Persoonlijke instellingen

Detectieschakelingen

Uit BeneluxSpoor.net - Encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Hoofdpagina  Categorie-index  Index  Menu
Vorige | Volgende

Onder redactie van: BeneluxSpoor.net / Auteur: Fred Eikelboom


Sensoren voor detectie van naderende treinen

Voor het detecteren van naderende treinen op onze modelspoorbaan kunnen we gebruikmaken van lichtgevoelige cellen (optosensoren), stroomdetectie, en sensoren die gevoelig zijn voor magnetisme (zoals reedcontacten en Hallsensoren).
Hier krijgt u uitleg over het toepassen van een aantal van die sensoren.

Optosensoren

Aandachtspunten

Bij het aansturen van de regel-elektronica voor een overweg dient u rekening te houden met voldoende afstand van de optosensoren tot de overweg.

Ook de positie van de sensoren is belangrijk. U moet ook rekening houden met de snelheid van de treinen. Wanneer een optosensor te dicht bij een overweg wordt geplaatst, loopt u het risico, dat op het moment dat een trein passeert, de slagbomen nog niet volledig gesloten zijn.

Het is dus zaak om ervoor te zorgen dat de optosensoren zich op dusdanige afstand van de overweg bevinden, dat ook met de trein op topsnelheid, de EBO geheel gesloten is, kort voordat de trein de overweg passeert. Ook wanneer de optosensoren 'de verkeerde kant op kijken' zullen de slagbomen te laat gesloten worden/zijn.

Theorie en praktijk
Overweg lichtsluis01.gif Overweg lichtsluis02.gif
Afbeelding: 01 Afbeelding: 02
Lichtsluizen foutief opgesteld Lichtsluizen goed opgesteld
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Op tekening 01 hierboven, ziet u dat de sensoren dwars op de rails 'kijken'. Pas wanneer de trein die vanaf punt A bij punt B aankomt, zullen de bomen in beweging komen. Hetzelfde geldt wanneer de trein vanaf punt A bij punt C aankomt. Gevolg is dat de trein al op de overweg rijdt, terwijl de bomen nog niet volledig gesloten zijn. U moet er dus voor zorgen dat de trein eerder 'gezien' wordt. Dat kunt u doen door de sensoren verder van de overweg te plaatsen en ook door er voor te zorgen dat de sensoren 'in de richting van de trein kijken' zoals in tekening 02 hierboven, aangegeven is. De trein komende vanaf punt A, zal nu eerder door het 'blikveld' van de sensor bij punt B of C rijden en daardoor zullen de bomen eerder dicht gaan.

Wanneer er naast het getekende spoor nog een ander spoor ligt (niet zijnde een parallelspoor), zou het kunnen dat de treinen op dat andere spoor ook door de sensoren gezien worden. Dan moeten we de hoek en de positie van de sensoren zodanig kiezen, dat die andere trein niet 'stoort' op de werking van onze overweg. Willen we echter dat de sensoren beide sporen 'in de gaten houden', dan moeten we er voor zorgdragen dat beide sporen goed door de sensoren gezien worden. Dat vereist soms enig experimenteren met de opstelling. Een overweging zou hierbij kunnen zijn, om de reflectie-optosensoren in de treintafel te verzinken, en deze schuin- of recht naar boven te laten 'kijken'. Het hangt echter van de situatie op uw baan af, welke opstelling het beste is.

Typen optosensoren

Er bestaan twee hoofdsoorten: optosensoren die werken d.m.v. reflectie en optosensoren die 'aangestraald' worden door een led of infrarood-led.

  • Bij de eerste zit in de behuizing van de sensor een ontvanger (een lichtgevoelige diode of transistor) en tevens een 'zender' die een zichtbare of onzichtbare (infrarood)lichtstraal uitstraalt. Bij weerkaatsing van de lichtbundel zal de sensor actief worden. Er zijn echter ook sensoren die bij het wegvallen van de weerkaatsing actief worden. En ook bestaan er sensoren waarbij dit gedrag ingesteld kan worden, zodat we de keuze hebben tussen actief, of niet actief bij weerkaatsing van de lichtstraal.
  • Bij de tweede hebben we te maken met een aparte ontvanger (een lichtgevoelige diode of transistor in de sensor) en een zender (een led, of een infrarood-led, die licht uitstraalt). De zender en de ontvanger bevinden zich op enige afstand van elkaar. Wanneer nu een loc of een trein tussen de zender en de ontvanger komt, zal de sensor actief worden.

Detectie d.m.v lichtsluis met IC

Voor signalering van naderende treinen bij overwegen, kunt u ook zelf een lichtsluis bouwen en de lichtsluis met een S88-bezetmeldprint verbinden. Hierboven werden lichtsluizen toegepast voor het bewaken van een overweg. Een ander voorbeeld van toepassing van een lichtsluis is, het bij meerdere sporen - zoals bijv. parallel lopende sporen in een schaduwstation - samen met het programma Koploper en één lichtsluis, de treinenloop 'in de gaten houden'.

Een ideaal IC voor het maken van een lichtsluis is de IS471F, deze is verkrijgbaar met rechte aansluitdraden (IS471FE) of met gebogen aansluitdraden (IS471FS). Het IC maakt gebruik van een gemoduleerd signaal en is daardoor vrijwel ongevoelig voor omgevingslicht. Tevens is het IC voorzien van een interne spanningsregelaar, waardoor een zeer betrouwbare werking gegarandeerd is.

IS471F-01.gif IS471F-02.gif
Afbeelding: 03 Afbeelding: 04
Testschema van de fabrikant Zelfbouw lichtsluis
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Op de tekening in afbeelding 03 staat het originele schema van Sharp. Hierin is R1 de belasting. Dit kan bijvoorbeeld een relais zijn. De minimale waarde voor R1 is 280 ohm. Dit i.v.m. de maximale stroom die via pen 2 mag lopen. Sluit u bijv. op de pennen 1 en 2 een relais aan, dan mag dit dus geen kleinere spoelweerstand hebben dan 280 ohm.

Toepassing van een relais

Om nu veel meer vrijheid te hebben bij het kiezen van een relais, plaatsen we schakeltransistor T1 (zie afbeelding 04). De basis van transistor T1 verbindt u via een weerstand van minimaal 82K met pin 2. De emitter van T1 verbindt u met pin 1 (de massa), en op de collector van T1 sluit u een relais aan. De andere zijde van het relais verbindt u met pin 1 (de plus). Zolang nu de stroom door het relais niet hoger wordt dan 95 milliampère, kunt u hier vrijwel elk type relais toepassen. U moet nu alleen nog rekening houden met de spoelspanning van het relais en de hoogte van de voedingsspanning. Wanneer u bijvoorbeeld een 5 volts relais hebt en dit wilt gebruiken bij een 12 volts voedingsspanning, dan moet er in serie met het relais een voorschakelweerstand opgenomen worden.

De waarde van de voorschakelweerstand berekent u als volgt: Stel, de relaisspoelspanning is 12 volt, de stroom door het relais is 60 milliampère (0,06 ampère) en de voedingsspanning is 16 volt. Over T1 valt 0,7 volt. We moeten hier een spanningsverschil van (16 - 12) - 0,7 = 3,3 volt wegwerken. Volgens meneer ohm berekenen we dan de waarde met de formule R = U / I.
R = 3,3 / 0,06 = 55 ohm. Standaardwaarde volgens de E-reeks is 56 ohm, dus die waarde passen we dan toe. Bij een relaisspoelspanning van 5 volt en een voedingsspanning van 12 volt, krijgen we: (12 - 5) - 0,7 = 6,3 volt weg te werken. R = 6,3 / 0,06 = 105 ohm. De eerstvolgende waarde in de E-reeks is 120 ohm. Dus deze waarde passen we hier toe, of (en dat trucje past de auteur nog wel eens toe) met de multimeter uit een aantal 100 ohm weerstanden een exemplaar selecteren, dat minimaal 105 ohm is).

Let-op.jpg
  LET OP
Vergeet niet om diode D2 te monteren. Deze dient om de transistor te beschermen tegen de hoge inductiespanningen, die optreden bij het afvallen van het relais.
Collimatorlenzen Conrad 187674.jpg
Afbeelding: 05
Collimatorlenzen voor het bundelen van de lichtstraal van leds
Bron: www.Conrad.nl

De reikwijdte

Met de infrarood-led SFH409 (15 milliwatt) is een afstand van ongeveer 30 cm te overbruggen. Met de infrarood-led LD274-1 (50 milliwatt) is deze afstand aanmerkelijk groter, daar de LD274-1 meer licht afstraalt en een veel smallere bundel licht afgeeft. Volgens diverse berichten op internet is de maximale afstand tussen de infrarood-led (LD274-1) en de IS471F een metertje of 11. Of dat ook zo is, heeft de auteur niet uitgetest (in de testopstelling werd een afstand van 80 cm moeiteloos overbrugd). Voor het geval dat u met de infrarood-led LD274-1 niet voldoende afstand kunt overbruggen, kunt u de infrarood-led LD274-3 (85 milliwatt) toepassen. Deze geeft een nog sterkere lichtbundel af. Maar voor de meeste toepassingen in 'modelspoor-land' zal de reikwijdte vast wel voldoen. Mocht dat toch niet zo zijn, dan zijn er speciale voorzetlenzen, zogenaamde collimatorlenzen (zie foto 05), te koop waarmee de lichtstraal van de infrarood-led nog beter gebundeld kan worden (zie ook hieronder bij 'Meer informatie').

De werking van de schakeling

Wanneer de lichtstraal tussen de infrarood-led (SFH409) en het IC onderbroken wordt, zal het relais aantrekken. Hiermee kunt u een spanning doorgeven (via een relaiscontact) naar bijv. een S88-bezetmeldprint, een motor, of wat u maar wilt. U zou zelfs het relais weg kunnen laten en de collector van de transistor rechtstreeks op een andere schakeling aan kunnen sluiten, maar of dat goed gaat is niet altijd zeker. Daarom past de auteur altijd een relais toe, dan worden de diverse spanningen mooi gescheiden.

Het IC

Op één van de brede zijden van het IC bevindt zich een klein bobbeltje. Vlak onder dit bobbeltje bevindt zich het lichtgevoelige gedeelte van het IC. De IS471F stuurt de SFH409 aan met een gemoduleerd signaal. Hierdoor is de schakeling niet- of nauwelijks gevoelig voor sterk omgevingslicht. Dit waarborgt een storingvrije en betrouwbare werking. Het IC werkt binnen een ruim voedingsspanningsbereik; namelijk van 4,5 tot 16 volt. U kunt het IC dus vrij vaak op een bestaande (lees: reeds aanwezige) voedingsspanning aansluiten. Mocht u zich afvragen waarom er bij de infrarood-led geen voorschakelweerstand is toegepast. Die zit al in het IC.

Ontstoring

C1 en C2 dienen om eventuele stoorpulsen te onderdrukken. Deze stoorpulsen kunnen er voor zorgen dat het IC begint te klapperen, of onbetrouwbaar werkt. Deze ontstoorcondensatoren dienen dan ook altijd aanwezig te zijn in de schakeling. Voor C1 kunt u eventueel een 0,47 μF/35 volt tantaal-elco gebruiken. Deze neemt veel minder ruimte in beslag, én ontstoort stukken beter dan een gewone elektrolytische condensator (elco).

Lichtsluis opstelling-01.gif Lichtsluis opstelling-02.gif
Afbeelding: 06 Afbeelding: 07
Opstelling voor grote rijkwijdte. Opstelling (met spiegel) voor kleinere rijkwijdte.
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Opstelling

De lichtsluis kan op twee manieren opgesteld worden. U kunt de infrarood-led en het IC gescheiden opstellen, bijv. aan weerszijden van het spoor, voor grotere afstanden (zie afbeelding 06), of voor kleine afstanden de infrarood-led naast het IC plaatsen en het licht van de infrarood-led met behulp van een spiegel reflecteren (zie afbeelding 07). In het laatste geval dient het IC aan de zijde waar de infrarood-led zich bevindt, afgeschermd worden, zodat het IC geen direct licht opvangt van de led. Het beste kunt u dan een kapje maken van niet-lichtdoorlatend materiaal, dat alleen aan de voorzijde open is, met daarin een tussenschotje.


Detectie m.b.v. bezetmelders

Overwegdetector02a.gif
Afbeelding: 08
Detectie d.m.v. meldsecties
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Inplaats van lichtsluizen, kunnen we ook gebruikmaken van detectie m.b.v. meldsecties. We isoleren een stuk rails en sluiten daar een detectieschakeling op aan. We passen nu bezetmelders toe die werken op het principe van stroomdetectie, zoals de zelfbouwdetector (zie tekening 09 en de foto's 10 en 11).

DHZ Detectorschema01.gif Detector01.gif Detector02.gif
Afbeelding: 09 Afbeelding: 10 Afbeelding: 11
Het schema van de zelfbouwdetector Eén condensator is geplaatst aan de onderzijde van het printje Het prototype van de zelfbouwdetector
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom Foto gemaakt door: Fred Eikelboom Foto gemaakt door: Fred Eikelboom

Die detectieschakeling kan dan weer via een relais onze overwegbeveiliging aansturen. Let op! De lengte van het spoor tussen de punten A en B dient altijd groter te zijn dan onze langste trein. Ook dient er in de laatste wagen c.q. het laatste rijtuig een stroomgebruiker aanwezig te zijn. Die stroomgebruiker kan bestaan uit een led of simpel een weerstandje van 10K. Ook kan, inplaats van een weerstandje, gebruik worden gemaakt van weerstandslak. Simpel een beetje weerstandslak op de plaats aanbrengen waar de isolatiering in het wiel zit. Door de weerstandlak contact te laten maken met het wiel en de as heeft dit hetzelfde effect als een weerstandje. Wel is het zaak om met een multimeter te controleren of de weerstandswaarde tussen de as en het wiel ongeveer de juiste waarde heeft. Is de waarde te laag, dan stroomt er 'kostbare' stroom nodeloos weg.

Het verdient overigens aanbeveling om altijd twee wagens (of rijtuigen) achter aan de trein te laten meerijden die voorzien zijn van een stroomgebruiker. Dit omdat een loc vrij zwaar is en daarom goed contact maakt met de spoorstaven, maar het getrokken materieel een stuk lichter is. Daardoor bestaat de kans dat er, indien u maar één voertuig gebruikt, een korte onderbreking in het stroomverbruik is. Dit zou dan weer ongewenste effecten kunnen hebben, zoals bijv. het voortijdige openen van onze modeloverwegbomen.

De beide condensatoren van 10 nF/50 volt in afbeelding 09, dienen voor het onderdrukken van stoorpulsen. Die stoorpulsen kunnen afkomstig zijn uit het lichtnet, en/of veroorzaakt worden door bijv. het (uit)schakelen van wisselspoelen e.d. Diode D1 in afbeelding 08 is een zogenaamde 'blusdiode'. Het doel van deze diode is om de tegen-EMK-impuls te onderdrukken, die ontstaat bij het uitschakelen van de stroom door de relaisspoel. Door deze tegen-EMK-impuls onstaat een zeer hoge spanning, en die kan de transistor laten doorslaan, waardoor deze defect raakt. Daarom moet u in gelijkspanningsschakelingen altijd een blusdiode toepassen bij relais die verbonden zijn met een transistor, of een andere elektronische halfgeleidercomponent. Let op! De kathode van de blusdiode moet altijd aan de +zijde van de relaisspoel komen.

De transistor in afbeelding 08 is een BC547C. De weerstand heeft hier een waarde van 22K. Dat is een richtwaarde. De waarde hangt namelijk mede af van de gevoeligheid van de detectorschakeling en de gevoeligheid van het toegepaste relais. Er is namelijk een verschil aanwezig tussen de diverse typen relais. Het ene 12 V-relais trekt bijv. bij 9,2 volt aan en een ander type trekt bijv. bij 8,9 volt aan. Om uzelf veel soldeer- en testwerk te besparen, kunt u inplaats van de 22K weerstand, een serieschakeling toepassen van een 2200 ohm weerstand en een 25K instelpotentiometer. Dan kunt u de schakeling heel snel op de juiste gevoeligheid instellen.

Zelfbouw diode-set

Normaliter steekt u de draden van de diodes en de weerstand door de gaatjes in de print en moet u op 10 plaatsen aan de (stroken)print solderen. Daar het de voorkeur verdient om zo weinig mogelijk aan gaatjesprint/strokenprint te solderen, (omdat de kans aanwezig is dat u tijdens het solderen per ongeluk een paar printsporen met elkaar verbindt), is de bijgaande oplossing bedacht. Doordat er door deze constructiemethode nog maar twee draden zijn, is er aan de onderzijde van de strokenprint een stuk minder te solderen.

Diodeset maken.gif
Afbeelding: 12
Het maken van de zelfbouw diode-set
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Let op! Bij het ene diodepaar moeten de ringen op de diodes beiden 'naar links' wijzen, en bij het andere diodepaar moeten de ringen op de diodes beiden 'naar rechts' wijzen (zie 'D' in afbeelding 12). U gaat als volgt te werk:
De aansluitdraden van de diodes inkorten tot ongeveer 6 mm lengte en aan elkaar solderen (zie 'A' in afbeelding 12). Herhaal deze handeling bij de andere twee diodes. Neem een platbektang met dunne, halfronde punten (zogenaamde telefoontang), en houd de draad zo dicht mogelijk bij het bolletje (de behuizing) vast. Buig nu, zo dicht mogelijk bij het bolletje, de draad haaks om (zie 'B' in afbeelding 12). Herhaal deze handeling bij de andere diode. Het andere diodepaar behandelt u op dezelfde wijze, maar nu moeten de draden iets verder van de bolletjes af omgebogen worden (zie 'C' in afbeelding 12). De bedoeling is, dat de draden over het eerder gemaakte diodepaar heen vallen (zie 'D' in afbeelding 12). Nu neemt u de 4700 ohm weerstand en legt deze op de diodes. Daarna draait u de aansluitdraden van de weerstand om de draden van de diodes (zie 'E' in afbeelding 12), en soldeert u het geheel aan elkaar. Voor de duidelijkheid staat de weerstand hier onder de diodes getekend, op foto 11 ziet u de weerstand achter de diodes.

De werking van het geheel

De functie van de diodes in de diodeset

Bij een diode hebben we te maken met de zogenaamde drempelspanning. Dit is het spanningsverschil dat over de diode staat, wanneer deze in geleiding is. De drempelspanning is echter afhankelijk van het type diode én de hoogte van de stroom die er doorheen vloeit (de stroomsterkte). De drempelspanning variëert dan ook tussen ongeveer 0,2 en 0,75 volt, afhankelijk van het type diode én de stroomsterkte. In de diodeset staan, per tak, twee diodes in serie, waardoor er een voldoende hoge spanning over de diodes ontstaat, om een achterliggende schakeling (zoals bijv. een S88-print) aan te sturen. Daar hier gebruik gemaakt wordt van twee antiparallel geschakelde takken, zal die drempelspanning in beide richtingen van de stroom over de diodeset aanwezig zijn.

De functie van de weerstand in de diodeset

De weerstand tussen de diodes in de afbeeldingen 11 en 12 heeft een dubbele functie.

  • Dient voor het instellen van de gevoeligheid van de PC817. Bij een hogere waarde reageert de PC817 iets eerder, en bij een lagere waarde zal deze iets later reageren.
  • Geeft een stukje van het digitale signaal (=de digitale informatie) door, dat door de drempelspanning die over de beide in serie geschakelde diodes staat 'wegvalt'.

De weerstand zal, omdat hij niet 'richtinggevoelig' is, in beide richtingen van de stroom zijn werk doen en geeft dan ook in beide richtingen van de stroom het digitale signaal door, en dat 50 keer per seconde (de frequentie van de netspanning is 50 Herz).


Detectie met schakelrails

Schakelrails Conrad 403614.jpg Schakelrails Conrad 244851.jpg
Afbeelding: 13 Afbeelding: 14
Tillig schakelrails Roco Geoline schakelrails
Bron: Conrad.nl Bron: Conrad.nl
Schakelrails Conrad 214585.jpg Schakelrails Conrad 213913.jpg
Afbeelding: 15 Afbeelding: 16
Fleischmann Profirail schakelrails Märklin schakelrails
Bron: Conrad.nl Bron: Conrad.nl

Voor het detecteren van naderend materieel kunt u ook gebruik maken van schakelrails. Dit zijn korte stukken rails, waarin een schakelaar gebouwd is, meestal een Reed-contact. U plaatst vòòr- en na de overweg een schakelrails in het spoor. Wanneer materieel over de schakelaar rijdt, zal de schakelaar in de schakelrails gesloten worden, en zo een signaal geven aan onze overwegbeveiliging.


Detectie met Reedcontacten

Digitaal800px-Reed switch.jpg
Afbeelding: 17
Reed-contact
Bron: André Karwath en Wikipedia CCimage.jpg

Een Reed-contact is een zogenaamde pulscontact. Dit schakelaartje wordt geactiveerd door een magnetisch veld. Door een Reed-contact tussen de spoorstaven te plaatsen (het beste is om dit haaks op de spoorstaven te doen, anders schakelt het reed-contact twee keer achter elkaar) zal, wanneer een loc, trein of treinstel, die voorzien is van een kleine magneet, over het Reedcontact rijdt, het Reed-contact kortstondig een spanningpulsje afgeven. Het Reed-contact is een klein schakelaartje, in een, met gas gevuld, glazen buisje (zie foto 17 hierboven).


Meer informatie

Encyclopedie
Meer over relais.
Externe websites:
Webshop.
Meer over collimatorlenzen (voorzetlenzen).
Overzicht E-reeksen.



Hoofdpagina  Categorie-index  Index  Menu
Vorige | Volgende
Contact met de redactie: Contact met de redactie 

Laatste wijziging: 5 dec 2017 19:04 (CEST)