MagnetoSpeed mod ghetto

[fugazi]

https://sv.wikipedia.org/wiki/Induktor
https://sv.wikipedia.org/wiki/EMK
Ta en funderare på vad som händer när kulan passerat.

[lasse-a]

Öh, du får nog ta bladet från munnen lite mer. Menar du det att man också skulle kunna påverka kulbanan? Det har MagnetoSpeed-folket tyvärr redan patent på, så du kan inte tjäna miljoner på att bygga en "aim bot" för älgbanan...

[lasse-a]

Som sagt, ett intressant fenomen.

Hur stämmer hastigheten om vi säger att den stigande nollgenomgången är inpassage över sensorn och den fallande är utpassage?

Tja, jag har inte kronograferat 22LR ur min CZ455, eftersom jag inte byggt kronografen än... (Nej, jag har bara inte orkat). Men nätet säger ca 320 m/s. Jag hittar inte heller några data på hur lång en vanlig 22LR är heller. (Det verkar enligt rapport vara svårt att mäta eftersom kulan deformeras när man drar ur den).

Men magneten är 30x20mm (knappt). Det ger en passagetid på 93us och 63us respektive. Det ser ju mycket bra ut jämfört med mätningarna. På "dubbeltop"-bilden så ser det ju ut som 120us eller så mellan de negativa bottnarna vilket ju är nära. (Spolen är ju större och magnetfältet sträcker sig utanför spolen). På tvären så har vi 85us eller så, vilket inte är helt galet heller.

Men mer data och analys kommer. Nu måste jag bygga mig en jigg så jag kan mäta "på riktigt" och jämföra med optisk kronograf.

[Fält]

63uS är väldigt nära tiden mellan nollgenomgångarna så jag tror att kulans längd är ganska oviktig. Men så länge spolens kärna är längre än kulan så kommer vi däremot att ha underliga vågformer som den här.

[lasse-a]

63uS är väldigt nära tiden mellan nollgenomgångarna så jag tror att kulans längd är ganska oviktig. Men så länge spolens kärna är längre än kulan så kommer vi däremot att ha underliga vågformer som den här.

Ja, det var det jag menade. Jag använder ju ganska mycket större magneter än MagnetoSpeed gör så det är ett stalltips att .22LR-kulan är i samma härad, dvs mindre än magneten. Det hade bara varit intressant att se hur mycket. (Kan man säkert räkna på eftersom vi har två fall, men jag orkar inte).

Skall bli intressant att se hur det blir med den större studsarkulan.

[fugazi]

Öh, du får nog ta bladet från munnen lite mer. Menar du det att man också skulle kunna påverka kulbanan? Det har MagnetoSpeed-folket tyvärr redan patent på, så du kan inte tjäna miljoner på att bygga en "aim bot" för älgbanan...

Nej nej, inte påverka kulbanan. Eller det kanske den gör? Har inte tänkt på det...

När man för en elektrisk ledare över eller genom en spole, med eller utan kärna, får man en EMK. Alltså en ström som induceras i spolen.
När man kommit "förbi" spolen bildas en "mot-EMK", det är den som syns som en spik i motsatt polaritet på skåpet.
Den spiken borde kunna tas bort med en diod (släckdiod), om det är önskvärt?

Intressant projekt!

[Fält]

Jag tror inte att det är det vi ser här, men applikationen med en jättestor kärna i spolen är något som är lite främmande för mig.

Det kan vara fel att jag drog paralleller till hur föremål som är mycket långa i förhållande till avkännarens magnetfält får signalen att se ut. Det blir då en positiv halvvåg när föremålet passerar in i magnetfältet. Sedan blir det en liten undersläng, som ju är just vad vi talar om. När föremålet en tid senare passerar ut ur magnetfältet så blir det en negativ halvvåg, med efterföljande svaga översläng.

Efter att ha tittat lite på hur noderna i magnetfält ser ut så undrar jag om polariteten trots allt inte är rätt i mätningarna och att det finns en nod i magnetfältet med omvänd polaritet som kulan passerar in i först.

Det KAN bli så att jag hinner kludda ihop den lilla förstärkaren idag så att det går att mäta på Magnetospeed kronografen. Jag måste ändå reparera lite elektronik idag.

[lasse-a]

Det vore spännande att se. Och ja, vi får inte kurvor som stämmer bra överens med teorin. Men jag har inte orkat gräva i det, min el-fält ligger för långt bak i tiden.

Men du har inget oscilloskop? Det skulle inte behövas någon signalförstärkare egentligen. De måste lämna några millivolt ut iaf om man kan skjuta något över dem. Med koppar-rör så får jag ingen signal med den här, sämre, spolen.

[lasse-a]

Den spiken borde kunna tas bort med en diod (släckdiod), om det är önskvärt?

Intressant projekt!

Tack! Ja, en diod ligger ju nära till hands, men det skulle antagligen inte fungera något vidare här eftersom vi inte har tillräcklig signalspänning. En diod har ju trots allt ett framspänningsfall på (åtminstone) några tiondels volt, så om man sätter den i serie så blockerar den iofs, men man får ingen signal kvar, och om man sätter den för att shunta bort spänningen så händer ingenting, eftersom man inte når över framspänningsfallet så den kommer aldrig att leda.

Men nu behövs det mycket riktigt inte här ändå. Det klarar trigg-kretsen ändå.

[fugazi]

Schotky (eller hur f-n det stavas) paralellt!

[lasse-a]

Schotky (eller hur f-n det stavas) paralellt!

Nästan rätt! Hade träffat med hagelbössan!

En Schottky-diod är bättre än en vanlig kiseldiod, men även de bästa har ett framspänningsfall på 150mV. Och även det är mer än undersvingen. Så den skulle inte göra så mycket den heller.

[Fält]

Det gick att få signal ur magnetospeed givarna utan förstärkning när det var rätt fart på föremålet.

Första bilden visar när jag drar en skruvmejsel snabbt över båda givarna för att vara säker på polariteten. Givarna har negativ polaritet och signalen ser ut precis som jag förväntar mig. De har olika amplitud då hastigheten skiljer på grund av olika accelerationssträcka när jag viftar förbi med skruvmejseln.
25485


Mätningen med SK Pistol match Spezial ur quadden gav däremot mindre roliga signaler. Särskilt att signalen svänger positivt först. Så det är lite andra saker som händer jämfört med vad jag hade förväntat mig.
25486

Avståndet mellan givarna är ca 127mm, vilket råkar vara 5".

[Fält]

För skruvmeseln så är nollgenomgången rätt ställe att mäta. Det ser ut att vara 33ms mellan nollgenomgångarna. 0.127m/0.033s=3.84m/s.

Provskjutningen med 22an ser ut att ha ca 390uS mellan nollgenomgångarna (om det nu är där man skall mäta på den signalen). 0.127/0.000390=326m/s.

De ganska olika vågformerna får mig att vilja jämföra signalen från en 39B och en vanlig 9mm kula. Men jag har inget vapen som jag kan tänka mig att skjuta en Bertil genom och som även går att fästa en Magnetospeed på.

[JohanL73]

Kan det vara därför patentet är satt att mäta i bakkant?
För att mäta när signalen når nollnivå igen?
(Eller ett visst tröskelvärde)

[lasse-a]

Mätningen med SK Pistol match Spezial ur quadden gav däremot mindre roliga signaler. Särskilt att signalen svänger positivt först. Så det är lite andra saker som händer jämfört med vad jag hade förväntat mig.
25486

De ser ju ganska exakt ut som mina, sett till vågformen då. Men pga geometrin så har du skarpare top, vilket är rimligt. Och också lägre signalnivå, antagligen återigen pga mindre magneter (och mindre antal varv, originalsensorn har 16 varv, jag använde ~30 varv).

[Fält]

Det är värt att nämna att de här signalerna är för svaga för att Magnetospeed Sportern själv skall detektera dem med känsligheten satt till Hi 1. Jag provade inte att ställa om känsligheten då jag hade glömt hur man gör och då det inte var det som var det viktiga.

Signalerna är mycket lika när man tar hänsyn till att våra givare har olika polaritet.

Det normala sättet att avkoda en signal av den här typen är att man ett tröskelvärde som armerar triggern och triggar sedan på första nollgenomgången efter det.

För lite starkare signaler så finns det en hel del special IC som gör just det. Min favorit är LM1815, men den svaga signalen gör det lite svårare och de adaptiva funktionerna i specialkretsarna gör ändå inte det vi vill, så de avancerade funktionerna skulle vi ändå inte använt.

Det billigare sättet är att sätta ett tröskelvärde som har lite hysteres, resultatet blir mycket likt. Det är också ganska enkelt att skapa ett adaptivt tröskelvärde så att man kan ha tröskelvärdet så lågt som möjligt i förhållande till bakgrundsbruset.

Med en väl vald microprocessor med snabb ADC så skall det nog gå att lösa detektionen i mjukvara också. Men det är lite at uppfinna hjulet på nytt, även om det ger vissa fördelar.

[lasse-a]

Det normala sättet att avkoda en signal av den här typen är att man ett tröskelvärde som armerar triggern och triggar sedan på första nollgenomgången efter det.

Ja, det är ett av standardförfarandena.

För lite starkare signaler så finns det en hel del special IC som gör just det. Min favorit är LM1815, men den svaga signalen gör det lite svårare och de adaptiva funktionerna i specialkretsarna gör ändå inte det vi vill, så de avancerade funktionerna skulle vi ändå inte använt.

Nej, den har jag också liggande (på jobbet). Men det här är ju ändå ett relativt enkelt problem, så man behöver den inte. Några op-ampar (Ja, ja, jag skall köpa riktiga komparatorer; vi använde dem inte på min tid... Ja, jag är såå gammal ) och lite lös logik så är det kirrat på ett nafs.

Med en väl vald microprocessor med snabb ADC så skall det nog gå att lösa detektionen i mjukvara också. Men det är lite at uppfinna hjulet på nytt, även om det ger vissa fördelar.

Det var originalplanen. Men då vill man ju göra hela signalbehandligen digitalt och då faller det på att de billiga, snabba uC som finns tillgängliga (exv. ett BluePill) samplar tillräckligt snabbt, men de har inte tillräckligt med minne för att buffra signalerna från båda givarna. Så då får man ändå starta räknare mha extern logik till någon interrupt-ingång (sampla samt samtidigt detektera i mjukvara är vanskligt). Har man gjort det så kan man lika gärna sätta dit en räknare och kristall och bara läsa det färdiga värdet med sin mikrokontroller och bara göra gränssnittet med den.

Men det får bli en senare fråga; först fäste. Nej, först bli av med förkylningen som golvat mig, sedan fäste.

[lasse-a]

Nu börjar det likna något! Gjorde mig ett fäste i form av skena med plats för magneter och lindningar. Köpte en aluminium-vinkel (50:-) och limmade ett 8mm mässingsrör (något tillplattat i botten på V-et där ljuddämparen ligger emot så att sidorna inte pressas ut när jag klämmer åt skenan mot ljuddämparen. 3D-skrev ut hållare samt klossar dessa kunde fixeras mot. Klossarna har faktiskt ett semi-cirkulärt uttag i botten för krutgaser (vet inte om det gör varken till eller från, men det kostar inget extra att skriva ut). Dessa skruvades fast i skenan.

Så till banan. Först skjutprov utan magneter eller lindningar för att se att allt går klart och kulan inte tar i.

magnetospeed.jpg

Skenan surras på ljuddämparen med en bit av gammal handske emellan för att inte skada dämparen. (Har dessutom mirageskyddet kvar).

Provskjutning gick utan anmärkning (hade en ansiktssköld plus glasögon), så jag lindade, stoppade i magneterna, kopplade in oscilloskopet och sköt. Totalt fyra skott, 2st 55gr GGG .223 Remington, samt 2st 69gr SMK GGG. (Nej, jag vilade inte dämparen mot bänken när jag sköt).

uppställning-magnetospeed.jpg

Här är vågformerna från ett av SMK skotten (med och utan markörer för att se tidsdiffen). Notera att det blir mycket snyggare vågformer med större snabbare kula än i .22LR-fallet:

utan-cursor.jpg

med-cursor.jpg

Avståndet mellan magneterna är 311.75mm (stållinjal med 1/2mm skala). Och det ger följande hastigheter för kulorna

955 m/s samt 950 m/s för 55 gr. 867 m/s samt 852 m/s för SMK.

Enligt asken så skall V0 för SMK:n vara 900 m/s, men jag har bara 20" pipa, så det kan stämma bra med 850 m/s?

Är i vilket fall mycket nöjd. Alla fingrar och ögon i behåll och fungerade utmärkt på första försöket! Fick fina vågformer på samtliga skott och behövde inte ens ändra polaritet på något. Hur stor är den chansen! Enda var att man inte får bonka i skenan i något. Med aluminium och stora magneter (som inte är fastlimmade) så får man "microphonics" av avsevärda mått, dvs vibrationer genererar avsevärda signaler som leder till falsktriggningar.

Så nu är det bara att bygga lite elektronik, stoppa i en låda och så är det klart! Jag har nog bestämt mig för att göra det enkelt för mig. Det blir två komparatorer som triggar på den positiva flanken, och så räknar jag med en vanlig Arduino. Med 16 MHz klockfrekvens (kristall-oscillator) så blir noggrannheten nog tillräcklig (skall räkna på det) trots osäkerhet i fördröjningen av interrupt. (Det visar sig att Arduinon har räknarinterrupt, som man inte gör reklam för, med 16-bitars register, så det kommer att fungera utmärkt utan extra mjukvara. Eftersom jag ändå behöver en uC för skärm osv. så kan jag lika gärna använda den. (Jag satt och skissade/kopplade på top detektor med analog op-amp-baserad differentiator osv. men jag ledsnade. Blir för mycket skrik för för lite ull i första vändan tror jag).

Arduinon har tom en inbyggd komparator som kunde använts, men tyvärr bara en, och jag behöver två, så det blir externa. Arduinon har fö EEPROM som fungerar för att lagra värdena (samt ev. kalibreringsvärden) så kan de exporteras via USB eller dylikt när man är hemma.

Så, själva sensormodulen behöver snyggas till lite; löda på en kabel som slutar i en 3.5mm stereo-hane (som originalet), lite epoxy på lindningarna (eller kanske en 3D-utskriven huv) för skydd så får det vara klart. Den första lindningen är markant svart av sot. Men efter det elektronik och så blir det test med 223 och 308.

[Fält]

Det räcker nog fint att bara lagra timer värdet från en timer interrupt så länge som processorn inte har för mycket att göra, men det normala sättet är att använda en input capture istället för en vanlig interrupt, skillnaden blir att tiden från TCNTn lagras automatiskt i ICRn, sedan sker interrupten. Det beskrivs i "Input capture unit" delen av databladet, därefter får man räkna ut hur man sätter registren i Arduinon, men databladet är en bra början. Man behöver också hålla koll på timer overflow, för även med prescalern satt till /8 så tar det bara några hundradels sekunder att räkna till 65535.

Det räcker nog bra att sätta timer prescalern till /8 för att få en timer upplösning på 0.5 eller 1uS beroende på klockfrekvens. Nu kanske det finns olika typer av prescalers i de olika ATMega modellerna. Men /8,/64,/256 och /1024 är de jag har att välja på i ATMega32u4.

För åtta-tio år sedan så hade jag ganska bra koll på hur AVR timers fungerade, tyvärr märker jag att detaljerna är ordentligt bortspolade sedan dess. Men att ha kunnat något underlättar ju. Så dra ett PM med telefonnummer om du vill samarbeta lite.

[Fält]

Då det är en så kort tid som går mellan de två pulserna och då antalet input capture enheter är lite för lågt på många AVR kretsar så tycker jag att det kan vara aktuellt att fulkoda med en busy loop i input capture interruptsubrutinen.

Jag kunde inte låta bli att börja göra lite anteckningar, som vanligt för mig så tar det formen av blandning av pseudokod, text och kodsnuttar. Så är det när man egentligen inte kan men är för envis för att ge sig.

Kod: Markera allt

volatile uint16_t Capt1, Capt2; //variablerna som används inne i interrupten skall deklareras som volatile.

//Så pseudokoden för input capture subrutinen kan se ut så här:

ISR(TIMER1_CAPT_vect)
{
nointerrupts();  //Stäng av alla interrupts
capt1=ICR1; //Spara värdet i input capture registret.

TCNT1=TCNT1-capt1; //Nollställ timern så att vi räknar tiden från när kulan triggade första sensorn och så att vi slipper timer overflow innan kulan passerar nästa sensor.
capt1=0;
capt2=0;

while (!sensor2 AND TCNT<65000) // Vänta på att kulan skall passera eller ge upp när timern börjar närma sig maxvärde efter 3-6 hundradels sekunder.
{
Kontrollera så att vi inte får ett nytt input capture värde på första sensorn igen, det kan då vara att antingen den är en falsktrigger eller så var den första signalen en falsktrigger. Det blir ingen interrupt men timern sköter sig helt själv och registrerar nya värden om det triggar.
}

capt2=TCNT1; //Spara TCNT1 från när kulan passerar andra sensorn. Det här är tillgängligt i programmets main.
interrupts() //Slå på interrupts igen.
}