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Yup. Die Physik läßt sich nicht besch....en. Formeln sind da glasklar und unmißverständlich.
Zum Arduino:
Ich sehe keinen Grund, warum man derartige Messungen NICHT mit einem Arduino machen könnte. Das Problem liegt hier beim Meßsensor. Nicht bei der verarbeitenden Einheit. Es ist aber durchaus möglich, daß ein 0815 Sensor nicht die benötigte Bandbreite bietet. Dann muß man sich einen bauen.
Gruß Play
Ich hatte damals einen alten Kopfhörerlautsprecher verwendet und über den Line-In eines PCs verwendet.
Eine Abtastrate von 48kHz stand zur Verfügung, normales PCM-Audio sollte 90db schaffen.
Da das ganze aber nicht kalibriert war, konnten natürlich keine realen Werte ermittelt werden.
Aber:
Nehmen wir die Werte aus der unteren Messung.
Der Einschlag des Kolbens beschleunigt das System innerhalb von 68
Mikrosekunden von Null auf Maximalausschlag, um es dann in 227
Mikrosekunden in Gegenrichtung zu beschleunigen.
Die erneute völlige Umkehr der Bewegungsrichtung des Systems erfolgt dann in 339 Mikrosekunden.
Ein LG (D35) schafft in einer Millisekunde etwa viermal soviele Beschleunigungswechsel wie ein scharfes Gewehr.
Und bei dem wirkt der einzig vorhandene Impuls auch nur in eine Richtung.
Auch wenn ich die Eigendämpfung der Lautsprechermembran nicht kenne, so kann man alleine aus den Werten schon ableiten, dass hier sehr hohe Kräfte walten.
Immerhin wird ein LG-System von ~3kg innerhalb von 1ms viermal vor und zurück bewegt.
Übrigens saß der "Sensor" auf dem Lauf, dessen Längenspiel in Verbindung mit der Laufdichtung dürfte sich sogar noch geringfügig dämpfend ausgewirkt haben.
Stefan
Sagen wir mal so: Die Energie hat mit dem Impuls so viel zu tun wie der Querschnitt mit dem Durchmesser eines (runden) Rohres.
Natürlich hängen sie direkt voneinander ab: Vergrößere ich das eine, vergrößert sich automatisch auch das andere.Der Zusammenhang ist nicht linear sondern quadratisch: Bei doppeltem Impuls bzw. Durchmesser erhält man die vierfache Energie bzw. Querschnitt.
Soweit zu den Unterschieden. Aber: Wenn wir ohne Verluste und alles rechnen und am Ende sowieso die Nullsumme rauskommen muss, ist es doch egal, ob man über die Energie oder den Impuls geht.
Sehr anschaulich dargestellt!
Entscheidend ist, dass die Messmethode geeignet ist. Und da bietet sich ein Pendel halt an.
Wenn bei jeder Messung dieselben Parameter zugrunde liegen (z.B. Länge des Pendels), muss man nicht mal rechnen, sondern könnte einfach nur den Ausschlag messen.
Für die Aussage, ob eine Waffe viel oder wenig bzw. mehr oder weniger Prellschlag als eine andere produziert, reicht das völlig aus.
Ein berechneter Wert des Impulses und/oder der Energie wäre ohnehin nur angenähert, da man kaum feststellen kann, wie viel davon durch Reibung, Dämpfung usw. auf der Strecke bleibt.
Zum Arduino:
Ich sehe keinen Grund, warum man derartige Messungen NICHT mit einem Arduino machen könnte. Das Problem liegt hier beim Meßsensor. Nicht bei der verarbeitenden Einheit. Es ist aber durchaus möglich, daß ein 0815 Sensor nicht die benötigte Bandbreite bietet. Dann muß man sich einen bauen.
Nun, betrachten wir doch mal die entsprechende Hardware des Arduino. Der dort eingesetzte AVR kann bei einer Auflösung von 10 Bit mit einer maximalen ADC Taktrate von 200 kHz arbeiten. Da für eine Wandlung genau 13 Taktzyklen notwendig sind, kommt man auf eine Abtastrate von 15.3 kHz. Das ist für die geforderte Abtastrate von 50 kHz ein Faktor 3.2 zu wenig. Außerdem reicht der Dynamikumfang nicht. 20*log(1024) = 60.2dB
Zur Messung mit einem (Kopfhörer)Lautsprecher als Sensor kann man sagen, dass zunächst durch das Messprinzip (Tauchspule) eine geschwindigkeitsproportionale Spannung – keine Beschleunigung gemessen wird. Da die Messfrequenz über der Resonanzfrequenz der Tauchspule liegen wird, ist der Frequenzgang für eine sinnvolle Messung nicht zu gebrauchen.
Meine Aussagen beruhen auf langjähriger Erfahrung der Schwingungs- und Stoßmessung an diversen technischen Gerätschaften (u.a. Bolzenschussgeräte, Trainingswaffen, …) Luftgewehre waren jedoch noch nicht dabei. Ich habe jedoch Zugang zu einem Haenel 49a und könnte mal versuchsweise meine Technik dafür einsetzen wenn es interessiert.
@Tarkus:
Ein Pendel, welches eine Strecke von Milimeterbruchteilen auflösen kann und dies dann auch noch innerhalb von weniger als einer Zehntelsekunde schafft?
Ok, nicht ganz unmöglich.
Aber mit welcher Art Sensor will man diese Bewegung erfassen?
Mit einer handelsüblichen Kamera kann man sich den Versuch wohl sparen.
Da ist ein hochauflösender Beschleunigungssensor mit weitem Messbereich die einfachere Lösung.
Die Rückwärtsbewegung des LGs während der langen Kolben-Anfangsbewegung ist hier übrigens nicht gemeint, sondern die kurzen Effekte an deren Ende.
Stefan
Zur Messung mit einem (Kopfhörer)Lautsprecher als Sensor kann man sagen, dass zunächst durch das Messprinzip (Tauchspule) eine geschwindigkeitsproportionale Spannung – keine Beschleunigung gemessen wird.
Da die Tauchspule dank der Aufhängung der LS-Membran aber gedämpft wird, kann sie nur Bewegungsänderungen anzeigen, was m.M.n. Bescheunigungen sind.
Stefan
Da ist ein hochauflösender Beschleunigungssensor mit weitem Messbereich die einfachere Lösung.
Wer selber mal möchte, den kann ich mit einem KD91 [1] leihweise versorgen. Ihr müßtet euch jedoch einen kleinen Ladungsverstärker dafür auf einem Steckbrett zusammenstricken.
[1]Datenblatt
Da die Tauchspule dank der Aufhängung der LS-Membran aber gedämpft wird, kann sie nur Bewegungsänderungen anzeigen, was m.M.n. Bescheunigungen sind.
Die Dämpfung beeinflusst das charakteristische Verhalten des Sensors nur bedingt. Weiterhin wirkt die Aufhängung mehr als Elastizität, weniger als Dämpfung. Bewegungsänderungen sind zunächst erstmal keine Beschleunigungen. Eine Bewegungsänderung ist eine Geschwindigkeit und eine Geschwindigkeitsänderung ist eine Beschleunigung. Das Geschwindigkeits-Spannungsverhalten einer Tauchspule basiert einfach auf der Lorentzkraft.
Na Ja ein geeichtes Erschütterungsmessgerät hätte ich auch noch im Büro ... damit messen wir Schwinggeschwindigkeiten bei z.B. Rammarbeiten an einzelnen Bauteilen wie Betondecken und/oder Fundamenten damit die Hütte nicht zusammenfällt wenn daneben eine Spundwand eingerammt wird ... aber da müsste ich auch erstmal Betriebshandbuch wälzen, welche Auflösung das Dingen hat ...
Eine Bewegungsänderung ist eine Geschwindigkeit
Ich meinte Geschwindigkeitsänderung!
Geschwindigkeit ist auch keine Bewegungsänderung, sondern eine Ortsveränderung (also Strecke) über Zeit.
Ob wir uns jetzt noch Gedanken um die Lorenzkraft machen sollten?
Ich glaube nein
Stefan
@ManEater:
Wie groß ist das Gerät bzw. welche Masse hat es?
Oder andersherum: Wie sehr verändert die zusätzliche Masse das Bewegungsverhalten des LGs?
Stefan
Feinmechaniker:
Dir ist aber klar, daß es div. Arduino-Hardware-Variationen gibt? Vom Nano bis zum Mega, ...
Arduino ist im Endeffekt nur die Programieroberfläche der verschiedenen Arduino-Boards. Von daher ist es kein Problem, die entsprechenden Spezifikationen zu erfüllen. Ausserdem hängt es vom Sensor ab, ob überhaupt der AD Eingang genutzt werden muß.
Gruß Play
@Tarkus:
Ein Pendel, welches eine Strecke von Milimeterbruchteilen auflösen kann und dies dann auch noch innerhalb von weniger als einer Zehntelsekunde schafft?.
Würde man die Waffe mit dem Kolben auf einen Tisch stellen und senkrecht nach oben schießen, dann würde sie durch den Prellschlag kurz abheben. Das werden wohl maximal nur ein paar Millimeter sein. In der Tat zu wenig und zu schnell, um mit bloßem Auge erfassbar zu sein.
Bei einem Pendel mit ausreichend langem Hebelarm dagegen beträgt die horizontale Auslenkung ein Vielfaches des Höhenunterschiedes und der Maximalwert dürfte recht gut erkennbar sein. Mit ausreichend lang meine ich zum Beispiel ein 1-2 Meter langes Seil, das an der Zimmerdecke befestigt wird.
Feinmechaniker:
Dir ist aber klar, daß es div. Arduino-Hardware-Variationen gibt? Vom Nano bis zum Mega, ...
Wenn du aufmerksam gelesen hättest, wäre dir nicht entgangen, dass ich von der Hardware eines Arduino gesprochen habe. Dabei sind die verwendeten AVR-Controller recht übersichtlich. Aber sei es wie es sei, schauen wir uns also die „Mega“Version an. Dort ist ein ATMega2560 verbaut. Die Auflösung auch wieder nur 10 Bit also 60.2dB und die Conversation Time 15kHz [1]. Du kannst es drehen wie du möchtest, der AVR schafft es einfach nicht.
Aber betrachten es wir mal mit gesundem Menschenverstand. Warum kosten eigentlich Schwingungsmesssysteme so viel mehr als ein Arduino Board? Warum ist in keinem einzigen Schwingungsmesssystem einer der vielen AVR-Controller verbaut? Warum hat sich noch keiner der unendlichen vielen Startups auf diese Marktlücke gestürzt? Warum sitzen erfahrene Hardwareentwickler Wochen und Monate an einem Hardwaredesign welches diese Anforderungen erfüllt?
[1] Datenblatt
Würde man die Waffe mit dem Kolben auf einen Tisch stellen und senkrecht nach oben schießen, dann würde sie durch den Prellschlag kurz abheben. Das werden wohl maximal nur ein paar Millimeter sein. In der Tat zu wenig und zu schnell, um mit bloßem Auge erfassbar zu sein.
Bei einem Pendel mit ausreichend langem Hebelarm dagegen beträgt die horizontale Auslenkung ein Vielfaches des Höhenunterschiedes und der Maximalwert dürfte recht gut erkennbar sein. Mit ausreichend lang meine ich zum Beispiel ein 1-2 Meter langes Seil, das an der Zimmerdecke befestigt wird.
Es geht auch Einfacher. Denk an das Kugelstosspendel. Mit dem Rückstossimpuls kannst Du auch nur eine für dich genormte Masse (Kugel) in Bewegung setzen und deren Ausschlag messen; einmal am Kolben, einmal an der Mündung. Dann hast Du beides.
OTTD:
Kugelstoß ist auch keine schlechte Idee. Allerdings wird man da evtl. keinen "sauberen" Impuls erhalten. Denn ich vermute, die Waffe wird nicht vollständig gestoppt, also nur ein Teil ihres Impulses an die Kugel weitergegeben.
Schwierig würde es auch, die Kugel zu platzieren, die den Prellschlag aufnimmt. Einfach vorne vor den Lauf hängen geht nicht, weil ja dort das Projektil austritt.
Ohne Projektil zu schießen wäre unrealistisch, da der Prellschlag dann weniger gedämpft wäre.
@ManEater:
Wie groß ist das Gerät bzw. welche Masse hat es?
Oder andersherum: Wie sehr verändert die zusätzliche Masse das Bewegungsverhalten des LGs?
Stefan
Der Sensor wiegt mit dem Gehäuse in dem er drin ist 150 gramm so 100/100/75 mm ... ist aber dazu da über die erfahrene Beschleunigung Schwinggeschwindigkeiten so im Bereich 5-50 mm/s bei 0-150 Hz zu protokollieren ... da liegen die nach DIN 4150 zur Beurteilung von möglichen Bauschäden durch Erschütterungen ...
OTTD:
Kugelstoß ist auch keine schlechte Idee. Allerdings wird man da evtl. keinen "sauberen" Impuls erhalten. Denn ich vermute, die Waffe wird nicht vollständig gestoppt, also nur ein Teil ihres Impulses an die Kugel weitergegeben.
Schwierig würde es auch, die Kugel zu platzieren, die den Prellschlag aufnimmt. Einfach vorne vor den Lauf hängen geht nicht, weil ja dort das Projektil austritt.
Ohne Projektil zu schießen wäre unrealistisch, da der Prellschlag dann weniger gedämpft wäre.
Es musst ja nicht direkt vor der Mündung messen. Das Pendel kann auch mit einem am Gewehr befestigten, achsparallelen Impulsgeber beschleunigt werden. Das geht sowohl vorwärts als auch rückwärts, mit Geschoss und ohne. Was aber dabei rauskommen wird ist
Geschossimpuls = Waffenimpuls <= 7.5J. Im Prinzip lässt es sich über die Geschossgeschwindigkeit zurückrechnen. Was wahrscheinlich aus dem Pendelversuch rauskommen wird sind die Proportionalitäten zwischen vorlaufedem Verschluss und rücklaufendem System. Im Prinzip wäre das über Geschwindigkeiten messbar auch mit einem Chrony messbar, wenn es möglich ist, die massgeblichen, beweglichen Teile mit einem Pantographen zu verbinden der über die „Lichtschranken“ zieht.
Bei den Ergebnissen kommt es halt sehr drauf an was welchen Anspruch die Untersuchungen haben sollen. Für die wissenschaftliche Ermittlung von absoluten Werten sind solche Versuche ungeeignet. Dafür gibt es zu viele systematische Fehlerquellen. Wenn aber die statistischen Ergebnisse aus mehreren empirischen Versuche mit demselben Gewehr einigermassen Sinn ergeben, dann wäre der Vergleich mit einem ähnliche Prüfkörper (anderes Gewehr oder Pistole) möglich.
Geschossimpuls = Waffenimpuls <= 7.5J.
Leider nein.
Die Rückstoßkraft des Dias ist bei einem Preller die absolut kleinste Einflussgröße auf die Systembewegung (außer vielleicht bei 100% perfekt wirkenden Doppelkolbensystemen von Diana).
Zudem kann auch die schussbeeinflussende Rückwärtsbewegung des LGs vom Schützen entkoppelt sein und damit ihre Beeinflussung weitgehend verlieren, während die mechanische Belastung durch das Anschlagen des Kolbens vorne unverändert bleibt (vgl. FWB150/300).
Deswegen ja auch mein sehr früher Post, welcher Bereich der System- bzw. Waffenbewegung eigentlich gesucht wird und warum?
Stefan
Feinmechaniker:
Natürlich ist es möglich ein solches Meßsystem mit einem Microcontroller zu bauen. Du behaarst z.B. darauf, den AD Eingang des AVR zu nutzen, um dieses als Ausschluß-Kriterium zu benutzen. Änlich könnte man argumentieren daß ein Mensch sich nur langsam fortbewegen kann (wenn Er sich im Handstand fortbewegt). Jedem sollte klar sein, daß man auch laufen kann.
Der Piccolo z.B. hat bessere AD Wandler.
http://www.ti.com/corp/docs/landing/f280xx-piccolo/index.htm
Hat 13 A/D Kanaele mit 12-bit Aufloesung und 4.6 MSps Abtastrate.
Oder man nutzt die digitalen Eingänge und klemmt einen AD davor. Wie schon geschrieben, kann man auch einen Beschleunigungssensor mit DIGITALEM Ausgang nutzen. Das hast Du einfach ignoriert oder überlesen, da es nicht in deine Argumentation paßte 
Es ist daher mit Leichtigkeit möglich, daß zu realisieren. Von daher ist deine Aussage, es würde nicht gehen falsch. Auch mit einem Arduino ist das möglich! Und 8-10bit Auflösung sollten auch für eine recht exakte Einschätzung reichen.
Zum Pendeln und Impuls:
Funktioniert Beides nicht. Der Impuls (Weitergabe an z.B. eine Kugel bringt nichts, da hier nur eine Momentaufnahme der Energie im System abgebildet wird. Man benötigt aber einen zeitlichen Ablauf und mehrere, kontinuierliche Meßungen. Ähnlich wie bei der Meßung eines Erdbebens. Da nutzt es auch nichts, nur einen Schwingungspuls zu messen. Ganz zu schweigen davon, daß dieses dann auch der Richtige / Stärkste, ... wäre. Z.B. schwingt die Feder nach, ...
Hier gehe ich mit Feinmechaniker konform. Man muß die Bewegung z.B. Beschleunigungssensor und Slowmo-Kamera messen.
Gruß Play
