Sensor

Dem Aufbau des Sensors liegen zwei Infrarot-Lichtschranken zugrunde, die im Abstand von 0.5 m angeordnet sind.
Eine Lichtschranke besteht jeweils aus einem gegenüberliegenden Infrarot-Sender-/Empfänger. Der Abstand zwischen Sender und Empfänger beträgt 0.22 m.
Hieraus ergibt sich ein Schusskanal von 0.20 m Breite und 0.10 m Höhe.

Der IR-Sender wird durch eine 5V stabilisierte Spannungsquelle eingespeist und als Dauerstrahler betrieben, um eine größtmögliche Erfassungssicherheit zu gewährleisten.
Aufgebaut ist der Sender aus drei Vorwiderständen (20 /1W) und sechs IR-Sende-Dioden (LD 274).
Hierbei bilden jeweils zwei IR-Sende-Dioden und ein Vorwiderstand einen Strang. Die drei Stränge sind parallel geschaltet. Durch diese Schaltungsvariante läßt sich eine 50%ige Stromreduzierung gegenüber einer Schaltung, bei der jede IR-Sendediode separat eingespeißt werden würde, realisieren. Außerdem würden sich Helligkeitsunterschiede zwischen einzelnen IR-Sendedioden stärker bemerkbar machen. Drei Vorwiderstände wurden gewählt, um die Verlustleistung, die in jedem Widerstand umgesetzt wird, auf ein Drittel zu reduzieren.

Der IR-Empfänger besteht aus 15 Silizium-IR-Dioden (SFH 205), einem Transistor (BC 547), einem Operationsverstärker (OP-Amp LF 356), einem CMOS 4013 (Zwei D-Flipflops), Widerstände und zwei Kondensatoren (Elko 10 F/35V und Keramik 100nF/50V).
Als Lichtsensor werden die in Reihe geschalteten Silizium-IR-Dioden verwendet, die in Sperrichtung betrieben werden. Der Fotostrom dieser Silizium-IR-Dioden ist proportional zur einfallenden Bestrahlungsstärke.
Der sich eingestellte Kollektorstrom wird durch die Widerstände R5 bis R7 in eine Sensorspannung umgewandelt.
Der Transistor T1 wird in Emitterschaltung betrieben. Der Kollektorstrom wird über R1 eingestellt. Mit R7 wird die Empfindlichkeit (Verstärkung) bestimmt und das Sensorsignal 180°-phasenverschoben ausgekoppelt.
Die über den Schleifer von R7 anliegende Sensorspannung gelangt auf den invertierenden sowie auf den nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers. Dieser verstärkt aufgrund der Eingangsbeschaltung Gegentaktsignale, jedoch aber nicht Gleichtaktsignale.
Im stationären Zustand, bei dem zu beiden Eingängen das selbe Signal anliegt, liegt der Ausgang des Differenzverstärkers auf Massepotential.
Befindet sich nun ein Geschoss zwischen Sender und Empfänger der Lichtschranke, wird auf bestimmte Lichtsensoren ein Schatten projiziert. so dass sich der helligkeitsproportionale Fotostrom verringert. Dadurch wird die Kollektor-Emitterstrecke hochohmiger, wodurch der Spannungspegel am Schleifer R7 ansteigt.
Das Sensorsignal liegt sofort am nicht invertierenden Eingang an, während es am invertierenden Eingang durch den Widerstand R3 und dem Kondensator CE1 zeitverzögert auftritt. Aufgrund dieser Verzögerung ergibt sich eine Abweichung, die als Gegentaktsteuerung dient. Die Verstärkung ist dabei maximal, da keine Rückkopplung vorliegt.
Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers liegt jetzt nahezu auf +5V, was das nachgeschaltete D-Flipflop, das als einfaches RS-Flipflop eingesetzt ist, setzt.
Nach Ablauf der durch die Werte von R3 und CE1 bestimmten Verzögerungszeit liegen an dem nicht invertierten und invertierten Eingang gleiche Spannungspegel an. Hierdurch wird der Ausgang des Differenzverstärkers wieder auf Massepotential gelegt.
Erreicht nun das Geschoss die zweite Lichtschranke wiederholen sich die bereits beschriebenen Vorgänge mit dem Unterschied, dass das RS-Flipflop jetzt wieder zurückgesetzt wird.
Dieses Zeitfenster ("Tor") bildet für den nachgeschalteten Microcontroller die Grundlage zur Geschwindigkeitsberechnung.