Planuję zbudować cel do strzelania laserowego. Coś takiego:

Na dłuższą metę chcę zbudować coś zaawansowanego, na przykład cel profesjonalnej klasy, w którym użytkownik może dokładnie określić, gdzie był strzał, ale na razie byłbym zadowolony z podstawowego, takiego jak na zdjęciu.

Zasadniczo za każdym razem, gdy strzał laserowy uderza w czarny obszar, liczy się jako strzał w środku. Po prostu nie jestem pewien, jak to zrobić, ponieważ nie chcę, aby łatwo pomyliło zdjęcie ze zwykłym światłem, a jeśli to możliwe, chciałbym zastosować efekty uboczne optyki, aby uniknąć strzelania krzyżowego (za każdym razem, gdy ktoś strzela do kogoś innego cel, gdy jest z nim niezgodny).

Na początek należy znajdować się w odległości 10 metrów od celu laserowego, z co najwyżej różnicą metra. Cele są trzymane na wysokości półtora metra. Laser pistoletu, zgodnie z przepisami, ma szczyt ~ 3 mW podczas 15-20 ms aktywności. Czarny obszar ma około 7 cm średnicy.

Nie znam oficjalnych specyfikacji celu laserowego pod względem światła, ale znalazłem markę ze specyfikacjami jednego celu (koniec strony). Mówi „Odporność na słońce: 70k luksów”. Czy to oznacza, że ​​jest w stanie odróżnić strzał laserowy od światła otoczenia przy świetle do 70k luksów? Jaki jest prosty sposób zrozumienia ilości światła, które reprezentuje?

Do tej pory moim pomysłem było posiadanie światłoczułego tranzystora na płytce drukowanej przykręconej z tyłu celu. Z przodu aluminiowa blacha z kółkiem na środku i z tyłu wędzona blacha akrylowa (do wypełnienia koła). I albo soczewka Fresnela albo dwuwypukła tuż obok akrylu.

Zarówno dwuwypukła soczewka, jak i akryl skupiają światło przednie do punktu (punkt, w którym znajduje się tranzystor foto), dzięki czemu plama staje się głównie światłem pochodzącym dokładnie z przodu celu i staje się w pewnym stopniu odporna na większość światła otoczenia (ponieważ załamie się do punktów wokół tranzystora).

Dotychczasowe problemy to:

• Który (fresnel / dwuwypukły) ma najkrótszy punkt zbieżności światła?
  (Wolałbym, żeby cel był jak najmniejszy)
• Jeśli ktoś strzela do krawędzi ważnego obszaru, nie jest to zwykły strzał. Zakładając, że jeden jest idealnie ustawiony w linii z celem, a broń znajduje się na swojej wysokości, byłoby już nacięciem ~ 90,2 °. Będąc trochę niewspółosiowym (pół metra) i będąc pół metra niżej od celu podczas strzelania do środka, oznaczałoby to nacięcie ~ 90,4 °. Niewłaściwe wyrównanie i wystrzelenie krawędzi przeciwnej do kierunku niewspółosiowości byłoby jeszcze bardziej pochylonym strzałem. Czy to niewielkie nachylenie wystarcza, aby obiektyw skupił się na tranzystorze? Wydaje się, że to naprawdę niewielkie odchylenie.
• Czy warto dostać arkusz czerwonego celofanu między akrylem a tranzystorem? Odfiltrowałoby światło inne niż czerwone, prawda?
• Aby uniknąć liczenia włączających się świateł lub przechodzącej chmury jako prawidłowych ujęć, czy mogę policzyć 30 ms od momentu wystąpienia szczytu światła i sprawdzić, czy zniknął?

Zasadniczo więc główne pytanie brzmi:

Czy któraś z tych dwóch soczewek rozwiązałaby mój problem, skupiając światło pochodzące z jednego kierunku w jednym punkcie? Czy byłoby to praktyczne? Czy są lepsze alternatywy (takie jak pozostawienie tranzystora w spokoju bez ustawiania ostrości; zwierciadła itp.)?

EDYCJA: Floris chyba chyba miał rację. Sygnał wydaje się być modulowany. Udało mi się rzucić okiem na specyfikację jednego z pistoletów: te wykresy oznaczają, że przy sygnale UIPM 2014 pulsuje 10 razy w 15,6 milisekundach? Czy mój cel powinien rozpoznać te impulsy? Kupiłem moduł czujnika światła BH1750FVI. Czy tego rodzaju czujniki rozpoznają różnice światła w ułamkach milisekund? EDIT2: Znaleziono oficjalne przepisy:

Wraz z tym, na co już udzielono odpowiedzi, powinno wystarczyć, aby pomóc każdemu, kto ma to samo pytanie.

Krótko:

Sposobem na odróżnienie sygnału od innych (i przy okazji uzyskanie ogromnego wzrostu stosunku sygnału do szumu) jest użycie modulacji. Najprostszy schemat modulacji po prostu bardzo szybko włącza i wyłącza laser (kilka MHz), a obwód detekcji (zsynchronizowany z przełączaniem lasera) ADD wykrył sygnał, gdy laser jest włączony, i SUBTRACTS, gdy laser jest wyłączony. Jest to zasada wzmacniaczy blokujących. Możesz zbudować prosty z tanimi przełącznikami CMOS i są one niezwykle skuteczne. Każdy sygnał, który nie jest na „wykrytej” częstotliwości, będzie czasami dodawany, a czasem odejmowany - tak uśredniony dla kilku tysięcy cykli, zostanie zredukowany prawie do zera.

Pomaga również filtrowanie światła z fal, które Cię nie interesują - dlatego na przykład pilot na podczerwień ma ciemnoczerwone okno (również na odbiorniku ...)

Dalsze przemyślenia

Po ponownym przeczytaniu pytania i świetle poniższych komentarzy, oto nieco więcej szczegółów.

Ogólnie rzecz biorąc, dla opisanej przez ciebie sytuacji (gdy chcesz wykryć „sygnał” (uderzenie laserem) w obecności „szumu” (inne pistolety, światło otoczenia, słońce ...), musisz poszukać sposoby, w których jeden sygnał różni się od innych. Sprowadza się to do trzech rzeczy:

1. Różnica przestrzenna
2. Różnica długości fali
3. Różnica czasowa (modulacja)

Weźmy kolejno każdy z nich.

Różnica przestrzenna

W przybliżeniu wiesz, gdzie jest ustawiona broń, która wskazuje na cel. Możemy to wykorzystać do wyeliminowania „ognia krzyżowego”. Spójrzmy na ten rysunek:

$\frac{10\cdot0.2}{10-0.2}=20.4 cm$

Kąt objęty aperturą w środku obiektywu będzie kątem akceptacji - wszelkie lasery strzelające poza tym zakresem zostaną zablokowane przez aperturę:

Teraz do wyboru soczewki. Soczewka Fresnela (plastikowa) będzie cieńsza, lżejsza i tańsza niż soczewka innego rodzaju - i wystarczająca do tego zastosowania. Niewiele cierpią z powodu aberracji sferycznej, więc możliwe jest posiadanie stosunkowo dużego obiektywu o krótkiej ogniskowej. Mogą być trudne do znalezienia, ale znalazłem bardzo tani obiektyw 7 "x10" . Możesz go przyciąć i ułożyć dwa lub trzy jeden na drugim, aby uzyskać potrzebną ogniskową (im krótsza ogniskowa, tym cieńszy cel; ale poza tym nie ma zbyt wiele powodu, aby wydawać pieniądze, z pewnością na dowód zasady). Jeśli obszar docelowy wynosi tylko 38 mm, na tej samej stronie dostępny jest tani dwuwypukły obiektyw 50 mm: http://www.teachersource.com/product/biconvex--biconcave-lens-sets/light-color. Oświadczenie: Nie jestem powiązany z tą witryną ani produktami.

Uwaga ogólna na temat soczewek: fresnel jest cieńszy (i często tańszy) niż konwencjonalne; w tej aplikacji niewiele można uzyskać z płasko-wypukłego w porównaniu z obustronnie wypukłym (chociaż plano pozwoliłoby, aby przód celu był płaski).

Różnica długości fali

Lasery są „monochromatyczne”, co oznacza, że ​​ich energia obejmuje bardzo wąski zakres widma. Oznacza to, że jeśli masz odpowiedni filtr, możesz zablokować wiele światła „nie laserowego”. Im węższy filtr, tym lepsze względne blokowanie. Na przykład można uzyskać filtr 635 nm z 5 nm FWHM - który jest wyśrodkowany na „lepszym” czerwonym wskaźniku laserowym.

$\frac{5}{400}$

Ważnym powodem do rozważenia zastosowania filtra jest nasycenie : w następnym kroku przyjrzymy się modulacji, ale może to zadziałać tylko wtedy, gdy detektor jest nadal liniowy w zakresie zachodzących intensywności. Jeśli detektor (lub elektronika) jest nasycony, nie zmieni się sygnał przy zmianie intensywności wejściowej - więc nie będzie w stanie wykryć małego sygnału na szczycie dużego. Filtrowanie „dobrego kawałka” światła słonecznego powoduje, że system jest mniej czuły - zmniejsza się potrzeba ogromnego zakresu dynamicznego.

Modulacja

Ostatni punkt - i ten, od którego zacząłem ten post - dotyczy modulacji. W najprostszej postaci możesz poszukać nagłego wzrostu intensywności. Na przykład, jeśli umieścisz filtr górnoprzepustowy (kondensator szeregowy, rezystor bocznikowy) na wyjściu fotokomórki, zobaczysz puls tylko wtedy, gdy intensywność nagle wzrośnie. Stałoby się to z impulsem laserowym, ale nie ze światłem słonecznym. Możesz podać ten sygnał do komparatora, który wykryje puls.

Bardziej złożone systemy mogą korzystać z modulacji impulsowej - możesz się o tym dowiedzieć i uzyskać zestawy za bardzo małe pieniądze, od https://learn.sparkfun.com/tutorials/ir-communication . Problem z nadajnikami w tych systemach polega na tym, że emitują one szeroką wiązkę (więc nie trzeba „celować” w telewizor). Zastępując je wąskim nadajnikiem wiązki (np. Diodą laserową), powinieneś być w stanie ponownie wykorzystać większość pozostałych komponentów. Pozwoliłoby to na użycie kilku pistoletów (każdy zaprogramowany własnym kodem) i ich rozróżnienie.

Ale jak wspomniałem wcześniej, naprawdę fajny system wykorzystuje schemat wzmacniacza blokującego; za pomocą taniego kwarcowego oscylatora powinieneś być w stanie wykryć sygnał niezależnie od fazy (uzyskaj sygnał kwadraturowy z oscylatora i mieć dwa kanały wykrywania; następnie dodaj kwadrat tych sygnałów razem, aby uzyskać natężenie niezależne od fazy). Tak długo, jak Twój detektor nie nasyca się, ta metoda jest niezwykle czuła: była to jedna z moich ulubionych demonstracji optyki, która pokazała, jak można „zobaczyć” małą diodę LED zapalającą się z drugiego końca pokoju, gdy oscyloskop pokazuje „tylko szum” „. Jest ładny opis w tym artykule - zwłaszcza część D .