用于检测气枪子弹的传感器

我正在尝试制作气枪计时器/计时器（一种用于测量气枪子弹速度的设备）。这个想法是测量子弹从A点到B点的传播时间，然后我可以计算出子弹的速度。

子弹射入直径32mm的塑料管中。我试图在灯管的开始和末端都在一侧安装IR LED并在另一侧安装光电晶体管（BPW 40）。像这样：

蓝色圆圈是光电晶体管，红色圆圈是IR LED，白色圆圈是气枪子弹。

当子弹穿过引出子弹2的区域时（恰好在IR LED和光电晶体管之间），一切都可以正常工作。但是，当子弹经过绘制子弹1和3的位置时，不会被检测到。那是预料之中的，但是是不想要的行为。

所以我的问题是：无论位置如何，我如何都能发现子弹？我考虑过将IR LED和光电晶体管放在管道周围（不仅在一个地方），如下所示：

但是这种解决方案并不是最便宜的：5个IR LED + 5个BPW 40 = cca 12美元乘以2（因为在管道的两边都需要它）= 24美元。有没有更便宜的解决方案？BPW 40是光电晶体管的好选择吗？我不知道我使用的是哪种IR LED（商店里的推销员也不知道-他告诉我这些是遥控器（例如电视或DVD控制器）的通用LED）。

管道直径为32毫米，长约14厘米（传感器相距10厘米）。气枪子弹直径为6mm。

编辑：

我会考虑第二个想法。我还有一个问题：以这种方式布置红外发射器和光电晶体管是否更好：

或者这样：

谢谢 ！！

您不需要将BB居中在发射器和检测器之间

可以将光电晶体管用作模拟传感器而不是开关（这是我怀疑您当前正在做的事情）。即使您的物品没有完全阻挡光线，它也会改变管道所占区域的光线。使用光电晶体管产生电压，必要时进行放大或缓冲，然后将输出发送到差分放大器。每当光强度改变时，这将产生一个非零电压。假设您的系统在两端都处于关闭状态（并且气枪没有明显的枪口闪光），则只有在子弹通过该区域时才会发生这种情况。

光幕的一些想法

还要考虑到您的问题与光幕解决​​的问题相似，但规模较小。在您的上一个图中，它与多个传感器特别相似。可以从光幕上借鉴一些技巧：

• 设计和组装矩形光幕比其他形状更容易。假设您将管道设计得足够大，以至于子弹周围的气流没有问题，那么您可以在管道的末端放置盒子，里面装有用于安装发射器和探测器的扁平PCB。这将比在您的管道上钻孔并遍及整个地方的导线更容易且更坚固。

• 通过扫描发射器并检查每个探测器，可以显着提高分辨率。这会将您的扫描模式从一行行（然后需要相距小于6mm）更改为每个检测器和每个发射器之间的行。您需要检查所形成的图案是否没有留有空隙，例如不紧挨着发射器或检测器（尽管可以通过将检测器和发射器进一步隔开而将其去除）。注意，您需要快速扫描。限制因素可能是您的光电晶体管的上升和下降时间约为10微秒。为了逃避检测，一个6mm的物体需要在以下位置行进：

  $\frac{6~\mathrm{mm}}{10~\mathrm{{\mu}s}} \approx 2000 \mbox{ feet per second}$

  我希望这比气枪的速度快得多。

关于您的来源的另一个问题：

我不知道我使用的是哪种IR LED（商店里的推销员也不知道-他告诉我这些是遥控器（例如电视或DVD控制器）的通用LED）。

不就是不。实体店和实际销售人员仅在以下情况下有用：（1）您正处在一个荒谬的时间紧迫中，等不及要等到第二天您的零件才能邮寄出去，或者（2）他们为产品增值。您没有时间紧张，您的销售人员对商品一无所知，因此，我强烈建议您开始寻找信誉良好的在线分销商，例如Mouser和Digikey，它们将提供数据表和原装零件。

此外，您对5个红外发射器的报价为12美元（请注意，LED仅发射可见光，因此在技术上称它们为IR LED，它们被称为“红外发射器”是不正确的），而5个光电晶体管是荒谬的。红外发射器每个约为0.15美元，光电晶体管每个约为0.30美元，因此对于5片式安装，您应该要考虑到2.25美元。同样请注意，这些价格报价是针对少量通孔零件：如果您购买卷轴或使用更便宜的SMD零件，则LED或光电晶体管的价格都不应超过0.10美元。

编辑

要决定发射器和检测器的各种可能配置，请在您要检查的每一对中绘制视线，如下所示：

左边的在中心位置更密集，而右边的在检查极端边缘时使用了大量视线。由于您使用的不是像光幕这样的安全关键型应用程序，因此您不能偶尔错过任何物体，并且您的物体应集中在中央（如果碰到物体，会产生错误的结果）两侧），我建议左边一个。

也就是说，两者都难以制造。我仍然建议使用矩形排列，如下所示：

该图描述了一个顶部主板，该主板包含一个微控制器和一个用于电源，地和检测到物体时发出的脉冲的连接器，子卡安装在直角连接器上。这将在发射器/检测器对之间创建32/5 = 6.4mm的间距，而无需检查对角线，将计数从5增加到6或8（这很容易），这将使您能够进行简单的线性扫描。

考虑到发射器和检测器的电路基本相同（并且密度低/复杂度低），您可以使这三块板在物理上完全相同，并以不同的方式填充它们以节省成本。对于母板，在板顶部使用SSOP或SOIC微控制器，将I / O的两端从侧面移至0.1“孔以形成直角接头。对于子卡，请放置一排发射器/检测器占用空间（它们的“可以很容易地找到机械上相同的封装，例如Kingbright APT2012F3C / AA3021P3S对）和底部的电阻器，然后将连接线引回到插头。原理图，或者您可能会幻想将板的一端连接到发射器，将另一端连接到检测器。

再一次，我强烈建议在此阶段认真考虑可制造性的设计！您不希望最终得到一堆无法可靠组装的组件，尤其是如所示的交货期长的情况下。尽早投入一点精力可以节省以后的大量精力。

编辑2：拟议设计的示意图

我在此设计中使用了ATtiny40，可以使用多种控制器。抱歉，外面的网眼一团糟，我正在尝试一个还没有公交车的整洁的新在线编辑器（单击图像以将其打开）。

最终可能更便宜和更简单的一种方法是使用激光。正如凯文所说，在矩形管中制造光幕比在圆形管中制造容易。通过在内部粘贴镜子或对其进行超亮抛光，使管子内部具有反射性。然后将激光对准管中的一个孔，以使其多次反射，然后再撞击光电晶体管。只要没有足够大的孔可以使球通过，就可以保证将其检测出来（圆形情况下弹跳的次数可能会比我画的要多）。

另一个更接近您现在正在使用的传感方法是反转事物。与其布置发光二极管而不是发光二极管发光二极管，而是用球将信号切掉，为什么不布置信号以便光电晶体管检测从球反射的光呢？

排列LED，使光电晶体管上没有光。使LED非常亮。当球经过LED时，球在照亮下明亮地发光，在光电晶体管处检测到一个小信号。

到目前为止，此主题中建议的大多数检测器似乎都在数字域中运行，要求子弹充分阻挡光束以触发数字输出。由于发射器和检测器可以布置成检测来自经过的子弹或其阴影的反射光的脉冲。我建议光电探测器在运行中应该是模拟的，在低于饱和水平下工作，并且交流耦合到OOK运算放大器探测器。

使用OOK检测器的优点是可以过滤背景噪声以为阈值检测器比较器提供偏置电平，从而使检测器对输入信号的微小变化非常敏感。高于背景水平的任何突然的轻度变化都会触发数字输出。通过仔细选择输入高通滤波器和偏置低通滤波器的时间常数，应该有可能针对与通过的弹丸相关的光变化的特征调整整体探测器的响应，从而滤除大部分背景噪声是由于环境光水平的缓慢变化所致。

因此，检测器的高增益可用于将光水平的微小变化转换为所需的数字脉冲。我建议构建这样一个系统的第一步是通过将交流耦合示波器连接到按照跟随器配置布线的光电晶体管进行实验，并研究发射LED和光电探测器在产生LED的管中的最佳位置布置。来自经过的子弹的反射或阴影的最大信号。

在不知道射弹和管内壁的红外反射率的情况下，不可能建议哪种布置将产生最佳效果。我怀疑最大的信噪比可能是通过检测经过的子弹的向后散射光来获得的，但是这要求电子管的反射率非常低，子弹的反射率必须很高。

我建议应该选择发射器和接收器都具有最大的视角，目的是在整个灯管上产生扇形光，以最大化检测面积。常识表明，射弹横截面与管子的横截面比率越大，阴影产生的信噪比越高。

灯管的功能是尽可能减少环境光对检测器的影响。如果来自红外发射器的光占优势，则应该可以调节红外发射器的输出，以将检测器偏置到其最敏感的线性工作区域，即检测器响应曲线上的最大斜率点。

通过用光电二极管（例如BPX65和高速OP-Amp）代替简单的光电晶体管，可以进一步提高检测器的速度，灵敏度和噪声抑制性能。有许多电路使用电压反馈来保持光电二极管两端的DC偏置电压恒定。由于不使用光电流为二极管的内部电容充电，因此提高了检测器速度。此类电路通常由业余无线电爱好者使用，他们正在通过低IF调制子载波使用LED光的小幅度调制来探索远距离，视线和光通信。在这种情况下，AM调制指数通常小于10％，通常小于5％。我怀疑这类似于可能通过的子弹产生的AM信号，

考虑检测器和发射器的最佳光学布置。我认为检测器和发射器的光应准直，以产生穿过电子管的平行光束。这可以通过将检测器和发射器放置在面向抛物面反射镜的相对焦点处来实现。这将导致红外光束的交叉光束和平行光束穿过灯管中心线。

由于将管成形为所需的抛物线轮廓是不切实际的，因此可产生这样的布置，将两个具有抛物线形反射器边缘轮廓的厚塑料片通过切入管壁的狭缝插入管的相对侧壁中。刀片的抛物线形边缘覆盖有Fablon镜面反射带。所需的抛物线轮廓可以通过在激光打印机纸上打印所需的曲线并将其转移到说半英寸厚的uPVC塑料片材上作为切割的模版标记来产生。仅通过使用管的圆形轮廓，这种理想的光学装置可以带来多少改进，这是实验或详细计算的主题。

也许有多个指向一个光电转换管的指示灯可以被检测到并减少了盲区。

是时候做一些实验了！另外，确保您始终处于最佳状态的卧推也许值得一看。

只是为了扩大答案。Windows Phone用户Wp7有一个应用程序。Wp 7.5，Wp7.8和Wp8。这个应用程序被称为CronoPhone（不是chrono，但没有“ h”），它是一个很棒的气枪应用程序，带有计算器和合成器。

但是它也有详细的指南，描述了如何制作正要使用的计时码表。此外，它还具有使用电话麦克风采样器从接收器中找到模拟峰值的软件...然后计算MpS的子弹。如果您想FPS使用应用程序中的计算器...

希望我能帮上忙。记住它叫CronoPhone（在Chrono中没有“ h”）...