Abtandsmesser (0 bis 2m)

Hallo,

ich bin momentan auf der Suche nach einer Möglichkeit unsere Luftkissenbahn in der Schule mit einem besseren Verfahren zur Geschwindigeitsmessung der Gleiter auszurüsten.
Momentan haben wir zwei Lichtschranken, mit denen man die Durchlaufzeit messen und daraus die Geschwindigkeit berechnen kann. Mein Wunsch wäre es aber die Geschwindigkeit kontinuierlich zu messen.
Meine erste Idee war ein Abstandsmesser an jedem Ende der Luftkissenbahn, aber leider scheint es die nicht im geeigneten Messbereich (0 bis 2m) zu geben.
Kann mir hier jemand einen Tip geben, was für einen Sensor ich einsetzen kann um die Geschwindigkeit von zwei Gleitern möglichst genau zu messen und am PC als Graph darzustellen.

Gruß
Michel H.

Meinst Du die Darstellung der Beschleunigung des/der Gleiter?
Bewegen sich die Gleiter gleichzeitig oder einzeln auf der Bahn?

Eine etwas detaillierte Beschreibung der Versuchsstrecke wäre hilfreich.

man könnte auch erst einmal die auflösung der messung mit den lichtschranken verbessern, indemman alle 10cm eine lichtschranke aufstellt... damit sollten sich schon recht genaue messwerte erzielen lassen...

bei einem einzigen sensor käme von der reichweite her zb ultraschall in betracht, wobei aber die geringe bündelung des messstrahls ein problem darstellen würde...

Bei der Bahn handelt es sich um eine gerade ca. 2m lange Strecke, auf der die Gleiter durch Luftdruck von unten schweben.
Auf so einer Bahn führt man zum einen Beschleunigungen mit konstanter Beschleunigung durch und zum anderen untersucht man Impuls- und Energieerhaltungsgesetze.

Mehr Lichtschranken wäre eine Möglichkeit, aber ich hatte gehofft die Geschwindigkeit direkter messen zu können. Bei Lichtschranken muss man immer noch zusätzlich eine Strecke messen, was eine recht fehlerbehaftete Messung darstellt, vor allem im Schulunterricht. Außerdem reizt es mich eine andere Lösung zu finden und zu realisieren.
An Ultraschall hab ich auch schon gedacht, aber da braucht man wohl einen relativ großen "Reflektor" auf dem Gleiter.
Wie genau lässt sich wohl die Geschwindigkeit mit einer senkrecht zur Laufrichtung angebrachten Webcam o.ä. und Computer bestimmen?

Gruß
Michel H.

Wenn es in einer Schiene läuft käme ja außer einer Cam auch schon eine Gabellichtschranke in Betracht (oder 2).
Einen regelmäßigen "Lochstreifen" müßte man dann auch noch finden. Aber es gibt da sicher eine Menge von strukturiertem Material mit einer ungeahnten präzision. (Lochprofile, Gitter...)
Manfred

Wie werden die Gleiter auf einer "geraden Strecke" beschleunigt? Falls der Antrieb über eine Zugmasse erfolgt, könnte man doch prima die Umlenkrolle als Signalgeber anzapfen.

Für konstante Beschleunigung wird die Bahn einfach schräg gestellt. Ansonsten werden die Gleiter angeschubst. Das mit der Rolle funktioniert also leider nicht.
Mit der Lichtschranke auf dem Gleiter ist wohl auch nicht machbar, weil dann zum einen das Kabel Probleme verursachen kann aber zum anderen wird der Gleiter dadurch zu schwer und gleitet nicht mehr.

Danke für eure Hilfe soweit
Michel H.

Eine andere Idee:
Einen Chip einer optischen Maus auf den Gleiter... damit dann die Geschwindigkeit messen.
Hier im Forum gibts jemanden, der hat mit sowas angeblich Geschwindigkeiten bis 200 km/h gemessen.

Probleme:
-evtl Ungenauigkeit der Maus
-Kabel am Gleiter

Vieleicht fällt mir noch was anderes ein...

eine möglichkeit wären noch infrarotsensoren vom typ SHARP GP2Y0A02YK
die messen zwischen 20 und 150cm entfernung. man müsste also je 20cm hinter den beiden enden der bahn eine sensor installieren, sodass sich die messbereiche ergänzen und die gesamte strecke abgedeckt wird.

Code:

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S1 --------------------------------------------

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Das mit der Maus hab ich auch schon gelesen. Da muss ich mich mal einlesen. Die Bahn ist zwar aus Metall, und wenn ich mich richtig erriner funktionieren die Sensoren nur mit nicht reflektierendem Untergrund, aber da kleb ich Notflalls einen Streifen Isolierband auf die Bahn.

Mit der CAM-Lösung wird´s schwierig (Strahlengang nicht parallel; Auflösung; Auswertung).

Ein weiterer Ansatz wäre evtl. die Nutzung des Dopplereffekts.

Das mit dem Dopplereffekt funktionert doch nur bei größeren Geschwindigkeiten, oder? Außerdem kann es nur bei einem Gleiter funktionieren, weil die Wellen sonst interferieren.

Doppler??? Wie laut ist denn das Teil?
Ich glaube für den Dopplereffekt ist die Strecke zu kurz.

Zitat:

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Zitat von mecs

Das mit dem Dopplereffekt funktionert doch nur bei größeren Geschwindigkeiten, oder?

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Nee, funktioniert auch bei relativ geringen Geschwindigkeiten, z.B. bei der Dopplersonografie.

Zitat:

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Zitat von mecs

Außerdem kann es nur bei einem Gleiter funktionieren, weil die Wellen sonst interferieren.

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Laufen die Gleiter gleichzeitig? Aber da es sich ja um eine gerade Strecke handelt ließen sich die Schallwellen bündeln und blieben somit klar unterscheidbar.


Gruß Herrma

Nachfrage:
Da Du die Mauslösung nicht aus Gewichtsgründen ausgeschlossen hast, gehe ich mal davon aus, dass die Papiergleiter eine gewisse Last transportieren können?!

Ja, die Gleiter laufen teilweise gleichzeitig: Es wird an jedem Ende der Bahn einer angestoßen und in der Mitte treffen sie aneinander, oder einer steht ruhig und der andere stößt ihn an.

fürn doppler sollte man natürlich eine schallquelle auf den gleiter bauen...
man könnte es ja mal relativ schnell ausprobieren: einen kleinen piezosummer auf den gleiter, und dann nen mikrofon plus frequenzzähler ans bahnende. und dann fahre lassen und schaun, ob die frequenzänderung deutlich wird... evtl mit der tonfrequenz variieren...

ein anderer ansatz wäre auch, dass der gleiter über ne reflexlichtschranke aus den löchern in der bahn impulse erzeugt und die dann über ne blitzende lampe nach oben sendet, wo die impulse mit nem fototransiistor aufgefangen und ausgewertet werden. für mehrere gleiter könne man zb verscheidene farben/wellenlängen nehmen und filter einsetzten...

Zitat:

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Mit der Lichtschranke auf dem Gleiter ist wohl auch nicht machbar, weil dann zum einen das Kabel Probleme verursachen kann aber zum anderen wird der Gleiter dadurch zu schwer und gleitet nicht mehr.

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Eine Gabellichtschranke wiegt nicht unbedingt mehr als ein bis zwei Gramm eher der Kondensator zur Energieversorgung.
Ein Kabel wird sicher nicht nötig sein, um ein Signal von Gleiter zur Messeinrichtung zu bringen.
Manfred

Die Gleiter sind nicht aus Papier, sondern Alu. Und so ein Maussensor kann ja nicht so schwer sein, wenn man ihn auf das wesentliche reduziert oder gleich eine Notebookmaus als Ausgangspunkt verwendet.

Beim Doppler seh ich das Problem, das die beiden Signale nicht klar voneinander getrennt werden können. Aber ich werde mich mal weiter schlau machen.

Zitat:

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Zitat von uwegw

.. und dann nen mikrofon plus frequenzzähler ans bahnende. und dann fahre lassen und schaun, ob die frequenzänderung deutlich wird... evtl mit der tonfrequenz variieren...

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Wozu Frequenzzähler? Wenn der/die Papiergleiter eine Schallquelle transportieren können, würde es genügen die Amplitudenhöhe als Maß für die aktuelle Entfernung auszuwerten.

Zur Unterscheidung würde ich zwei Piezos mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen als Schallgeber einsetzen und jeweils einen passenden Piezo als Schallwandler.

Hab´s gerade mal ausprobiert:
Piezosummer (3,5 KHz Sinus) als Schallgeber. Gleicher Piezo als Empfänger über einfache Verstärkung. Sieht auf dem Scope prima aus und selbst bei kleinen Variation des Abstandes ändert sich die Amplitudenhöhe deutlich.
Leider fehlt mir die Zeit für genaue Analysen, aber ich denke der Ansatz ist sehr vielversprechend.

Gruß Hrrma

Wie sieht es denn mit der gewünschten Genauigkeit der Messung aus?
Vieleicht könnte das Kriterium auch ein bisschen bei der Auswahl eines Messverfahrens helfen.
Manfred

Also ich würde mir eine Messung auf 1 mm/s genau wünschen. Wobei die Geschwindigkeit nicht über 1 m/s betragen dürfte.

das war der wunsch... und ne realistische schätzung, was mit vertretbarem aufwand möglich ist?

mit allen bisher diskutierten methoden dürfte man nicht über 1-5cm genauigkeit des ortes kommen... wenn man aber die geschwindigkeit in diesem intervall als konstant betrachtet, hängt die genauigkeit der geschwindigkeitsmessung nur noch von der zeitmessung ab... mit der absuluten genauigkeit ist es also ne ziemliche definitions/ansichtssache...

und man könnte ja zwischen den gemessenen punkten auch noch interpolieren, wenn man schon mal am PC ist...

Zitat:

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Zitat von Manf

Wenn es in einer Schiene läuft käme ja ... eine Gabellichtschranke in Betracht ... es gibt da sicher eine Menge von strukturiertem Material mit einer ungeahnten präzision. (Lochprofile, Gitter...)
Manfred

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Bei allen Verfahren wird etwas drahtlos übertragen, warum nicht die Signale einer Gabel- oder Reflexlichtschranke auf dem Gleiter, mir dem ein Raster abgetastet wird? Ein Raster von 1-5cm wäre dabei viel gröber als nötig.

Zitat:

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Zitat von Manf

Zitat:

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Zitat von Manf

Wenn es in einer Schiene läuft käme ja ... eine Gabellichtschranke in Betracht ... es gibt da sicher eine Menge von strukturiertem Material mit einer ungeahnten präzision. (Lochprofile, Gitter...)
Manfred

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Bei allen Verfahren wird etwas drahtlos übertragen, warum nicht die Signale einer Gabel- oder Reflexlichtschranke auf dem Gleiter, mir dem ein Raster abgetastet wird? Ein Raster von 1-5cm wäre dabei viel gröber als nötig.

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Sehe ich auch so. Ist einfach und exact - Thema durch!