S: Single shot Spannungsfolger zur Peak-Messung

a la

Die Hardware kommt mir besser vor.

mag keine Freude sein ( und auf einem XT/AT-PC auch nicht gangbar),

wegen der Echos mit der entsprechenden Signalverarbeitung anfreunden.

MfG JRD

Hab's ausprobiert: Stahlplatte und Kugel (vom Fadenpendel *G*), unter die Stahlplatte ein wenig Moosgummi. Das sollte ungef=E4hr den gleichen Effekt haben. Kugel =FCber ne Litze an den Einganz vom Oszi im Single-Shot Modus, 25% Pre-Trigger. Stahlplatte an

+5V. Kontaktzeit ~800ns. Das ist schon verdammt kurz.

Wolfgang Draxinger

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Das ist aber schon ein Unterschied ob die Kugel auf harte Oberfläche aufschlägt und springt. Gummimatte oben bremst.

Um so schlechter für den Mäander aus Konstandraht mit seiner verteilten Kapazität/Induktivität: so flott wird der nicht werden.

Es gab unter "Sensormatte" vor ein paar Monaten hier thread zu ähnlichem Gerät. Optische Lösung über Lichtschranken ist aber auch nicht üppig bei Geschwindigkeit und Fremdlicht.

MfG JRD

Rafael Deliano schrieb:

Ich würde einen per Piezosensor an der Bodenplatte getriggerten (Led?-) Blitz vorschlagen, der eine auf Langzeitbelichtung gestellte Kamera im Moment des Auftreffens belichtet. Dazu müßte man dann allerdings kurzzeitig das Licht ausschalten, was aber kein Problem sein dürfte. komplett automatisch läßt sich der Veruch ja eh' nicht fernsteuern, denn irgenwann sind die Kugeln alle...

Ggf. dürfte eine reduzierte oder stroboskopische Beleuchtung während des Runterfallens der Kugeln zusätzlich interessant aussehen, da so die Flugbahnen nachgezeichnet werden.

Gruß Jürgen

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GPG key: 
http://pgp.mit.edu:11371/pks/lookup?search=J%FCrgen+Appel&op=get

Ich musste erst einen Moment =FCberlegen, bis ich kapiert habe, was Du meintest. Wird sich nur schwierig umsetzen lassen, da man den Versuch gleichzeitig per WebCam beobachten k=F6nnen soll. Als L=F6sung fiele mir jetzt nur ein, ein IR-Tiefpassfilter vor die Kamera zu schrauben und das mit einem IR-Blitz zu machen. Die Flugbahn an sich ist eher uninteressant, interessant sind aber die Auftreffpunkte. Je nach Sto=DFparameter ver=E4ndern sich diese (nat=FCrlich). Interssant ist, dass sie auf 2 konzentrischen Kreisen mit gleichem Mittelpunkt liegen.

Da habe ich mir schon eine Konstruktion =FCberlegt, mit der man die Kugel wieder in die Ausgangslage bringen kann.

Wolfgang Draxinger

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Anstatt der Fläche, auf der die beiden Kugeln aufschlagen sollen, kannst Du auch eine gedachte horizontale Fläche verwenden, durch die die Kugeln hindurchfallen.

Der Zeitpunkt, zu dem die Kugeln durch die Fläche fallen, kann mittels einer Lichtschranke passender Geometrie festgestellt werden.

Der Ort, an dem die Kugeln jeweils durch die Fläche fallen, kann auch recht einfach ermittelt werden. Anstatt der einzelnen Lichtschranke von oben nimmst Du derer mehrere, die auf Höhe der Messebene über die Länge dieser Ebene verteilt sind. Jede dieser Lichtschranken erfasst einen Streifen quer zur Flugrichtung der Kugeln. Die Breite der Streifen entspricht dem Kugeldurchmesser (kann auch schmaler als der Kugeldurchmesser sein). Aus dem Anteil der Abschattung der jeweiligen Detektoren kann ermittelt werden, wo eine Kugel die Lichtschranke durchfallen hat. Messzeitpunkt ist jeweils der Zeitpunkt der größten Abschattung, also wenn der Kugelmittelpunkt sich auf der Höhe des Lichtbandes befindet, und ergibt sich mittels Differenzierer und Komparator für jede Teil-Lichtschranke. Die Messwerte werden per Sample&Hold gespeichert, dann digitalisiert und ausgewertet.

Eine Kalibrierung kann durchgeführt werden, indem eine Kugel entlang der Messebene bewegt wird und in regelmäßigen Intervallen die Abschattungswerte der Lichtschranken aufgenommen und gespeichert werden. Diese Werte (Stützstellen) können dann zur Korrektur und Interpolation der Ergebnisse im Messbetrieb verwendet werden.

Eine Kugel mit einem Durchmesser von 2cm wird bei einer Fallhöhe von 1m etwa 90ms benötigen, um vollständig durch die Messebene zu fallen. Damit ist das Timing einigermaßen unkritisch und es sind kein HF-geeigneten Schaltungen notwendig.

Bei dieser Messmethode kann die Landefläche mit einem Material beschichtet werden, das die kinetische Energie ohne dauerhafte Verformung weitgehend absorbiert. Der Versuchsaufbau wird damit haltbarer sein. Außerdem dürfte es wesentlich leiser sein, wenn die Kugeln nicht jedes Mal auf eine harte Unterlage knallen.

Grüße,

Günther

Klingt interessant, allerdings kann ich mir das jetzt nicht bildlich vorstellen. K=F6nntest Du mir eine Skizze per eMail schicken? Meine eMails Adresse f=FCr News ist g=FCltig (und interessanterweise bekomme ich am Tag nur so ca. 30 Spam Mails, die mein Filter sehr zuverl=E4ssig und bisher ohne false positives(!) in den Spam Ordner schiebt).

Wolfgang Draxinger

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Ach!

Hab' ich schon befürchtet.

Nein. Im Usenet gefragt, im Usenet geantwortet.

Das Ganze von oben betrachtet:

Photodioden | | Schlitzmaske in der Brennebene der Linsen v v | ___ ___ ___ v ___ ___ ___ ----- --------- --------- --------- --------- --------- ----- / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ ||| x

Die Photodioden "sehen" jede durch einen eigenen Schlitz in der Schlitzmaske, durch ihre eigene Linse und durch einen gemeinsamen horizontalen Schlitz (von der Lichtquelle aus gesehen vor den Linsen) auf die Lichtquelle (Der horizontale Schlitz ist oben nicht eingezeichnet, soll etwa dort sein, wo "einer Stablinse" steht).

Die Schlitzmaske mit den vertikalen Schlitzen sorgt dafür, dass keine der Phtodioden in den Bereich der benachbarten Teil-Lichtschranken hineinsieht. Der horizontale Schlitz grenzt den Sichtbereich in vertikaler Richtung ein, so dass nur ein dünnes "Lichtband" ausgewertet wird.

Die Kugel bedeckt abhängig von ihrer Position in x-Richtung mehrere der Lichtschranken (mehr als eine bzw. zwei, wenn ihr Durchmesser größer ist, als die Breite der Teil-Lichtschranken).

Wenn sich der Mittelpunkt der Kugel auf der selben Höhe (z-Richtung) befindet wie der Schlitz, dann ist die Lichtmenge, die sie zu einer teilweise verdeckten Linse (und damit zur dahinter liegenden Photodiode) lässt, proportional zum nicht bedeckten Anteil des Strahlenganges. Daraus lässt sich ermitteln, wie weit der Rand der Kugel vom Rand der jeweiligen Teil-Lichtschranke entfernt ist.

Aus der Information, welche Lichtschranken überhaupt bedeckt sind, und welche zu welchem Anteil, lässt sich die Position der Kugel ermitteln.

Bei bekanntem Durchmesser der Kugel und bekannter Breite der Teil-Lichtschranken dürfte es reichen, den Bedeckungsgrad z.B. des linken Kugelrandes auszuwerten (und natürlich, welche anderen Lichtpfade ebenfalls abgeschattet sind. Die Bedeckungswerte durch beide Kugelränder auszuwerten dürfte die Präzision etwas verbessern.

Es muss sicher gestellt sein, dass bei Deinem Versuch mit zwei Kugeln nicht beide gemeinsam ene der Teil-Lichtschranken abschatten.

Bei passender Dimensionierung sind immer mehrere der Teil-Lichtschranken vollkommen unbedeckt und können als Referenz für die teilweise bedeckten herhalten.

Stablinsen aus Kunststoff dürfte es im gut sortierten Schreibwarenladen oder beim Graphikerbedarf geben (z.B. Lesehilfe in Lineal-Form)

Grüße,

Günther

Ok, jetzt kapier ich's.

Problem 1 dabei: So bekomme ich nur die Ordinate, ich brauche aber auch die Abszisse. Das l=E4sst sich aber mit einer 2. Anordnung orthogonal dazu l=F6sen.

Problem 2 ist schon knackiger: Es wird unvermeidlich sein, dass die 2 Kugeln bei einem bestimmten Sto=DFparameter gleichzeitig in den selben Streifen fallen. L=F6sung daf=FCr ist mir auch eingefallen: Einfach einen weiteren Lichtvorhang 45=B0 versetzt dazu. Oder noch besser: Insgesamt 3 Lichtvorh=E4nge in jeweils 60=B0 Winkel zueinander. Was auch ginge, w=E4re das ganze nach dem Tomographie-Prinzip zu machen.

Wolfgang Draxinger

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Ich hab jetzt mal mit ein paar anderen Unterlagen und Materialien rumgespielt: Grundplatte aus Pappelholz, darauf eine Schicht hartes Moosgummi, auf der ich direkt die Messdr=E4hte verlegt habe, zwischen den Dr=E4hten d=FCnne Gummischn=FCre (das Zeug, was normalerweise in Unterhosen verwendet wird), dar=FCber die Kontaktdr=E4hte und zu guter Letzt noch eine 1mm dicke Silikonmatte.

Die Kontaktzeit betr=E4gt jetzt so um die 200=B5s. Interessant ist =FCbrigens, dass wenn man zwei Kugeln als Pendel gegeneinander Sto=DFen l=E4sst die Kontaktzeit ca 92=B5s ist. Ich habe das Experiment mit der Stahlplatte noch mal durchgef=FChrt: Es waren nicht 800ns, sondern 8=B5s, ich Depp hab am Oszi den X Magnifyer angeschaltet und total =FCbersehen, dass der Angezeigte Wert vom \delta t Cursor jetzt noch mit 10 zu multiplizieren war. Ausserdem sind das 2 verschiedene Stahlsorten, die verwendete Stahlplatte scheint um einiges h=E4rter zu sein.

Wolfgang Draxinger

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Den Aufbau mit Konstantandraht halte ich trotzdem für unrealistisch, weil schwer baubar.

Matrix von möglichst kleinen Knackfroschtastern hätte ungünstigen Matrialpreis, wäre aber leichter baubar und auswertbar, da man die im MHz-Bereich mit Logikpegel scannen kann. Nachteil: liegende 1. Kugel stört die Matrix.

Von den optischen Varianten gäbs wie schon genannt zwei Kameras. Die müssten Bildfolge ja nicht in Echtzeit auswerten sondern z.B. nur speichern und unmittelbar danach auswerten. Nominell wären auch zwei Polygonlaserscanner für Barcode möglich ( gibts häufiger bei ebay ), wäre mir allerdings nicht sicher, daß deren Scanrate für fallende

2cm Kugel reicht.

Wie groß soll eigenentlich die Fläche sein und welche Auflösung ist erforderlich ?

MfG JRD

So um die 35x35 cm=B2. Momentan werden DIN-A3 Transparentpapierb=F6gen verwendet (also 29,7x42,0 cm=B2) aber mir gingen als ich diesen Versuch machen musste zur Breite 5cm ab, musste aber 5cm von der langen Seite abschneiten, damit es in den Fallkasten passte.

Die Idee mit den Lichtschranken finde ich irgendwie am geeignetsten, allerdings reicht es nicht, den Zeitpunkt der Maximalabdeckung einer Photozelle zu verwenden; stattdessen muss man die Summe beachten. Der Grund ist einfach: Die Kugel hat auch eine horizontale Geschwindigkeitskomponente und die hat nat=FCrlich auch Einfluss darauf.

Wolfgang Draxinger

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Noch mühsamer zu bauen wie die Konstantandrahtanordnung: wären ja wohl 2 Sätze a 64 Lichtschranken mit einer mehr als kniffeligen Optik. Funktioniert zudem nicht bei Tageslicht, Modulation ist bei den nötigen Frequenzen schwierig.

Der Polygonscanner

arbeited ähnlich da er auch eine Ebene abtastet: der Laser wird durch den drehenden Spiegel abgelenkt und es ist nur ein Empfänger vorhanden. Daten kommen bei dem Teil binär seriell auf RS422, Tacho als TTL. Barcode muß nachfolgende Elektronik draus machen. Vorteil der seriellen Arbeitsweise des Geräts daß der Aufwand im Rahmen bleibt, Nachteil daß die Geschwindigkeit irgendwo begrenzt ist.

MfG JRD

Wolfgang Draxinger schrieb:

Einfacher als viele einzelne Lichtschranken mit der dazu nötigen Optik wäre wohl, eine Streifenkamera (line-CCD) zu nehmen. Einer meiner ersten Google-Treffer

liefert Dir z.B. gleich

256 Lichtschranken, die Du alle mit einer gemeinsamen Optik versehen kannst.

Aber warum eine tomographische Rekonstruktion machen, wenn Du direkt das

2D-Bild per Kamera aufnehmen kannst?

Gruß Jürgen

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GPG key: 
http://pgp.mit.edu:11371/pks/lookup?search=J%FCrgen+Appel&op=get

Und wie triggere ich das im richtigen moment? Langzeitaufnamhe mit Blitzlicht geht nicht, weil ich dann nicht unterscheiden kann, welche der beiden Kugeln es ausgel=F6st hat.

An eine normale Kamera habe ich auch schon gedacht, aber das ist unpraktikabel.

Wolfgang Draxinger

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CCD-Zeile kontinuierlich lesen, auf 1 Bit digitialisieren sodaß man als TTL-Grab oder FPGA Autokorrelator bauen kann der aktuelles mit letzem Bild vergleicht und bei Änderung triggert/speichert. Wenn man a la Lichtschranke und im Dunkeln ( also ohne Umgebungslicht ) arbeited dürfte Kontrast gut genug für 1 Bit sein. Günstiger als Oldtimer-CCDs sind modernere Typen von Sony ( vgl.

Heft 2 ). Muß man nur Takt anlegen, dann kommen die analogen Samples kontinuierlich.

MfG JRD