Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Detekcja i pomiar czasu trwania bardzo słabych i krótkich impulsów światła

14 Kwi 2014 22:08 2652 12
  • Poziom 8  
    Witam,

    Konstruuję układ do pomiaru czasu BARDZO słabych impulsów światła,
    czas ich trwania wynosi od 50 do 800 mikrosekund, jednak cały problem polega na tym że układ jest wzbudzany przez diodę LED która świeci niemal prosto w fotodiodę, przez co po zgaśnięciu LEDa układ pozostaje nasycony przez pewien czas po zgaśnięciu owej diody.

    Buduję układ w oparciu o OPT101 który ma zintegrowany wzmacniacz transimpendancyjny. Im większe dam wzmocnienie tego wzmacniacza (dołączając większy Rext) tym układ pozostaje dłużej w nasyceniu po zgaśnięciu LEDa, przez co sygnał który chcę mierzyć zostaje "ukryty" pod tym niechcianym nasyceniem.

    Czy ktoś wie jak skonstruować odpowiedni wzmacniacz?

    Przeglądając Internet trafiłem na kilka konstrukcji do wykrywania promieniowania, opartych na wzmacnianiu sygnałów z fotodiody (BPW34). Tam układ składa się z kilku połączonych wzmacniaczy, jednak nie znalazłem wartości elementów, przez co nie wiem jakie powinno być wzmocnienie poszczególnych stopni.

    Jestem gotowy zapłacić za pomoc.
  • Poziom 36  
    Jakie jest tego zastosowanie? Generalnie to nie wygląda mi to na bardzo słaby sygnał, a tym bardziej na bardzo krótki impuls - to są pojęcia względne. O jakiego rzędu mocach mówimy (lub jakiego rzędu prądach fotodiody)? Najlepiej to by było zrobić po prostu układ o takiej czułości, żeby się nie nasycał. Tu jest kolejny konflikt faktów: piszesz o BARDZO słabym sygnale który jest na tyle silny że nasyca Ci detektor... Musisz podać więcej danych, w tym w jakim paśmie częstotliwości ma to pracować itp. Skąd pewność że to układ detekcji powoduje to opóźnienie a nie nadajnik?
  • VIP Zasłużony dla elektroda
    Co to są te "BARDZO słabe sygnały"? Bo bardzo słabe sygnały świetlne, to sygnały rzędu pojedynczych fotonów. I stosuje się do ich detekcji zupełnie inne podzespoły - fotopowielacze. Więc podaj parametry sygnałów, na których pracujesz.
  • Poziom 8  
    Dziękuję za zainteresowanie,

    Otóż fotopowielacz odpada ze względu na cenę.

    Układ ma służyć do badania światła wypromieniowywanego przez specjalny luminofor.

    Urządzenie działa w następujący sposób.

    -niebieska dioda oświetla luminofor przez 50 ms
    -"naświetlony" luminofor wysyła promieniowanie przez okres od 50 do 800 us (długość fali 650nm).
    -detektor wychwyca promieniowanie i wystawia sygnał na pin AVRa
    -procesor liczy czas luminescencji

    impulsy diody emitowane są co 500 ms.
    Cytat:
    piszesz o BARDZO słabym sygnale który jest na tyle silny że nasyca Ci detektor

    Detektor nasyca się z powodu właśnie tej niebieskiej diody LED.

    Cytat:
    Skąd pewność że to układ detekcji powoduje to opóźnienie a nie nadajnik?

    Niebieska dioda zasilana jest prosto z pina avr, więc wydaje mi się że impuls bardziej prostokątny nie będzie.

    Niestety nie potrafię dokładnie powiedzieć o jak słabych sygnałach mówimy.
    Jedyne co mogę powiedzieć to że dla układu z rysunku (tak_działa) sygnał był wystarczający ale gdy odsunąłem luminofor na 3mm sygnał zanika całkowicie.
    Natomiast układ musi działać jak na drugim rysunku czyli odległość luminofor detektor około 3 cm.
  • Poziom 36  
    Jak duży jest ten luminofor? Zasilanie diody bezpośrednio z pinu AVR wcale nie musi być najszybszym możliwym sposobem, nie jest to takie oczywiste. Do fotodetektora można dać filtr optyczny dolnoprzepustowy tak, żeby mało reagował on na światło z diody LED i się nie nasycał. Można też go kluczować tak, żeby zaczynał mierzyć dopiero w momencie wyłączenia LEDa (nie wiem jak w przypadku tego konkretnego modelu). Generalnie na początek użył bym zwykłej fotodiody, jak wspomniana już BPW34, i samodzielnie zrobionego wzmacniacza. Wtedy jest większa kontrola parametrów i można więcej pomierzyć co się tam dzieje. Jak to będzie uruchomione to można będzie przejść na detektor ze zintegrowanym wzmacniaczem w celu uproszczenia konstrukcji. Dobrze byłoby zastosować ten filtr optyczny, najlepiej interferencyjny, ale żeby go dobrze dobrać musisz znać widmo promieniowania LEDa i widmo tego luminofora. O fotopowielaczach, diodach lawinowych innych takich cudach nie ma tu co nawet wspominać bo to tylko pogorszy aktualny problem, światło z LEDa po prostu zniszczy taki detektor.
  • Poziom 8  
    Luminofor to krążek o średnicy 3 cm, ale nie ma problemu żeby go powiększyć lub zmniejszyć.

    Mam kilka diod BPW34 i parę wzmacniaczy operacyjnych nie ma problemu żeby sprawdzić jakiś układ.

    Cytat:
    Można też go kluczować tak, żeby zaczynał mierzyć dopiero w momencie wyłączenia LEDa

    To brzmi całkiem nieźle, czy mógłbyś to rozwinąć?

    Co do widma promieniowania to nie za bardzo wiem gdzie to można sprawdzić...

    Wpadłem na pomysł żeby zastosować soczewkę z kolimatora do LED TAKIEGO
    Jest to zwykła soczewka płasko wypukła. Czy nada się ona do wzmocnienia sygnału?
  • Poziom 36  
    240volt napisał:

    To brzmi całkiem nieźle, czy mógłbyś to rozwinąć?

    Jeśli to wzmacniacz się nasyca a nie sama dioda to można jakoś za pomocą tranzystora blokować prąd diody i odblokowywać go w momencie wyłączenia LEDa. Jeśli zastosowany jest wzmacniacz transimpedancyjny to można np. jego wejście zwierać do masy tranzystorem polowym w czasie kiedy ma nie mierzyć. Ale tak w ogóle to może lepszy dobór wzmocnienia lub samego wzmacniacza operacyjnego tak, żeby albo się nie nasycał albo jego nasycenie nie spowalniało go tak bardzo, rozwiąże problem.

    240volt napisał:

    Co do widma promieniowania to nie za bardzo wiem gdzie to można sprawdzić...
    W specyfikacji technicznej, odpowiednio diody LED i luminoforu. Ewentualnie można się domyślać i jeśli napisałeś że luminofor promieniuje w 650nm to dać filtr np. dolnoprzepustowy który blokuje <550nm a przepuszcza >550nm.

    240volt napisał:

    Wpadłem na pomysł żeby zastosować soczewkę z kolimatora do LED TAKIEGO
    Jest to zwykła soczewka płasko wypukła. Czy nada się ona do wzmocnienia sygnału?
    Soczewka może co najwyżej zbierać sygnał optyczny i skupiać je na detektorze. To zwiększy sprawność detekcji - ale również tego światła z LEDa które odbija się od luminoforu. Można pomyśleć o zastosowaniu soczewki jeśli bez niej sygnał docierający do detektora będzie za słaby, ale lepiej wybrać jakąś normalną sensowną soczewkę a nie kolimator o którym do tego nic z parametrów optycznych nie wiadomo (nawet ogniskowej).
  • Poziom 8  
    Czy możesz podpowiedzieć, gdzie znajdę takie filtry i soczewki?

    Spróbuję powalczyć z tym blokowaniem sygnału fotodiody i wieczorem przedstawię efekty.
  • Poziom 36  
    Nie znam żadnych tanich opcji, zobacz firmy Thorlabs, OptoSigma - tam można kupić. Ale można też wydłubać "za darmo" z jakiegoś sprzętu tylko problem jest taki że trzeba szukać i kombinować, co zajmuje dużo czasu (ale jest stosunkowo za darmo).
  • Poziom 8  
    Witam ponownie,

    Skonstruowałem układ ze schematu w załączniku,
    niestety jak widać na zdjęciu z oscyloskopu podczas świecenia LEDa, mosfet spełnia swoją rolę jednak po zaprzestaniu działania mosfeta układ działa jeszcze gorzej niż bez jego pomocy. Ponieważ z mosfetem zakryte jest prawie 400us a bez jedynie około 150us.

    Fotodiodę w opt101 oświetlałem prosto z diody led
  • Poziom 36  
    No "nie do końca" o to mi chodziło z tym tranzystorem. Miałeś zrobić układ na oddzielnym wzmacniaczu... Możesz sprawdzić jak bardzo musisz oddalić ten układ co masz od LEDa żeby przestał się nasycać. To Ci powie jak bardzo się on nasyca. Jak będziesz robił układ na oddzielnym wzmacniaczu to radziłbym zrobić mniejsze wzmocnienie a potem jeśli trzeba to drugi stopień wzmocnienia, napięciowy. Wejście miało być zwierane do masy a ty tu jakieś cuda robisz ze zwieraniem wejścia do plusa zasilania... ?!!! tak jak to narysowałeś to nie ma za bardzo prawa działać, a w ogóle to dobrze jeśli tego scalaka w ten sposób nie upaliłeś.
  • Poziom 13  
    240volt napisał:


    -niebieska dioda oświetla luminofor przez 50 ms
    -"naświetlony" luminofor wysyła promieniowanie przez okres od 50 do 800 us (długość fali 650nm).
    -detektor wychwyca promieniowanie i wystawia sygnał na pin AVRa
    -procesor liczy czas luminescencji

    Filtr nie stanowi żadnego problemu. Szukaj w sklepach astronomicznych filtrów planetarnych. Filtr czerwony to kilkadziesiąt PLN.

    Arrakis
  • Poziom 8  
    OK, problem rozwiązany. wystarczył filtr optyczny aby led przestała oślepiać fotodetektor.

    Jako ciekawostkę dodam że cena 100 sztuk filtrów o wymiarach 5x5 mm wyniesie ponad 6000 zł oczywiście można wtedy precyzyjnie określić pasma blokowania i przepuszczania.