Lichtsluis

Exacte plaatsbepaling op de baan ...

Dit verscheen in Modelspoormagazine 71 (juni 2008). Meer tekst en afbeeldingen vind je in die uitgave.

Deze bijdrage sluit aan bij die van de ontkoppelrail. Omdat die vaak niet in ons gezichtsveld staat, is het nuttig om een indicatie te hebben wanneer de wagen met zijn koppeling correct op de ontkoppelplaats staat. Een zelfgemaakte lichtsluis leek de beste keuze.

We hebben, om de plaatsbepaling voldoende precies te kunnen doen, een universeel referentiepunt nodig aan het rollend materieel. Wat er telkens aanwezig is, is de lege ruimte tussen de buffer en de koppeling: Die ruimte is bij alle rollend materieel nagenoeg gelijk qua vorm. Hier kan vertikaal licht tussendoor, en dat is meetbaar.
Om het licht dat tussen deze ruimte door komt correct te kunnen meten hebben we een lichtbron en een sensor nodig. In ons geval, wanneer we de opening tussen twee voertuigen willen detecteren, horen de lichtbron en de sensor in een quasi verticale lijn tegenover elkaar te liggen.

Om geen foute plaatsbepalingen te hebben mag de sensor geen andere lichtbron “zien”, en daarom moeten er ontstorende maatregelen genomen worden. Het eenvoudigst is om de sensor aan het einde van een buisje te plaatsen, waardoor zijn “gezichtveld” afgeschermd wordt.
Een totaal ander probleem is de lichtbron die we wensen te gebruiken als “zender” voor onze lichtstraal. De lichtbron en sensor moeten, in ons streven naar realisme, in een zichtbaar baandeel gecamoufleerd kunnen worden. Voor een lichtsluis bij een ontkoppelrail wil dit zeggen dat we een lantaarnpaaltje “over” de ontkoppelplaats hangen en de sensor plaatsen in de lijn tussen dat paaltje en de holle ruimte tussen de koppeling en de buffers.
Dit is echter nog niet voldoende, want er kunnen nog andere lichtbronnen in de buurt zijn die we door wat toegepaste elektronica kunnen uitfilteren. Dit vereist wat elektronische synchronisatie.

We beginnen met de bouw van de zender, of beter: de sturing voor de Leds in de lantaarnpaaltjes. Dit stukje elektronica is trouwens ook prima bruikbaar om de lichtsterkte van lampjes of leds op een modelspoorbaan instelbaar te maken. In wezen is het een pulsgenerator met een vaste frequentie en instelbare pulslengte, waarvan de uitgang versterkt wordt. Dit alles is opgebouwd met behulp van één enkel goedkoop IC en wat externe componenten.
De generator bevindt zich links in het schema. De uitgang van de eerste inverter laadt via weerstanden en diodes een condensator op. Daardoor wordt de ingang van de inverter langzaam positief, waardoor de uitgang omklapt naar “0”. Daardoor wordt de condensator terug ontladen, de ingang van de inverter gaat naar nul en de uitgang wordt weer “één”.
De rest van de inverters zorgen voor een versterking, zodat grotere stromen aan de uitgang kunnen onttrokken worden. Elke ontvanger zal hier via de ‘A’ uitgang immers een synchronisatiesignaal ontvangen.
Helemaal rechts in het schema zorgt een stevige transistor voor de uitgangsversterking van de stroom voor de lantaarnpaaltjes. Deze kan piekstromen tot 6 ampère aan, en dat zijn héél wat lantaarntjes.

Wanneer we het schema vertalen naar een printplaatje verkrijgen we de linkse tekening. De componentenzijde van je printplaat wordt ingevuld zoals de rechter tekening toont. Elektronicakenners kunnen met deze informatie meteen aan de slag, de anderen geven we nog even wat meer informatie.

Het plaatje zelf bouwen we op van laag naar hoog. Dit vergemakkelijkt het soldeerwerk, omdat de onderdelen niet kunnen wegzakken wanneer we ze aan de andere zijde solderen. Let op de richting (polariteit) van de diodes bij de montage ervan. Een volgende stap is het IC, de “chip” op de printplaat.
Na het plaatsen van enkele kleine en één grotere condensator kan de eindtransistor gemonteerd worden. Let ook hier op de juiste richting. De koelvin is enkel nodig wanneer je meer dan 5 lantaarns op de “zender” aansluit. Een kroonsteentje vergemakkelijkt het aansluiten van lampjes en het aftappen van het synchronisatiesignaal (A).

Het elektronische schema van het ontvangstgedeelte is een stuk complexer, maar laat U echter niet afschrikken. Het licht wordt opgepikt door een lichtgevoelige transistor. Zijn signaal moet versterkt worden en dit gebeurt via een operationele versterker. Aan de uitgang van de versterker hebben we nu een duidelijk “0” en “1” niveau in het ritme van het bliksemsnelle knipperen van de led in onze lantaarn.
Dit signaal wordt vergeleken met het synchronisatiesignaal, zodat een eventueel aanwezige storende lichtbron wordt uitgefilterd en hierdoor geen roet in het eten kan gooien.
De omzetting van het schema naar een zogeheten lay-out geeft ons de volgende tekening. Het gaat hier om een complexer werkje omdat het schema zelf wat meer onderdelen bevat.

We starten dus weer met een printplaat, geëtst en van boorgaatjes voorzien. We beginnen de opbouw weer met de laagste componenten: de 6 diodes en de weerstanden. Vervolgens kunnen de beide IC’s geplaatst worden. De kleine en grotere condensatoren vervolledigen de opbouw, waarbij je de polariteit van de grotere condensatoren opnieuw goed in het oog dient te houden.

Voor onze sensoren hebben we, zoals in de inleidende tekst al gemeld, een afscherming nodig van het omgevingslicht. Per sensor volstaat hiervoor een buisje van 3mm doorsnede. Omdat het buisje aanzienlijk dunner is dan de 5mm dikke transistor is het nuttig om een uiteinde van het buisje eerst wat dikker te maken. Met twee 5mm brede ringen zwarte krimpkous is dit zo gebeurd.
We nemen er nu de sensor zelf bij, samen met een stukje krimpkous van 1cm lang. Na het verwarmen van de uitgelijnde delen zou het resultaat netjes zoals op de rechter afbeelding moeten zijn. Let er op bij deze laatste bewerking de zaak niet te lang of te intens te verwarmen.

Omdat de lichtstraal tussen rail en ons “opspringende” looppad door moet schijnen, hebben we niet veel spelruimte. Om deze reden verwijderen we eerst met een ronde frees een deel van de voet van de rail. Nu kunnen we met een 3mm dikke boor het gat voor de buis maken. Hanteer je boormachine onder de correcte hoek: in een loodrecht vlak, haaks op spoor gezien en anderzijds een vijftal graden schuin, gericht naar de lichtbron wanneer je langs het spoor kijkt.
Indien het gat van de eerste keer correct geboord is, is deze stap overbodig: de sensor zal prima ingeklemd kunnen worden in het boorgat en perfect het licht zien. Wanneer het boorgat echter “gecorrigeerd” is, moeten we de sensor onder de juiste hoek vastlijmen.

Het sensorbuisje mag natuurlijk de wielen en de kortkoppelmechaniek niet hinderen, en hoort alleen maar net boven het ballastbed uit te komen. Na het terugplaatsen van het looppad van onze ontkoppelaar is er nauwelijks nog iets te zien van het buisje.
Als laatste werkje gaan we de zaak nog aansluiten. Voor het aansluiten van de sensor moeten we nog even opletten voor de juiste polariteit. De middelste aansluiting, de basis van de transistor, hebben we niet nodig en knippen we kort af. Het lipje aan de behuizing van de sensor duidt de emitter van de transistor aan, en dit wordt het eigenlijke ingangssignaal. De collector zal aan de positieve voedingsspanning voor de versterker aangesloten worden.

De twee positieve aansluitingen bevinden zich in het midden van de printplaat, de sensoringangen telkens aan de hoeken van de printplaat. Wanneer twee sensoren ver uit mekaar liggen is het een goed idee om de printplaat bij één van beide sensoren te plaatsen en voor de andere sensor een speciale, afgeschermde kabel te gebruiken.

Zie ook: bloksysteem - ontkoppelaar - lantaarns