Bringe den positiven Eingang mit einem hochohmigen Spannungsteiler auf
eine Bias-Spannung, und kopple das Signal deiner Photodiode mit einem
Kondensator ein (=Hochpass). Damit filterst du schon mal den DC Offset
raus, und triggerst nur auf die schnelle Veränderung der Helligkeit.
Ein LM324 .... muahhhhhhh. Ich hol mal das Popcorn.
Wie schnell sollen die Flanken denn sein ? Erstens man muss die
Photodiode und zweitens muss der Verstaerker das machen.
Das ist eindeutig eine Lulu-Schaltung, abgesehen vom 324, den ich
gerne verwende...
Aber bei 500 -1000 m/s wird der 324 nicht mal zwinkern können,
abgesehen von der Prinzipschaltung...
Joe F. schrieb:> Bringe den positiven Eingang mit einem hochohmigen Spannungsteiler auf> eine Bias-Spannung, und kopple das Signal deiner Photodiode mit einem> Kondensator ein (=Hochpass). Damit filterst du schon mal den DC Offset> raus, und triggerst nur auf die schnelle Veränderung der Helligkeit.
Ist das so gemeint? Könnten die Werte hin kommen?
Danke.
Mani W. schrieb:> Das ist eindeutig eine Lulu-Schaltung, abgesehen vom 324, den ich> gerne verwende...>>> Aber bei 500 -1000 m/s wird der 324 nicht mal zwinkern können,> abgesehen von der Prinzipschaltung...
Darum frage ich ja nach besseren Schaltungen.
... und besseren OPV's
So absurd kurz ist der zu erwartende Puls gar nicht.
Mal von 1000 km/h (ca. 280 m/s) ausgehend, und einem Projektil mit 1 cm
Länge, wäre der Puls ca. 36 us lang -> also sollte alles was so im
Bereich ab 60 KHz arbeiten kann schon mal einigermaßen tauglich sein.
Wolfgang M. schrieb:> zum Messen von Projektil-Geschwindigkeiten
Um was für Projektile geht es dir denn eigentlich?
Steinschleuder, Softair, Luftgewehr, Pistole 9mm, Jagdgewehr?
Hank schrieb:> Wolfgang M. schrieb:>> zum Messen von Projektil-Geschwindigkeiten>> Um was für Projektile geht es dir denn eigentlich?>> Steinschleuder, Softair, Luftgewehr, Pistole 9mm, Jagdgewehr?
Um 4,5mm Diabolos aus Blei.
4,5mm Durchmesser 5,5mm Länge
Wolfgang M. schrieb:> Wie wäre es so?
leider nicht gut.
Der klare "Fehler" in dieser Schaltung: du kannst den Eingang eines OPV
(bzw. eines Komparators) nicht einfach nur über einen Kondendator
treiben. Dein OPV2 zieht einen Gleichstrom am Eingang (klein, aber
trotzdem wichtig), der irgendwo herkommen muss - und über C4 kann kein
Gleichstrom nachkommen. Deshalb braucht U2 hinter C4 noch einen
DC-Strompfad. Standard wäre, dort einen hochohmigen Spannungsteiler z.B.
zwischen 5V und GND anzuschließen, mit dem du den DC-Pegel an dieser
Stelle festlegst (z.B. knapp unter oder knapp über den 50mV, die du am
anderen Eingang angeschlossen hast). Über den Innenwiderstand dieses
Spannungsteilers und C4 legst du auch die Grenzfrequenz deines
Hochpasses fest. (R4 bewirkt in dieser Schaltung keine Hochpasswirkung).
Neben diesem echten Fehler gibt es auch noch ein etwas vertrackteres
Problem, das sich durch deine Aufgabenstellung ergibt. Der Diabolo wird
beim Durchflug nur eine sehr kleine Signaländerung bewirken, während das
Signal durch alle sonstigen Lichtquellen sehr groß sein kann. Du hast
also ein schlechtes Verhältnis von Nutzsignal (Diabolo) zu
Untergrundsignal (alle anderen Beleuchtungseinflüsse). Und zwar unter
Umständen ein wirklich sehr, sehr schlechtes. Deine Schaltung muss nicht
einfach empfindlicher werden, sie muss sehr viel empfindlicher für das
Signal werden und gleichzeitig sehr viel unempfindlicher für den
Untergrund.
Momentan versuchst du wohl, ein konstantes Untergrundsignal durch deinen
Spannungsteiler R2/R3 abzuziehen, aber das wird so nicht funktionieren.
Erstens zieht dein Transimpedanzverstärker auf die Art nicht wie
gewünscht ein Teilsignal ab. Zweitens wird dein Untergrund nie so
konstant sein, dass eine konstante Subtraktion den Untergrund loswird.
Du brauchst schon in der analogen Verstärkung eine AC-Kopplung, die
dafür sorgt, dass die schnelle Signalschwankung vom Diabolo verstärkt
wird, das Untergrundsignal (das hoffentlich nur langsame
Signalvariationen aufweist) aber nicht verstärkt wird. Der Hochpass muss
also schon in deine Analogverstärkung, nicht erst in den Komparator. Und
der Hochpass muss sorgfältig gestaltet sein, damit er möglichst viele
Untergrundvariationen mit ausblendet, die Signalvariation durch den
Diabolo aber nicht abschwächt. Wie das konkret auszusehen hat hängt z.B.
stark davon ab, bei welchen Beleuchtungsbedingungen du deinen Detekto
einsetzen willst.
Damit du auf der elektronischen Seite überhaupt eine Chance hast ist es
wichtig, auf der optischen Seite alles zu tun, um das
Signal-zu-Untergrundverhältnis möglichst gut zu halten. Wenn du einfach
nur die Fotodiode "in den Himmel schauen lässt" wird der Untergrund so
hoch sein, dass du die Signalvariation durch den Diabolo nie erkennen
wirst. Es ist deshalb wichtig, die optische Abbildung so zu gestalten,
dass die Fotodiode nur einen kleinen Streifen vom "Reflektor" sieht. Ab
besten wäre, wenn der Streifen genau so groß ist, wie dein Projektil,
weil dann die Signaländerung maximal ist. Wie ist dein optischer Aufbau
denn bisher gestaltet?
Und wie willst du mit einer Diode die Geschwindigkeit messen? Eigentlich
ist v doch delta s zu delta t?
Oder soll hiermit nur die Geschwindigkeit von den (von dir genannten)
Objekten gemessen werden, wodurch sich das delta s ergibt? Dann wäre die
Schaltung allerdings absolut unbrauchbar für jedes Objekt mit
abweichender "länge". Ist das wirklich so gewollt? O.o
frager schrieb:> Und wie willst du mit einer Diode die Geschwindigkeit messen?> Eigentlich> ist v doch delta s zu delta t?> Oder soll hiermit nur die Geschwindigkeit von den (von dir genannten)> Objekten gemessen werden, wodurch sich das delta s ergibt? Dann wäre die> Schaltung allerdings absolut unbrauchbar für jedes Objekt mit> abweichender "länge". Ist das wirklich so gewollt? O.o
Mit einer zweiten Photodiode. Die erste erkennt, wann das Geschoss in
die Messtrecke reinfliegt, die zweite wann es wieder rausfliegt. Bei
bekannter Länge der Messtrecke kann man mit etwas Grundrechnen die
Geschwindigkeit bestimmen. Durchaus ein günstiges und daher auch
gängiges Messverfahren.
Schreiber schrieb:> Durchaus ein günstiges und daher auch> gängiges Messverfahren.
Z.B. wenn man am Strassenrand etwas stehen sieht, das aussieht wie ein
kleines Schiffsgeschütz mit 3 Kanonenrohren, das auf die Strasse zielt.
Georg
Dann benötige ich etwas Hilfe beim lesen des Schaltplans....wo war noch
gleich die zweie Messeinheit?
Oder war das mangelndes Interesse an der Nettiquette und deswegen mal
wieder nur ein kleiner Ausschnitt?
Wenn du dir den Link im Eröffnungsbeitrag anschaust wird dir klar, was
der TO bauen will.
Dass er seinen Fotodiodenverstärker doppelt braucht ergibt sich daraus.
Aber erst soll er mal einen funktionierenden Verstärker aufzeichnen ehe
er der Vollständigkeit wegen alles doppelt hinmalt.
frager schrieb:> Dann benötige ich etwas Hilfe beim lesen des Schaltplans....wo war> noch> gleich die zweie Messeinheit?>> Oder war das mangelndes Interesse an der Nettiquette und deswegen mal> wieder nur ein kleiner Ausschnitt?
Durchaus nicht. Die Fragestellung lautete "Projektil erkennen" und nicht
"Geschwindigkeit des Projektils messen". Und zum Erkennen braucht man
nur eine Schaltung. Schließlich soll ja nur ein Impuls abgegeben werden,
der dann zum Beispiel zum Start der Geschwindigkeitsmessung verwendet
wird. Zum Stoppen könnte ja auch ein Drucksensor auf der Schießscheibe
benutzt werden oder der Aufprall wird akustisch registriert. Wie auch
immer, gefragt war lediglich eine Schaltung, welche ein Projektil
erkennt.
Und wer etwas mehr als nur die Überschrift liest, stolpert über
folgenden Satz:
>>Ich möchte folgendes Gerät zum Messen von Projektil-Geschwindigkeiten...
Ein Projektil kann Foto-optisch gar nicht exakt erkannt werden,
wenn das Licht, bzw. der Schatten keine Verdunkelung der Fotodiode
oder des Fototransistors bewirkt. Normales Licht ist diffus und
deshalb sind nach einigen Zentimetern Schatten einer Lichtquelle
eigentlich keine Schatten mehr. Wenn die käuflichen Geräte ohne
optische Fokussierung auskommen, dann arbeiten die vermutlich
mit hoch verstärkenden Instrumentenverstärkern.
https://de.wikipedia.org/wiki/Instrumentenverst%C3%A4rker
Achim S. schrieb:> Wie ist dein optischer Aufbau> denn bisher gestaltet?
Vielen Dank für die ausführliche Antwort. Ich hab die Schaltung mal
etwas abgeändert:
(1) -> Transformieren von Stromquelle (Photodiode) in Spannungsquelle
(0-5V) über den gesamten Arbeitsbereich
(2) -> Signal AC-Filtern und sehr Größe Verstärkung
(3) -> Komperator für Interrupt
Die Schaltung wird im Freien zum Einsatz kommen, also die Welligkeit von
Neonlichtern (etc.) braucht nicht berücksichtigt werden.
Den optischen Aufbau möchte ich ähnlich machen, wie im Link meiner
ursprünglichen Fragestellung.
lg.
edit: Müssen wir jetzt wirklich darüber diskutieren, dass es für eine
Geschwindigkeitsmessung 2 Lichtschranken bedarf? Wirklich?
edit 2: Testsignal bei der Schaltung: 10µA Konstantstrom mit
überlagertem 0.1µA 100kHz Strom.
Achim S. schrieb:> Zweitens wird dein Untergrund nie so> konstant sein, dass eine konstante Subtraktion den Untergrund loswird.Achim S. schrieb:> Dass er seinen Fotodiodenverstärker doppelt braucht ...> Aber erst soll er mal einen funktionierenden Verstärker aufzeichnen ehe> er der Vollständigkeit wegen alles doppelt hinmalt.
Könnte man nicht die Differenz der beiden Lichtschranken bilden, anstatt
beide getrennt auszuwerten? Dadurch wirkt jeweils die eine für die
andere als echter abzuziehender Untergrund und man bekommt jeweils beim
Durchtritt des Projektils ein Signal, also 2 Peaks.
ArnoR schrieb:> Könnte man nicht die Differenz der beiden Lichtschranken bilden, anstatt> beide getrennt auszuwerten? Dadurch wirkt jeweils die eine für die> andere als echter abzuziehender Untergrund und man bekommt jeweils beim> Durchtritt des Projektils ein Signal, also 2 Peaks.
Müssten dazu nicht beide Photodiode exakt gleich viel Licht ab bekommen?
Noch eine andere Frage: Falls meine Schaltung funktioniert, gäbe es eine
günstigere Alternative zu den LMH6624 - OPV's die für die Schaltung auch
genügen? Da ich bei diese Konfiguration 6 Stück bräuchte und das Stück
ca. 4 Euro kostet.
Lg.
Wolfgang M. schrieb:> Müssten dazu nicht beide Photodiode exakt gleich viel Licht ab bekommen?
Das wäre der Idealfall, den man nicht ganz schaffen wird, man wird immer
noch Filtern und Abgleichen müssen, aber es dürfte deutlich einfacher
sein, da man ja nun den störenden Untergrund im Wesentlichen kennt.
Das geht in die richtige Richtung. Aber deine Simulation mit 10µA
Untergrund bei 0,1µA Signal kann noch viel zu optimistisch sein.
Achte also darauf, dass deine Fotodiode keinen großen Winkelbereich
einsieht sondern möglichst nur in eine Richtung schaut (also PD mit
Linse). Und wenn du den Aufbau aus deinem Link nachbaust, dann würde ich
unter den weißen Diffusor eine Schlitzblende einbauen, die gerade der
Größe des Diabolos entspricht. Wenn der Diabolo genau vor dem Schlitz
ist bekommst du die maximale Abschattung. Wenn der Diabolo aus dem
Bereich der Schlitzblende raus ist, siehst du nichts mehr von ihm, weil
die Blende unten dunkel ist. Damit bekommst du beim Durchflug den
maximalen Kontrast (das beste Signal-Untergrundverhältnis). Und der
Zeitpunkt, wann der Schattenwurf beginnt und endet, ist schärfer
definiert, als wenn die PD den Schatten über einen großen Winkelbereich
wahrnimmt.
Eine beliebte Methode, um schon in der erste Verstärkerstufe (dem
Transimpendanzverstärker) das langsam variierende Untergrundsignal
wegzunehmen, ist z.B. in folgenden Link gezeigt (musst ein wenig
runterscrollen). Ein Integrator überwacht das Ausgangssignal des TIA und
zieht dann so viel Strom aus dem Eingangsknoten den TIA, dass der
Ausgang im Mittel gerade beim gewünschten Wert liegt. Der Strom, der von
npn abgezogen wird, braucht von TIA nicht mitverstärkt zu werden. Die
Zeitkonstante des TIA kannst du so einstellen, dass auch etwas
schnellere Störungen noch wegintegriert werden.
https://e2e.ti.com/support/amplifiers/precision_amplifiers/f/14/p/182579/658369ArnoR schrieb:> Könnte man nicht die Differenz der beiden Lichtschranken bilden, anstatt> beide getrennt auszuwerten?
Das könnte man sich überlegen. Ich mach mir aber ein bisschen Sorgen
wegen des dynamischen Bereichs des ersten Verstärkers und würde deshalb
schon an der Stelle versuchen, den Untergrund "wegzuregeln", damit der
TIA ordentlich Verstärkung kriegen darf.
PS: in deinem letzten Schaltungsentwurf legst du den +Eingang von U2
über R6 auf GND (was nur mit bestimmten OPV geht). Ich würde an deiner
Stelle die ganze Signalkette auf das Vref von 1V beziehen, das du auch
am Komparator verwendest, statt an jeder Stelle andere Bezugspotentiale
zu wählen. Also: die PD auf VRef statt auf GND, den +Eingang von U1 auf
Vref statt auf den Spg-Teiler, R6 auf Vref, die Rückkopplung mit R5/R4
auf Vref
Aufpassen sollte man vielleicht mit Störungen durch künstliche
Lichtquellen. Viele brummen optisch mit 100 Herz, LED Lampen
gelegentlich noch viel schlimmer. Daher sollte man vielleicht mit einer
IR Diode arbeiten und die Schirme von unten mit IR beleuchten. Dann
einen sehr hoch angesetzten Hochpass, vielleicht so 1 kHz zur
Störunterdrückung hinter den PD Verstärker, bzw. den Servokreis
entsprechend auslegen. Notfalls moduliertes Licht nehmen.
Jetzt ist mir noch eine andere Idee gekommen, wie ich Signale von
modulierten Lichtquellen eventuell besser in den Griff bekommen könnte.
Was meint ihr?
Lg
Vielleicht solltest du mal klären, was in der Skizze die Schaltzeiten
"IR" in blau und "IR" in rot bedeuten sollen.
Willst du eine eigene Lichtquelle einbauen, die das Umgebungslicht
"überstrahlt"? Der Einsatz einer eigenen Beleuchtung böte dir einige
Vorteile, die du aber in in deiner Skizze kaum nutzt.
Wenn du schon selbst beleuchtest dann gestalte den optischen Aufbau
bitte so, dass entweder nur die Kugel das Licht abkriegt (nicht der
Hintergrund), so dass du beim Durchflug einen deutlichen Anstieg der
Reflektion bekommst (in dem Fall also bitte keinen "Reflektor" im
Hintergrund, der das Licht der LED ebenfalls auf die Photodiode
zurückwirft).
Oder gestalte den Aufbau so, dass nur der Hintergrund beleuchtet wird
aber die Kugel kein Licht abkriegt (mit einer Blende oberhalb der Kugel
und der Lichtquelle zwischen Blende und Reflektor), so dass die Kugel
einen möglichst deutlichen Schatten wirft.
Ein Aufbau, in dem sowohl Kugel als auch Reflektor beleuchtet werden,
verschenkt den eigentlichen Vorteil der eigenen Lichtquelle.
Um ein Ausblenden niedriger Frequenzen im Verstärkerpfad wirst du damit
aber trotzdem kaum herum kommen.
Achim S. schrieb:> so dass die Kugel> einen möglichst deutlichen Schatten wirft.
Soll das ein Witz sein?
Schon mal einen Bleistift o.ä. unter eine diffuse Lichtquelle
(z.B. eine Schreibtischlampe) gehalten?
Da ist ohne Blende und Linsen nix mit Schatten. Ein ordentlicher
Schatten tritt ohne nur knapp über dem Tisch auf. Darüber bis
zur Lichtquelle ist das nur ein schemenhaftes Rauschen eines
Schattens auf der Tischfläche. So einen schwachen Helligkeits-
unterschied muss man mit einem Sensor erst mal erfassen können.
Einfach nur eine Fotodiode vor einen OP zu schalten bringt gar
nichts. Da muss man den empfindlichsten Arbeitspunkt der Fotodiode
finden.
Mit "Schatten" habe ich einen ungeschickten Begriff gewählt, weil man
dabei schnell an den Kernschatten bei Sonnenlicht denkt und sowas hier
natürlich nicht auftritt. Aber wenn ein dunkles Objekt sich vor dem hell
erleuchteten Hintergrund vorbeibewegt, ergibt sich natürlich eine
Absenkung des Fotostroms, die man messen kann.
Dass diese Abdunklung sehr klein ist, und dass das Hauptproblem des TO
deshalb im Signal-Untergrund-Verhältnis liegt, und dass es deswegen sehr
wichtig ist, den optischen Aufbau geschickt zu gestalten, habe ich dem
TO schon vor Tagen geschrieben. Musst du einfach mal nur den Thread
durchlesen, dann siehst du das ...
Achim S. schrieb:> dass entweder nur die Kugel das Licht abkriegt (nicht der> Hintergrund), so dass du beim Durchflug einen deutlichen Anstieg der> Reflektion bekommst
Mit einem erleuchteten Geschoss vor einem dunklen Hintergrund bekommt
man wohl das deutlichste Signal, aber es dreht sich ja hier wohl um
Diabolos, die reflektieren aber nicht gut und auch nicht gleichmässig.
Am besten lackiert man sie vorher weiss.
Georg
Georg schrieb:> weiss.
Weiss vor einem weissen Hintergrund?
War nicht die ostfriesische Nationalflagge lt. Otto ein
weißer Adler auf einem weissen Hintergrund? ;-b
Die Kaufgeräte können es auch so. Mit einem Nachbau wird
das wohl nichts. Einerseits scheinen da die Kenntnisse beim
TO zu fehlen und die Threadführung läuft auch nicht richtig
rund.
Georg schrieb:> Geschoss vor einem dunklen HintergrundCyborg schrieb:> Weiss vor einem weissen Hintergrund?
Ein tragischer Fall von Leseschwäche.
Georg
Achim S. schrieb:> Vielleicht solltest du mal klären, was in der Skizze die Schaltzeiten> "IR" in blau und "IR" in rot bedeuten sollen.>> Willst du eine eigene Lichtquelle einbauen, die das Umgebungslicht> "überstrahlt"? Der Einsatz einer eigenen Beleuchtung böte dir einige> Vorteile, die du aber in in deiner Skizze kaum nutzt.>
Sorry, mein Fehler. Genau so war das gedacht. Ich werde einmal mit einem
testaufbau versuchen, wie gut/schlecht das Hintergrund-Signal Verhältnis
wirklich ist. Vielen Dank soweit einmal.
Hallo Wolfgang,
ich habe vor vielen Jahren sowas auch mal gebaut.
(Für Vo-Messung um den optimalen Durchmesser zu ermitteln)
Die LuPi war dabei eingespannt, der Schußkanal also konstant.
Der Aufbau war relativ simpel (aber hat einwandfrei funktioniert)
Ein PVC-Installationsrohr, Durchmesser ca. 60mm, 30mm lang, 2 Stck
1 x je Messstelle) innen mit Alufolie ausgekleidet.
unten mittig, die Abstrahlfläche bündig mit dem Rohr innen eine (oder 2)
IR-Dioden, knapp links und rechts daneben jeweils ein Phototransistor
(SFH..)
soweit versenkt, dass die IR-Dioden nicht direkt einstrahlten.
Die beiden Phototransistoren in den Diagonalzweigen einer Brücke, so
dass ihre Signale sich im Brückenzweig verstärkten, und dieses
Ausgangssignal auf einen OP.
Der Abstand der beiden Messstellen war ja vermessen, der Rest war eine
einfach Auswerteelektronik, ob die absoluten Werte exakt waren, weiß ich
nicht mehr, mir kams ja nur auf die Abweichungen an.
Gruß
Hans
Hallo!
Auch der LMH6624 ist nicht wirklich gut als Photodioden Verstärker
geeignet. Dieser ist zwar vom Gain Bandwidth Product her recht schnell,
aber er benötigt dafür auch einen recht hohen Input Bias Current. So um
die 35 uA.
Das muss jetzt kein KO Kriterium sein aber man sollte das
mitberücksitigen.
Außerdem muss der Verstärker ja gar nicht so schnell sein, wie weiter
oben bereits gerechnet worden ist.
Wenn du dennoch etwas in der Leistungsklasse verwenden willst wäre z.B.
der OPA656 nicht schlecht.
Bedenken solltest du auch das du eine "Saugspannung" verwenden solltest.
Das hat zum einen den Vorteil das die Raumladungszone der Photodioden
eine konstante Breite ist und damit auch eine konstante Kapazität. Sehr
wichtig wenn man nicht möchte das die Schaltung schwingt.
Außerdem werden dann die Ladungsträger schneller aus der Diode abgesaugt
und die Bandbreite wird höher.
VG
Nur mal als Idee:
Könnte es mit einer Spule auf Ferrit funktionieren, wenn das
Geschoss durch die Spule fliegt?
Ähnlich einem Metalldetektor, nur dann mit 2 Spulen in gewissem
Abstand - 1. Spule löst Zähler aus, 2. Spule stoppt die Messung...
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