Mit Lichtschranke Momentan Geschwindigkeit bestimmen. Grenzen der Elektronik?

Ich versuche für ein Physikpraktikum mit zwei Grove Light Sensoren 1.1 und 2 Calliope’s die Momentangeschwindigkeit einer Kugel am Ende eines Rohrs zu bestimmen.

Problem: Die Streuung der Messungen ist sehr gross und daher frage ich mich, wo die Grenzen der Sensoren und des Programmablaufs liegen. Wie schnell sind die Messzyklen? Sind sie konstant? Was für eine Reproduzierbarkeit darf ich erwarten? (Der Luftpolstereffekt beim Gleiten kann es auch noch sein.) Bei einer Geschwindigkeit von 2m/s und 1cm Messstrecke bin ich im Bereich von 5 ms zwischen den Messungen. Bei der Übertragung des Startimpuls verliert man etwas 1ms, was man kompensieren kann.
Hat jemand damit schon Erfahrungen gemacht? Könnte alternative Sensoren verwenden? Hall-Sensoren oder Bewegungsensoren?

Noch etwas konkreter:
Mit einem 3 D Drucker habe ich eine Halterung für zwei Sensoren mit einem Abstand von ca 2 cm erstellt und am Ende der Röhre angebracht. Gegenüber den Sensoren leuchten 2 Dioden.

1. Messmethode:

  1. Calliope wird gestartet und schickt ein Funksignal zum zweiten Calliope. Damit wird jeweils der t 0 Zeitstempel gespeichert. (Zeitverzögerung durch den Funk ca 1 ms).
    Wenn die zweite Lichtschranke schliesst, schickt sie die Zeit zur ersten C, der die Geschwindigkeit ausgibt. Am OLED Bildschirm kann ich die Zeiten ansehen.
    Die Messresultate sind in etwa in der richtigen Grössenordnung, streuen aber sehr stark. (zu stark! Faktor 1.5-2)

2. Methode:
Lasse statt einer Kugel eine Batterie runter sausen und messe die Verdunkelungszeit an einem Sensor. Bei meiner Anordnung bekomme ich so zwei unabhängige Messresultate. Erstaunlicherweise bekomme ich immer die gleichen Zeiten (auf Microsekunden gleich) und bei beiden C die gleichen Zeiten- sogar unabhängig von Steilheit der Röhre. Da stellen sich die gleichen Fragen zur Elektronik wie bei Methode 1.

Bei der Auslösung von die Hand funktionieren die Methoden. Das Problem kommt mit den kurzen Messzeiten.
Das wärs für den Moment. Bei Interesse kann ich noch die Codes hochladen.

Hallo @Robert

das ist ein super Projekt!
Schreib doch mal deinen Code hier ins Forum, dann hat man besser die Möglichkeit deinen Weg zu sehen und kann evtl. direkt Optimierungen vorschlagen.
Beste Grüße
Jörn

Hallo Jörn, das Interesse freut mich.
Noch was zu den Codes.

  1. Methode mit 2 Calliope. Dafür gibt es ein …First und ein …Second File.

Bei dieser Methode habe ich immer wieder negative Zeiten (3 auf 10). Das heisst, dass die Batterie mit ca 4 cm nicht mit ihrer Nase die Schranke auslöst, sondern später. Wieso eine Batterie? Ich hatte gerade nichts bessers. Eine etwas zu kleine Kugel löste nicht immer aus. (eben) Die Erschütterung hatte zu Beginn teilweise auch die LED’s aus und eingeschalten. Doch dieses Problem konnte ich eliminieren. Auslösen durch Erschütterung und Verdunkeln durch den Handschatten sind eliminiert.
Ich überlege mir, ob ich nicht ein Experiment mit Schaltung bauen kann, wo ich diese Nicht-Reproduzierbarkeit nachweisen kann.

  1. Methode mit 1 Calliope gibt es nur ein File. …One
    Ich hoffe, dass die „Codiersprache“ nachvollziehbar ist. Sonst was sagen.

Den Funkfehler (Delay beim Start) habe ich mit dem 3. Programm bestimmt. ca 1 ms

Vielen Dank und Gruss
Robert

mini-Lichtschranke_Second (1).hex (669,7 KB)
mini-LichtschrankeFirst (19).hex (668,9 KB)

mini-LichtschrankeOne (15).hex (660,0 KB)

mini-Funkfehler-bestimmen (4).hex (671,6 KB)

Hallo Robert,

es ist bestimmt einen Versuch wert, die Zeitmessung mit Ereignissen zu versuchen anstatt in einer „dauerhaft“ Schleife.

Schau mal hier, nur als Beispiel:

Jegliche Ausgabe auf dem Display würde ich in den Ereignis - Blöcken dann aber weglassen,
sobald das funktioniert.

Gruß Raik

Ich denke auch, dass mit den Ereignissen hier genauere Ergebnisse erzielt werden.

In der Kategorie „Steuerung“ finden sich zu den Ereignissen auch weitere Blöcke. Im Anhang eine ungetestete Variante, die vielleicht bessere Ergebnisse liefert (ich habe tatsächlich mit den Rise und Fall Events noch gar nichts gemacht bisher).

Eventuell können die Wenn-Dann Blöcke auch noch weg gelassen werden, schließlich brauchen die ja auch Laufzeit.

mini-LichtschrankeOne.hex (659,6 KB)

Vielen Dank für Eure Beiträge. Werde mich der Sache annehmen und mich dann mit den Resultaten wieder melden. Schöne Zeit. Gruss. Robert

Möchte Euch über den Tipp zur Eventmethode Danke sagen:
Aktueller Zwischenstand:
Bei der für mich neuen Methode „Event“, konnte ich mit dem Druckknopf A ein Event auslösen und die Eventzeit auslesen. Mit dem Lichtsensor auf Pin16 und Rise/Fall bekam ich es nicht hin. Das Lichtsignal schwankt deutlich, so weiss ich nicht genau, was Fall/Rise bedeutet. Wann wird das Ereignis ausgelöst? Fand noch nichts dazu.
Gehe jetzt einen weiteren Weg.
Vom Zeitbedarf her, müsste es eigentlich ein digitaler Sensor sein, der 0/1 schaltet. So habe ich heute einen Grove - Digital Distance Interrupter 0.5 to 5cm(GP2Y0D805Z0F)(P) und Grove Hall Sensoren bestellt und werde diese Sensoren mit der Eventmethode testen.
Bis bald. Robert

1 „Gefällt mir“