Jetzt bräuchte ich für eine 100Schuss Serie 100 Klötze.

Weiters sollen ja verschiede Geschosstypen gemessen werden, welche
völlig verschiedene Querschnittsbelastungen, Querschnittsenergien und
damit terminalbalistisches Verhalten haben.
Es wären ständig andere Klötze von nöten. Die Mündugsenergien gehen von
500J einer 9mm Para bis hin zu 5000J einer .300 Winchester Magnum
Mann müsste wohl verschiedene Klötz verwenden.

Ich suche nach optischen Methoden!
Meine Idee:
könnte man nicht einen Balken mit sagen wir 20 Fototransitoren
aneinadergereit von einer IR-Diode mit breitem Abstrahlwinkel
beleuchten lassen. Wenn das Geschoss vor den Transistoren ist wird in
einen, oder mehrern der Transistoren weniger Licht eingestrahlt. Dies
könnte man auch in einen Impuls Formen.
Nur ist Fraglich ob zb eine 0.17HMR (so 4,3mm) damit auch Erfasst
werden kann...

Autor: Arno H. (Gast)
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Hallo,
hier findest du schon mal eine praktische Anwendung:
http://www.schematicsforfree.com/archive/?path=Mis...
Ziemlich weit unten wird eine Schaltung zur Messung der "projectile
velocity" beschrieben, die mit optischer Erfassung funktioniert.
Die Fototransistoren sind zwar laut Datenblatt nicht besonders schnell,
das macht aber wohl die analoge Auswerteschaltung wett. Den Digitalteil
kannst du ja umgestalten.
Und das käufliche Instrument ist ja auch nicht besonders gross mit
einer 4 x 3 1/4 Zoll messenden Trefferfläche
Arno

Autor: Thorsten (Gast)
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Jau, ein ballistisches Pendel ist ganz schön viel Aufwand.

Die bisherigen Vorschläge zur optischen Messung beruhen ja immer auf
dem Unterbrechen eines Lichtstrahles... Möglicherweise geht es
umgekehrt besser indem man das von der Kugel reflektierte Licht
feststellt? Ein Array aus IR-Leds beleuchtet den Zielraum; ein Sensor
ist so montiert, dass er keine hiervon beleuchteten Gegenstände im
Blickfeld hat, also nur ein kleines Signal liefert. Fliegt nun das
Geschoss durch die IR Strahlen, fängt der Sensor die reflektierte
Strahlung auf, und das Signal zeigt einen Peak...

Nur so eine Idee...

Gute Nacht,
Thorsten

Autor: nides (Gast)
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Warum soll ein Radar nicht einfach und billig sein?
Ist doch auch in vielen Türöffnern von Schiebetüren drin.

1 Oszillator auf hoher Frequenz (muss nicht besonders stabil sein)
2 Antennen (z.B. Pringles--Dosen--Varianten)
1 Modulator

Autor: Racecobra (Gast)
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Kann mir jemand einen konkrten Vorschlag machen welchen Fototransistor
ich verwenden soll.

@Thorsten:Die Idee mit der Geschossbeleuchtung find ich gut

Vielleicht ein einem Viereck in jeder Ecke eine IR-Diode und gegenüber
eine Transistor, jedoch hat jedes Paar verschiedene Wellenlänge damit
sie die Sensoren nicht gegenseitig Beleuchten.

Weiß nichtwie ich das konkret Angehen soll..

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (Gast)
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Auf den Amateurfunkflohmärkten steht regelmäßig einer, der beruflich
Radar-Türöffner von Supermärkten turnusmäßig auswechselt und die
durchaus funktionsfähigen alten Module für ca 10 bis 20 Euro anbietet.
Ich kann damit auf 24 GHz die Geschwindigkeit vorbeifahrender Autos
bestimmen, das sind Frequenzen um 1 kHz. Der nächste Flohmarkt ist
nächsten Samstag in Bensheim auf der UKW-Tagung oder am 1.Advent in
Saarbrücken.

Autor: breti (Gast)
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Hi,

zum Holzklotz und zu den Papierlösungen möchte ich auch noch was
loswerden:

1. Ein Geschoss kann so einen Holzklotz mit leichtigkeit zerlegen.
Mindestens jedoch könnten größere Stücke herausgerissen werden, was die
Messung deutlich verfälscht und du bräuchtest im idealfall immer noch
einen Klotz pro Schuss.

2. Viele Jagdgeschosse sind Teilmantelgeschosse, die sich bei Einschlag
aufpilzen, um größeren Schaden anzurichten. Diese Geschosse pilzen sich
schon an Grashalmen auf. Daher könnte man mit Papierscheiben oder
ähnlichem solche Geschosse nicht zuverlässig messen, da sofort nach dem
ersten Einschlag das Geschoss nicht mehr vernünftig weiter fliegen kann
(hier wurden ja mehrere Messungen in verschiedenen Abständen
gewünscht).

Ich halte damit auch die anderen Lösungen für besser.

Gruß,
Breti

Autor: mr.chip (Gast)
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> Was ich damit sagen will:
> Guck mal unter "Unelastischer Stoß" in
> http://de.wikipedia.org/wiki/Stoß_(Physik)
> Über diese Beziehung kannst Du die Geschwndigkeit bestimmen, die der
> Zielblock nach dem Einschlag der Kugel hat (lässt sich dann z.B.
> wiederum über Energieerhaltung messen, wenn der Block als Pendel
> aufgehängt ist).

Allerdings wird sicherlich längst nicht alle kinetische Energie der
Kugel in Pendelbewegungen des Zielblockes umgesetzt. Schliesslich wird
zumindest die Kugel verformt und dabei einiges an Abwärme abgestrahlt.
Je nach Kugelform und Matieral wird dies sehr verschieden sein. Das
hier sind keine Billardkugeln ;-)

Autor: savo (Gast)
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Daher verwendet man auch die Impulserhaltung, da wird die Enegrie welche
im meisten Fall in Wärme umgewandelt wird nicht beachtet. Die
Impulserhaltung ist auch immer gültig solange keine äusseren Kräfte
wirken.
Daher kann man mit der Auslenkung die Engergie berechnen und die
gemeinsame Geschwindigkeit und anschliessend die Geschwindigkeit mit
der Impulserhaltung in ihre Teile unterteilen.

Autor: andi (Gast)
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Hab noch ne neue idee:
nimm für jedes Tor zwei nahe beieinander liegende Alufolien,
so dass es beim Durchschuss mindestens für einen Moment ein
Kurzschluss
gibt. ...Aber ich glaube das ist woh eher ne Einweg-Lösung, aber sehr
preiswert ;-)

Autor: bedenkenträger (Gast)
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...ich denke mit Grausen an 0.5*m*v² wozu brauche man solche Geräte in
Privathand?

Autor: beobachter (Gast)
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Nachtrag.

Wie wärs mit einer Laserlichtschranke die im Zickzack über zwei
parallele Spiegel läuft ?
Ok die Spiegel sind ein Problem aber man könnte eine kleine Fläche
damit abdecken.

Autor: Oliver Heinrichs (Firma: OliverHeinrichs.de) (dobson)
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bedenkenträger schrieb:
> ...ich denke mit Grausen an 0.5*m*v² wozu brauche man solche Geräte in
> Privathand?

Um seine wiedergeladenen Patronen zu optimieren.
Weil billiger als gekaufte Patronen ist.
Weil nach erst nachdem eine ordentliche Kalibrierung in Abstimmung mit 
der Waffe harmoniert, TOP Ergebnisse möglich sind. Und die möchte jeder 
Schütze haben.

Wiederlader berechnen Pulvermenge und Geschossgewicht in Grain. Ein 
Grain sind 0,0648 Gramm. Bereits kleinste Änderungen alleine in der 
Dosierung des Pulvers kann erhebliche Änderungen an der Flugbahn des 
Geschosses verursachen.
Ich möchte mir auch ein solches Gerät bauen. Schiesse zwar selbst nicht 
mehr, aber mein Vater ist da sehr aktiv. Denk mal, das der sich freuen 
würde.
Und natürlich aus Bastlerlaune.
Ist da schon jemand weitergekommen?

Gruß,

Oliver

Autor: neuer (Gast)
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Leichenschänder. ;) Es gibt einen neueren Thread zu diesem Thema.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Eben

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