Balistický chronograf - zapojení senzorů

Zpráva

sairon · #1 Příspěvek od **sairon** » 11 kvě 2011, 19:17

Už mám v plánu dělší dobu vytvořit si nějakou domácí verzi balistického chronografu, se kterým bych mohl měřit rychlost letícího projektilu (a žádných špuntovek, ale ostrých krátkých zbraní s projektily letícími cca rychlostí zvuku až po pušky s rychlosti až trojnásobnou). Narazil jsem na vcelku pěkný projekt v Nuts & Volts: http://nutsvolts.texterity.com/nutsvolt ... io=36#pg36

Digitální část pro zpracování a zobrazení signálu bych zvládl vytvořit, s programováním MCU problém nemám, ale pokud by to bylo možné, chtěl bych to postavit i na nějaké *duino platformě. Problém pro mě je ale analogová část - jako člověk vzdělávaný v úplně jiném oboru analogovým obvodům zrovna nerozumím a identické zapojení v našich končinách nesestavím kvůli nedostupnosti použitých fotodiod. Proto se ptám - je možné nahradit fotodiody PIN diodami HPDR3K-15A (datasheet níže) a IR diody LD271? Je mi jasné, že bude možná potřeba upravit napájecí obvod k IR diodám (původní má IF 100 mA vs 120 mA u náhrady), ale jak upravit obvod zesilovače (resp. hodnoty jakých součástek ovlivňují citlivost snímání senzoru) bohužel nevím.
Za jakoukoliv radu, jak obvod upravit, případně i objasnění funkce či nasměrování na vhodnou literaturu budu velice vděčný. Uvítám i odkazy na jiná řešení, na internetu je ale bohužel hromada prakticky nepoužitelných bastlů stylu "trubka a dvě IR závory", které bych před ústím zbraně držet nechtěl

Datasheety:
Původní fotodiody: http://www.fairchildsemi.com/ds/QS/QSE773.pdf
Náhradní fotodiody: http://www.tme.eu/dok/06_optoelektronika/hpdr3k-15a.pdf

Původní IR LED: http://www.fairchildsemi.com/ds/QE/QEE122.pdf
Náhradní IR LED: http://www.tme.eu/dok/06_optoelektronika/LD271.pdf

Crifodo · #2 Příspěvek od **Crifodo** » 11 kvě 2011, 19:56

Co se týče analogové části, IR LED mají patrně vytvářet v těch rámech něco jako homogenní osvětlení fotodiod, paralelně zapojené fotodiody (zajímavá myšlenka) vyhodnotí zastínění projektilem, zesilovač s LM224 zesílí a komparátor vytvaruje pro digitální část, monostabil s LEDkou indikuje průlet. Bez praktického vyzkoušení se předem nedá říct, jaká bude vyhovující citlivost, protože bude závislá na rozměrech rámku a na vyzařovacích úhlech čidel a zdrojů světla. Změna proudu pro LED 100 nebo 120 mA je nepodstatná. Potřebuješ fotodiody i LED se zhruba stejným pracovním spektrem a citlivosti si vyladíš celkem pohodlně ve statickém režimu, v zapojení není nic závislé na době zaclonění. Při 1000 m/s u projektilu, když budu předpokládat hloubku citlivosti a délku projektilu 2 cm, se pohybujeme okolo 20 µs délky pulsu.
Jo, ty elektrické citlivosti, autor to tam nijak neřeší, prostě dva stupně s OZ a zesílení možná až do limitace, nevím jak velký signál na vstupu dodá ta částečně zacloněná fotodioda. Asi to není rozhodující, počítá se s tím, že každé zaclonění bez ohledu na velikost změny se zesílí natolik, aby to měření odstartovalo.
Ta náhradní fotodioda je rychlá dost, ale rychlost odezvy závisí na zatěžovacím odporu, ve schématu mají 47k a v datashitu se víc než 10k ani nepředpokládá.

#3 Příspěvek od **PavelFF** » 11 kvě 2011, 20:56

Mně připadá, že ty náhrady jsou vybrané velmi dobře. Mají skoro stejnou citlivost a taky skoro stejné vyzařovací diagramy (šířka laloku). Taky stejnou rychlost.

Proud vysílacími diodami je nastaven zdrojem proudu z LM317 na nějakých 50mA. Proudy, které uvádíš, (100mA vs. 120mA) jsou max. povolené.

Takže upravovat schéma by nemělo být nutné.
Ono konstrukci bude možná nutné doladit (jako spoustu jiných konstrukcí z netu). Ale to by bylo stejně nutné i s původními fotodiodami.

sairon · #4 Příspěvek od **sairon** » 12 kvě 2011, 00:50

>Crifodo: Až tak to nebylo třeba, celé části obvodů jsou mi víceméně jasné a jsou popsané i v původním článku, šlo mi spíše o pochopení elementárních částí obvodu (proč ta a ta kapacita kondenzátoru, ten a ten odpor rezistoru atd... Proto bych preferoval spíš literaturu než obšírnou přednášku

). Jestli správně chápu, citlivost ovlivňuje zejména hodnota R10 zapojeného proti zemi, zbytek obvodu, který se stará o zesílení signálu by nebylo nutné upravovat. Proč ale ovlivňuje R10 i rychlost odezvy? Úhly vyzařování LED-detektor jsem si i počítal pro případ zachování počtu diod a šířky rámu (cca 20 cm) a porovnával s vyzařovací charakteristikou a s homogenitou (resp. nepokrytím fotodiod zářením) by neměl být problém, šlo mi spíš o to, zda při výběru fotodiod není nutné zohlednit i nějaké parametry, které zprvu nejsou zřetelné. Zřejmě to až takový problém nebude

>PavelFF: Jak jsem už nakousnul, náhrady jsem vybíral podle nejlepšího vědomí a svědomí a tak jsem se snažil najít v katalogu něco co nejpodobnějšího, jak z hlediska distribuce intenzity záření, tak i se stejnou odezvou. Proud na IR LED snad nutné upravovat nebude, ale nevím, jak vypadá závislost intenzity záření na proudu, takže počítám, že bude v případě problémů možné diodám trochu přidat. Bohužel nemám k dispozici osciloskop ani jiné sofistikované přístroje, takže se budu muset spolehnout na indikaci LED zabudovanou v původním návrhu. Doladěním konstrukce je myšleno co? Jelikož, jak říkám, rozumím jen tomu, co jsem uvedl víceméně v tomto postu

#5 Příspěvek od **PavelFF** » 12 kvě 2011, 10:48

K R10. V datašítu(náhrady) je něco jako graf rychlosti odezvy diody na zatěžovací impedanci. Čím menší odpor, tím rychlejší. Ale zase menší citlivost nebo menší změna signálu k zesílení. V tabulce jsou časy pro R = 1kOhm.

V literatuře hledej : invertující zesilovač(U1A, U1B) , komparátor (U1C)

Doladěním jsem myslel to, že skoro nikdy věci nechodí napoprvé. Nutno změnit hodnoty odporů(zesílení), kondenzátorů(časová konstanta), apod.

Bez osciloskopu můžeš jen odhadovat, kde co změnit. I když v tomto případě bys asi musel mít velmi rychlý samopal a valník munice, aby sis mohl prohlédnout děje na osciloskopu

Nebo digitální osciloskop.

Tady vidím piplačku spíš v mechanické konstrukci a správném seřízení paprsků proti čidlům.