logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

Jak zmierzyć, obliczyć wielkość optyczną ?

wiesko 09 Lis 2004 02:37 2013 13
  • #1 971774
    wiesko
    Poziom 11  
    :cry: Czym i jak praktycznie zmierzyć, lub jak praktycznie obliczyć, oszacować natężenie promieniowania E[µW/cm²] diody świetlnej w odległości L[mm] od jej czoła, na obszarze
    S[cm²] w ośrodku powietrznym a także po przysłonięciu szybką przeźroczystą grubości ok. 1 mm.
    Dioda emitująca falę w paśmie widzialnym (czerwona - 635 nm) i podczerwieni (950 nm). Do dyspozycji mam karty katalogowe z danymi takimi jak w przypadku diody:
    1. czerwonej - Iv[mcd], Φv[mlm] wszystko przy określonym IF[mA];
    wykresy Iv/Iv(przy IF)= f(IF), Irel= f(Φ)
    2. podczerwieni - Φe[mW] i wykresy podobnie jak wyżej Ie/Ie(przy IF)= f(IF), Irel= f(Φ).
    Dla dla osób zajmujących się fotometrią profesjonalnie (od takich raczej oczekiwałbym odpowiedzi, ale nie tylko), jest to prawdopodobnie zadanie banalne, natomiast przy moich podstawowych zasobach wiedzy z optyki i oświetlenia, problem na razie mnie trochę przerasta. Problem zaskoczył mnie przy projektowaniu (zg. z nową normą) nadajnika stanowiska do sprawdzania czułości fotogłowic. Interesowałaby mnie bardziej metoda analityczna, ponieważ podejrzewam ze zdobyciem specjalizowanego miernika będzie trochę problemu. Zdaję sobie sprawę, że w najgorszym przypadku czeka mnie nurkowanie w fachowej literaturze w dziedzinie, którą lubię ale nigdy nie była moją najmocniejszą stroną i chcąc tego jak na razie uniknąć wrzuciłem ten temat licząc na to, że może ktoś pomoże.
  • #2 976344
    _jta_
    Specjalista elektronik
    Do pomiaru mozna by uzyc fotodiody jako elementu swiatloczulego, tylko jest taki
    problem, ze trzeba ja wycechowac - ustalic, jaka jest jej charakterystyka czulosci
    w funkcji dlugosci fali - jesli chce sie okreslac, jakie jest natezenie swiatla,
    a nie tylko mierzyc stosunek natezen dwoch roznych zrodel.
  • #3 976585
    bolek
    Poziom 35  
    a jak zrobic miernik mocy optycznej do lasera?- taki "przenośny" według mnie ciezko zdobyć odpowiedni przetwornik. Wiem że nie które firmy robią to na termistorach...
  • #4 977671
    _jta_
    Specjalista elektronik
    Mozna na termistorze, tylko czulosc nie jest za duza, moc lasera, jesli jest dosc
    duza, mozna by tym mierzyc, ale moc promieniowania LED-a moze byc za mala.

    Zaleta termistora jest to, ze jesli tylko zadbamy, by dobrze pochlanial swiatlo,
    to ma rownomierna charakterystyke czulosci w funkcji dlugosci fali, a jesli mozna
    okreslic, jaka powierzchnia jest oswietlana, i jaki wspolczynnik pochlaniania, to
    daje sie go wyskalowac bez wzorcowego zrodla swiatla.
    Wada jest duza bezwladnosc, skalowanie + pomiar zajma duzo czasu, i jest
    wrazliwy na temperature otoczenia, chyba wymagalby jakiejs izolacji cieplnej.
  • #5 977751
    bolek
    Poziom 35  
    aby temperatura otoczenia nie miała wpływu można dać... drugi termistor do jej pomiaru
  • #6 977848
    _jta_
    Specjalista elektronik
    ... i podgrzewac go pradem, najlepiej zmiennym (albo mierzyc opor zmiennym, i grzac
    stalym), tak by oba mialy te sama temperature, wtedy bedzie wiadomo, ze oba dostaja
    te sama moc, a moc podgrzewania jest znana (uklad sterujacy podgrzewaniem ma
    pilnowac, by temperatury byly rowne), wiec latwo z tego dostac moc promieniowania...
  • #7 977856
    bolek
    Poziom 35  
    myślałem żeby mierzyc temperature otoczenia i "temperature promieniowania" zastanawiam sie tylko jak to będzie ze średnica wiązki, ta sama 10mW wywoła ten sam efekt cieplny przy 2mm, jak 10mm średnicy...

    termistor to chyba nie najlepszy pomysł jak na inetersujace mnie moce (do 200mW) wiem że stosują je do pomiaru większego promieniwania

    troszkę materiałów na ten temat
    http://www.nsu.ru/srd/lls/english/lpm-905.htm
    http://www.repairfaq.org/sam/sgpm2sch.pdf

    ten ostatni schemat to banał, ale jak wykonać przetwornik? diody są poukładane tak aby zajmowały chyba jak nawiekszą powieżchnie...
  • #8 978553
    _jta_
    Specjalista elektronik
    przyznam, że nie potrafię z tego schematu odczytać, jaki tam jest element fotoczuły...
    (jest przy nim jakieś oznaczenie, ale nic mi nie mówi);

    200mW to dla termistora jako tako izolowanego cieplnie od otoczenia jest całkiem
    spora moc, weź pod uwagę, że kiedyś tranzystory germanowe miały dopuszczalną
    moc 50mW, a takie wieksze 105mW...

    300mW to dopuszczalna moc strat typowego tranzystora krzemowego małej mocy,
    i pewnie tyle uzyskuje przy różnicy temperatur złącze-otoczenie około 125 stopni;
    połowa tej różnicy to obudowa-otoczenie, więc 200mW puszczone na obudowę
    tranzystora powinno go podgrzać o 40 stopni - zmiana napięcia emiter-baza ze 100mV;
    jeszcze tylko wymyśleć układ, w którym tranzystor, przez który płynie nieco mniejszy
    prąd, nagrzewa się dużo bardziej (chyba opornik w kolektorze załatwi sprawę), dać
    dwa tranzystory, oświetlić jeden z nich i mamy różnicę prądów proporcjonalną do
    mocy światła padającego na tranzystor (oczywiście jego obudowa musi być czarna).
  • #9 979200
    bolek
    Poziom 35  
    tu chyba nie o to chodzi... te "200mW" to nie moc cieplna, tylko optyczna. Wydaje mi sie też że długość fali też będzie miała znaczenie...

    Mamy tutaj takiego jednego optyka, na razie myśli o aparacie :) może dotrze do tego postu i coś niecoś wyjsni...
  • #10 980501
    wiesko
    Poziom 11  
    Dzięki za odpowiedzi a właściwie za dyskusję sprowokowaną przez użytkownika Bolek, dotyczącej przy okazji pomiaru trochę innego rzędu wartości ( moc promieniowania lasera) a zatem i innego rodzaju trudności, ale chętnie sobie poczytałem rozszerzając tym samym nieco pojęcie na ten temat. Może jest w tym trochę mojej winy, że nie podałem, iż interesuje mnie przedział od 50 do 300 µW/cm² i wykonanie przyrządu do pomiaru natężenia rzędu setek mW lub Wata(Watów), jak widać z dyskusji zasadniczo zmienia skalę problemu.
    Przede wszystkim wykonanie miernika we własnym zakresie w ogóle nie wchodziło w grę. Jeżeli już to jedynie wypożyczenie specjalizowanego przyrządu z zakresu fotometrii, co przypuszczam byłoby nie do zrealizowania lub metoda analityczna. Pierwsze odpowiedzi, przyznaję trochę mnie rozczarowały, bo zawierały propozycję właśnie wykonania czegoś we własnym zakresie. Ale w miarę czytania zacząłem się zastanawiać, czy rzeczywiście nie ma obecnie produkowanego jakiegoś elementu optoelektronicznego, którego wielkość wyjściowa zależy wprost od natężenia podanego w µW/cm². Po przewertowaniu pierwszego, o jakim pomyślałem, katalogu Elfy na stronie okazuje się, że jest!. Przetwornik światło na napięcie, którego wielkość na wyjściu od 10 mv do 3,3V (Iout(max)=10 mA) zależy wprost proporcjonalnie od natężenia do 200 µW/cm². Cały element w obudowie małego tranzystora (3 końcówki). Przy podłączeniu na wyjściu woltomierza (pomiar statyczny) np. cyfrówki (3 lub 4 cyfry po przecinku) i uwzgłędnieniu katalogowych chrakterystyk U[V]=f[E] oraz Irel=f(l), można uważam z wystarczającym przybliżeniem, zmierzyć wprost natężenie w paśmie l = 500÷1000 nm, oczywiście przy uniezależnieniu się przed zakłóceniami oświetlenia zewnętrznego. Na pewno dla większej pewności wskazań nie zaszkodziłoby porównać wyniki z jakimś miernikiem legalizowanym, może nawet rozbudować sam element mnożąc wyjście np. x5, ale do moich celów, gdzie potrzebuję w zasadzie raz dobrać orientacyjnie prądy diod nadajników to ten sposób jak na razie powinien w zupełności wystarczyć. Jeżeli chodzi o metodę analityczną to uważam sprawę dalej za otwartą, ponieważ nie zaszkodzi oprócz praktycznego podejścia trochę więcej teorii i raczej w tej kwestii wolałbym odpowiedzi, gdyby ktoś miał ochotę pomódz.
  • #11 980565
    bolek
    Poziom 35  
    mozna coś na temat tego przetwornika?
  • #12 980939
    boomerang
    Poziom 19  
    Kolego Wiesko,

    problem nie jest zbyt łatwy do zrealizowania w warunkach domowych. Tego typu sprawami zajmowałem sie przez kilka ładnych lat, ale wiele lat temu. Po pierwsze, o ile mnie pamiec nie myli, to chodzi tu raczej o natężenie napromienienia, a nie promieniowania.

    Jak w kazdej dziedzinie pomiarowej najwazniejszy jest czujnik, sonda czy czujka (różnie sie mówi wsród ludzi). Można oczywiście w danych producenta (na pewno nie w Elfie) znalezc typowa ch-tykę przetwornika, w tym wypadku czulosc w funkcji dlugosci fali. Ale rzeczywiste wartości konkretnego egzemplarza mogą w przypadku elementów foto- lub radiometrycznych różnić się o kilkadziesziąt %. Podstawą jest więc wzorzec, a jego uwierzytelnienie czy legalizacja to niestety duze pieniadze.

    Do pomiarów w tej dziedzinie mozna uzywac kilka typów przetwornikow, m.in. termopary (KTO NAPISAŁ TERMISTORY !!!). Termopara z zalozenia ma równa ch-tyke w f-cji dlugosci fali (oczywiscie w pewnym przedziale). Na bazie tego układu i dobrego wzmacniacza operacyjnego mozna juz cos dzialac.

    Innym układem jest wykorzystanie fotoogniwa, ale niestety ma ono bardzo nieliniowa ch-tyke. Mozna ją skorygowac przy pomocy filtrów optycznych, ale bez specjalistycznej aparatury jest to niemozliwe. W tym wypadku, w celu uzyskanie liniowej ch-tyki fotoogniwo musi pracowac na zwarcie. Ale to juz odrebny temat.

    Problem jest duzo latwiejszy jesli pomiary mają byc wzgledne, tzn sluzące porównaniu jakis elementów. Wtedy oczywiscie nie bedziemy znali konkretnej wartosci uW czy mW / cm2, a tylko porównamy który element mocniej promieniuje. Ale tu tez nalezy zachowac pewne zasady. Jesli to kogos zainteresuje, to moze znowu przemęcze wrodzone lenistwo i coś sobie przypomnę.
  • #13 986960
    wiesko
    Poziom 11  
    W odpowiedzi dla „Bolka” i nie tylko informuję, że na temat całej rodziny przetworników światło[µW/cm²]/ napięcie [V], zbudowanych na fotodiodzie i wzmacniaczu operacyjnym, można znaleźć pełne dane (8÷9 str. w pdf-ie) z wystarczającymi wykresami charakterystyk w katalogu ELFY na stronie www.elfa.se/pl/, wchodząc po kolei w elementy optoelektroniczne/ sensory optyczne/ fotodiody.
    Gotowy przetwornik, o którym wcześniej pisałem ma symbol TSL252R i jak na razie tylko z nim wiąże, przy zapewnieniu odpowiednich warunków pomiarowych, może połowiczne praktyczne rozwiązanie problemu. Nawet po mimo tego, iż wiadomo , że elementy optoelektroniczne w porównaniu z innymi elementami dyskretnymi, potrafią różnić się między sobą w nieporównanie większym %. Tu aż się prosi o przybliżone (szacunkowe) obl., które porównując z wynikami pomiarów, rożniącymi się nawet o 20 % byłoby już dla mnie satysfakcjonującym rozwiązaniem.
    Tu chciałbym prosić kolegę "boomerang"-a, może chciałbyś przemódz, jak to podkreślasz "wrodzone lenistwo" zamiast skutecznie zniechęcać do wykonania własnych przyrządów (dla mnie od początku, gdy wrzucałem ten temat, takie wykonania też były oczywistym nieporozumieniem) i może spróbowałbyś zaproponować takie z jakimś przybliżeniem obliczenia, albo linki do stron z tego typu teorią. Głównie rozchodzi się o obliczenie w przybliżeniu prądu (If) jaki należy przepuścić przez diodę świecącą aby w odl. 10 mm od czoła panowało natężenie promieniowania ok. 50µW/cm² mając do dyspozycji dane katalogowe takie jak w 1 moim poście, gdy zakładałem temat.

    Na razie pozdrawiam.
  • #14 987154
    _jta_
    Specjalista elektronik
    Elementem o dobrej liniowości zależności sygnału wyjściowego od oświetlenia jest
    fotodioda; myślę, że dla małego natężenia światła celowe jest użycie fotodiody o dość
    dużej powierzchni złącza - bo prąd jest w przybliżeniu proporcjonalny do powierzchni -
    i jeśli nie jest tak, że mierzymy wiązkę laserową grubości igły, to można by użyć do
    tego fotodiody o powierzchni złącza tak z kilkanaście mm2.

    Wady fotodiody: wydajność zależy od długości fali, i ma pewien prąd ciemny (rzędu
    chyba dziesiątek nA, na dodatek zależny od temperatury). Zaletą, oprócz liniowości,
    jest duża szybkość - może działać na megahercach. Jeśli chcesz mierzyć światło z LED-a,
    to ma sens zasilanie go prądem pulsującym, i pomiar sygnału zmiennego z fotodiody.
    Fotodiodę do pracy polaryzuje się zaporowo - im wyższe napięcie, tym większa szybkość,
    ale i większy prąd ciemny.
    Zamiast fotodiody można by użyć fotoogniwa _spolaryzowanego zaporowo_ - wtedy
    będzie miało liniową zależność prądu od natężenia światła. Jest tylko taki problem,
    że zwykle ma dość dużą powierzchnię, i oświelenie całej może być trudne. I może
    mieć duży prąd ciemny, zwłaszcza takie nieobudowane - bo brud przewodzi prąd.
REKLAMA