Ich kann Dir leider keine fertige Schaltung anbieten, nur ein paar
Denkanstöße. Ich hatte nämlich auch mal vor, mir sowas zu bauen,
allerdings für 4.5mm LP/LG-Kugeln.
Prinzip: Jede Lichtschranke besteht aus einer Fotodiode, die auf eine
ca. 60mm langen LED-Zeile (24 rote LEDs im 2.54mm-Raster) im Abstand
von ca. 12 cm schaut, so daß eine dreieckförmige Sensorfläche
entsteht:
Anblick von vorn:
LEDs: UUUUUUUUUUUUU
\ /
\ /
\ /
\ /
\ /
Fotodiode: O
Von der Seite:
|__U__| |__U__|
<--------- Meßstrecke -------->
| |<--Blende | |
|O| |O|
Das ganze wird so aufgebaut, daß die Fotodiode möglichst kein
Fremdlicht sieht, d.h. die LED-Zeile wurde mit mattschwarz lackierten
Blechstreifen umrahmt, die Fotodiode mit mattschwarken Blenden
versehen.
Beim Durchflug des Geschosses irgendwo innerhalb der Sensorfläche wird
das Licht der LED-Zeile für einige 10 µs um ca. 10% abgeschattet,
proportional dazu vermindert sich der Stromfluß durch die Fotodiode.
Ein Fototransistor funktioniert prinzipell auch, ist dafür aber
tatsächlich zu träge (probiert habe ich BPW40). Eine Fotodiode wie die
BPW43 ist aber bei weitem ausreichend schnell dazu, die Anstiegs- und
Abfallszeiten bewegen sich im ns-Bereich.
Ich habe den Impuls der Fotodiode also über einen Kondensator
ausgekoppelt, mit einem schnellen hochohmigen OPV (CA3130,
Single-Supply) verstärkt, mit einem Komparator (LM393 oder LM319) den
Anstieg steiler gemacht und auf Logikpegel gebracht, und mit einem
nachgeschalteten Monoflop (74HCT221) den noch unsauberen Impuls
geglättet und verlängert. Mit meinem alten Luftgewehr (v0 = ca. 130m/s,
4.4mm Rundkugel) konnte ich die Lichtschranke einwandfrei triggern, und
das ganze reagierte erfreulicherweise auch nicht allzu sensibel auf
100Hz-Störlicht.
Ich hatte zum Testen allerdings nur eine Lichtschranke gebaut und mit
dem Monoflop lediglich eine Signal-LED aufleuchten lassen.
Die Probleme zeigten sich bei genauerer Untersuchung mit einem
Digitaloszi. Bei hoher OPV-Verstärkung gibt es zwar einen schönen
großen Impuls, aber mit nur mäßig schnellem Anstieg, d.h. der CA3130
ist bereits zu träge für eine genaue Messung. Bei niedriger Verstärkung
ist der Impulsanstieg zwar steil und schnell, aber der Impuls ist
entsprechend klein und der Abgleich des Komparators (besonders im Falle
des LM319) wird dann kritisch, er neigt bei zu knapper Einstellung in
den Umschaltpunkten leicht zum wilden Schwingen, was aber auch an dem
provisorischen Aufbau mittels Steckbrett gelegen haben kann.
Um nicht jedesmal rumballern zu müssen habe ich zum weiteren Abgleich
eine einzelne LED der LED-Zeile alle paar ms für einige µs abgeschaltet
und die Impulsantwort am Ausgang des Komparators gemessen, was soweit
auch gut funktioniert hat. Das Ziel wäre ein sauberer Impuls am Ausgang
des Komparators, mit einer minimalen Verzögerung (z.B. < 1µs) zwischen
Abschalten der LED und Impulsantwort, was durch eine geeignetere
Dimensionierung oder Verwendung anderer OPVs bzw. Kombination mehrerer
OPVs bestimmt auch zu erreichen gewesen wäre. Das war mein vorläufiger
Endstand, mir kamen andere Sachen dazwischen und ich mußte das Projekt
damals weglegen. Den Schaltplan hab ich leider "weggeschmissen" (bzw.
das Steckbrett abgeräumt, ohne die Schaltung zu dokumentieren), aber es
handelte sich ohnehin nur um ganz normale OPV-Grundschaltungen.
Nochwas: Für Digital- und Analogteil wäre eine getrennte
Stromversorgung anzuraten, ansonsten würde der empfindliche Analogteil
vermutlich zickig auf die durch die Digital-ICs verseuchte
Betriebsspannung reagieren. Auch die Versorgungsspannung für die beiden
LED-Zeilen muß einigermaßen sauber sein, denn dortige Schwankungen gehen
ja auch direkt auf die Fotodioden.
MfG Olaf
