Diese PIC-Max-Erweiterung ermittelt die Geschwindigkeit eines Luftpistolengeschosses durch Messung der Zeit, die zum Durchflug einer Messstrecke benötigt wird.

Die Messstrecke besteht aus zwei meiner Rahmenlichtschranken mit jeweils 7x5cm Lichtfeld, die im Abstand von 24cm in einem alten Schuhkarton verbaut sind. Die Lichtschranken verfügen nicht über jeweils eine eigene individuelle Elektronik, sondern sind an eine gemeinsame Schaltung angeschlossen.
Die LEDs der beiden Sensoren werden in Reihe über den Vorwiderstand R15 betrieben. Die Phototransistoren der Sensoren erzeugen Messströme, die im nA Bereich schwanken, wenn ein kleines Objekt Teile des Lichtfelds abdeckt. Diese kleinen Ströme werden über den Transimpedanzverstärker IC5A bzw. IC5B in eine Spannung gewandelt und verstärkt. Über C14/C15 gelangen nur schnelle Spannungsänderungen, wie sie z.B. beim Durchflug eines Objekts entstehen zur nachfolgenden Verstärkerstufe IC3/IC4. Langsame Änderungen, wie beispielsweise eine Änderung der äußere Lichtverhältnisse, werden unterdrückt. IC2A/IC2B sind Komparatoren die high schalten, wenn die jeweilige Messspannung bei Durchflug eines Objekts unter eine voreingestellte Stufe sinkt. IC1A und IC1B bilden dann zusammen ein RS-FlipFlop, das von der vorgehenden Schaltung des Eintritts-Sensors gesetzt, und von der Schaltung des Austritts-Sensors (oder von außen her) resetet wird. Dadurch wird ein Puls erzeugt, der genau solange ist wie die Flugzeit des Geschosses durch die Messstrecke. Dieser Puls wird dann vom PIC-Max vermessen und das Ergebnis an den PC übermittelt, wo der Messwert in eine Geschwindigkeit und einen Energiewert umgerechnet und angezeigt wird.
Die Transimpedanzverstärker IC3/IC4 aber auch der nachfolgende Verstärker IC2A/IC2B sind extrem anfällig gegen Schwankungen der Versorgungsspannung. Es hat sich herausgestellt, dass schon wenige mV Schwankung in den 5V die Messbarkeit der Messstromänderung des Phototransistors verhindern. Die sauberste Lösung wäre sicher ein eigener Spannungsregler für die Sensoren gewesen. Was aber auch reicht, ist die Versorgung der Verstärker durch ein RC-Glied (R20, C16) von der Systemspannung zu entkoppeln.

Schaltplan des Chronometers

PIC-Max Software im Chrono-Modus