MyPhotometrics: Photodiodenverstärker Pro-Version: 6 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:20

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Ishte Sauron Plus?

Sauron Plus është i vlefshëm për Pro-Version des 4-Kanal Photodiodenverstärkers Sauron, për shembull, duke përdorur Photodioden die Strahlungsleistung einer Lichtquelle erfassen kann. Sein Eingangsstrombereich von 20 nA- 5120 nA reichte allerdings nur für Lichtquellen geringer Intensitäten aus. Für die Messung von Lasern war es deshalb notwendig eine spezielle Sphäre aus LEGO zu verwenden, die die Intensität abschwächte und damit eine Übersättigung des Messinstruments verhinderte. Für professionalelle Zwecke ist diese Lösung nicht optimale.

Die Pro-Version Sauron Plus mund të thuhet për 1000-fache Erhöhung des Eingangstrombereichs mit bis zu 50mA. Versioni Diese gjendet në Anschluss von nur einer Diodë, për shembull, ju do të përdorni Meshanalerweiterung mit dem MyPhotometrics Photo-Rack realisierbar. Mit Sauron Plus është ebenfalls möglich seine Vorgängerversion nga nutzen.

Pikat kryesore:

• Eingangsstrombereich 20 nA - 50mA ·
• Auflösung 10-20 Bit
• Integrimetzeit 1 - 1024 ms

Anwendungen:

• Kontrollues i kualifikuar
• Komponententestet
• Lebensdauertest
• Fotometër
• Powermeter
• …

Die Messung der Strahlungsintensität erfolgt weiterhin über eine e Photodiode, die einfallendes Licht në einen messbaren Strom umwandelt. Die weitere Verarbeitung dieses Stromsignals ermöglichen mehrere Bausteine, die zusammen ein oszillatorisches Messverfahren erlauben, das einen deutlich höheren Eingangsstrombereich liefert. Durch die spezielle Verschaltung eines Kondensators, oszilliert die über ihn abfallende Spannung in einer Frequenz, die je nach Eingangsstrom variiert. Konfiguruesi i Tensionit në Frekuencën e Përgjithshme mund të vijë si rezultat i përdorimit Spannungsspitzen në lidhje me sinjalin më të mirë të përdoruesit Frequenz um. Diese Frequenz kann von dem Mikrocontroller erfasst werden werden. Je höher die aufgenommene Frequenz ist, desto höher ist auch der Eingangsstrom, dhe pak auch die gemessene Lichtintensität.

In diesem Instructable zeigen wir die die Herstellung der Hardware und die Anbindung an einen geeigneten Mikrocontroller. Wir liefern eine funktionsfähige Firmware für einen (fast) beliebigen Arduino (Pinbelegung beachten) dhe ein Beispiel-LabVIEW ™ -Programa als Nutzeroberfläche. Hiermit steht dem Einsatz von Sauron PLUS im Labor nichts mehr im Weg.

Le të fillojmë…

Hapi 1: Bordet e Funksionimit të Aufbau Und

Die goldfarbene Buchse (1), mirëpo një der Platinenkante befestigt ist, dien als Anschluss einer Photodiode mittels Koaxialkabel. Folgend dient ein Relay (2) dazu zwischen den Varianten Sauron (Arsim) dhe Pro-Variante Sauron Plus për këtë qëllim. Mithilfe des hier verwendeten Arduino Nano (3) ist dieser Schalter ansteuerbar. Der Aufbau der Education Version ist bereit in dem Instructable erklärt und befindet sich in dem grün markierten Bereich.

Für die Verwendung von Photodioden mit Signalstärken von mehreren mA ist not notwendig das Signal der Diode noch vor der eigentlichen Messung zu dämpfen. Dazu dient der Transimpedanzverstärker (TIA) (4). Er schwächt das Messsignal mithilfe einer Widerstandskaskade (5) insoweit ab, dass an seinem Ausgang maximal 100uA fließen. Die Ansteuerung des TIA (und damit auch die Wahl des Messbereichs) erfolgt wiederum durch den Arduino dhe einen CMOS Multiplexer (6).

Sauron Plus misst die Strahlungsintensität mithilfe eines oszillatorischen Messverfahrens. Dazu dient der VFC (Konvertuesi i Tensionit në Frekuencën, Zu Deutsch auch U/f- Wandler) (7). Als Referenzspannung dient die Spannungsquelle (8), vdiq si alb schwarzen Blloku auf der Platine erkennen kann. Sie liefert 15V vdiq në mbrëmje 1: 1 Përgjigju të gjitha të drejtat e rezervuara. Rezultatet e fundit 7, 5V mund të jenë të pranishme në Sinjalizimin e Përgjithshëm të "Triggerpunkt" për Kompanuesit e Bestandteil des VFC ist. Die Spannung liegt jam „Pragu“-Eingang an. Der Komparator vergleicht diese mit der Spannung, die am „Comp_Input“-Eingang anliegt.

(Hinweis: Wo genau sich diese Eingänge befinden, lässt sich im SauronPlus.sch nachvollziehen.)

Mund të gjeni këtu Spannung als 7, 5V anliegt, schaltet der VFC einen konstanten Strom, der den Kondensator C5 (9) auflädt. Zusammen mit einem Operationsverstärker (10) bildet C5 einen Integrator. Fließt jetzt Strom aus dem TIA, wechselt die Eingangsspannung des Integrators die Polarität und der Kondensator entlädt sich. Die Ausgangsspannung, welche gleichermaßen der "Comp_Input" des VFC është, më pas. Sobald sie unter den Triggerpunkt fällt, schaltet der VFC nga Ausgangsstrom ab. Durch diesen Vorgang oszilliert die Spannung, sodass Ladungsspitzen erkennbar sind. Diese lassen sich mit dem Arduino Nano zählen. Bei einem maximalen Input (Gama e plotë) në -10V jam Eingang des Integrators të përcjellë nga VFC eine Frequenz në 100kHz. Nga mit steigender Stromstärke das Entladen des Kondensators beschleunigt wird, spiegelt sich die Stromstärke in der resultierenden Frequenz wieder.

Einige der übrigen Bauteile dienen zur Verbesserung des Messignals, wie beispielsweise Pi-Filter (11) në Glätten der Referenzspannung und Potentiometer (12) në Entfernen von Offsets, rezultati përfundon në Kriechströme. Außerdem befinden sich mehrere Schutzvorrichtungen auf der Platine, wie beispielsweise Dioden (13), die vor zu hohen Strömen schützen. Shkruani të dhëna për Konvertuesin Hap-Poshtë (14) në Spannungsquelle von 15V vdisni nga Arduino në versionet e mëparshme në 5V dhe në IO-Expander (15) nga Arduino nuk ju interesojnë IO-Pins për Ansteuerung der zahlreichen Bauteile

Hinweis: Diese Funktionsbeschreibung ist grob zusammengefasst, do die Beschreibung der komplekseren Funktionen den Umfang dieses Instructables überschreiten würde. Wer sich tiefgehender ber die Signalverarbeitung mittels VFC beschäftigen möchte, kann folgende Seiten besuchen:

• U/f_Wandler
• Datenblatt LM331AN

Hapi 2: Benötigte Bauteile, Platine Und Zubehör

Zunächst werden einige Bauteile benötigt, die großteils bei dem Anbieter Farnell erhältlich sind. Für das Hochladen des bereitgestellten Warenkorbs ist eine Reine Registration auf der Seite www.farnell.de notwendig. Jetzt muss die Datei BOMPLUS.xlsx heruntergeladen und unter "Meine Bestellungen" - "Stückliste hochladen" ausgewählt werden. Der Warenkorb wird automatisch zusammengestellt.

Der Warenkorb do të vdesë duke e shtyrë Bauteilmengen, do të vdesë për Sauron Plus që nuk ka njohuri. Wir empfehlen jedoch die Stückzahl einiger Komponenten zu erhöhen. Vdes e praruar në Bei Teilen, die bei der Verarbeitung schnell verloren gehen können (Widerstände, Kondensatoren).

Unter OSH Park ist die Bestellung der Platine mit dem Button Porosit tani. Alternativ einfach das Sauron+.brd file runterladen und bei einem beliebigen anderen PCB-Fertiger në Auftrag geben.

(Përgjigje: Diese Platine mund të kuptohet se si Laserleistungsmessgerät als Stand-Alone-Lösung gjenutzt u kthye, për të gjetur përgjigje për shfaqjen dhe veshjen e Joystick bereits vorhanden sind.)

Weitere notwendige Bauteile sind:

• Der AS89010 der Firma asm Sensors Gjermani wird bislang direkt vom Hersteller geordert. Der Verkaufspreis (Stand Mai 2017) thuhet në 6, 97 € është Einheit. Aufgrund firmeninterner Umstellungen gibt es den AS89010 allerdings schon tullac bei arrow.com oder futureelectronics.com.
• 2x der Arduino Nano (Nano Atmega 328P) z. B. hier für weniger als 5 €.

(Përgjigje: Eshtë e mundur në Arduino Nano für das Board verwendet, dhe kontrolluesin e mëparshëm të faqes së ardhshme të Mesdatenaufnahme eindesetzt werden. Dafür kann ein beliebiger Arduino verwendet werden. Nutzer überlassen. Bei der Erstellung dieses Projekts wurde jedoch auch hier ein Arinino Nano ausgewählt.)

• Die SMA- Buchse, die Stiftleisten (4x) dhe ein übriger Widerstand (1x) z. B bei mouser.de
• Koaxialkabel RG174 zB. bei voelkner.de
• Igebrige Kleinteile: 3, 3uF Kondensator (4x), das Relay und eine 100uH Spule (2x) z. B. bei digikey.de

. möglicherweise nicht beachtet wird, ist hier die Abweichung eines Bauteils vom angegebenen Messwert në Prozent. Vdes ist ein Qualitätsmerkmal, ishte në manchen Bereichen der Schaltung von Sauron Plus nicht zu umgehen ist.)

Prinzipiell ist jegliche Art einer Photodiode mit dem Messsystem kompatibel. Wir empfehlen die Nutzung von Dioden der Typen

• BPX61 oder
• OSD-50-5T

Die BPX61 ist die kostengünstige Lösung, die für einfache Anwendungen und Versuche ausreicht.

Përgjigje ausgewählte Dioden Typ, die OSD-50-5T, ju lutem lexoni të dhëna të tjera në Empfindlichkeit aus, sondern leider auch durch einen sehr hohen Preis. Es sind häufig Angebote, z. B. bei Ebay, AliExpress usw., zu finden. Eine kurze Recherche dazu lohnt sich. Die Diode eignet sich mit einer aktiven Fläche von 50qmm für Messungen mit einer direkten Einstrahlung der Quelle, auch ohne Messkugel. Allerdings ist die Diode bereits bei Leistungen unter 1mW übersättigt und übersteuert aus diesem Grund bei der Messung konventioneller Laserpointer. Die Verwendung der OSD-50 ist deshalb und aufgrund ihres hohen Preises nur für professionalelle/ semiprofessionelle Laboreinsätze zu empfehlen.

Hapi 3: Anfertigen Der Hardware

Zum Anfertigen der Platine sollte zuerst mithilfe des Stencils Lötpaste auf die vorgesehenen Pads aufgetragen werden. Als Lötpaste empfehlen wir eine bleifreie Variante, z. B. SMD Solderpaste von Chipquik, zu verwenden, da ansonsten das Einatmen des entstehenden Rauchs beim Erhitzen gesundheitsschädlich wirken kann. Danach sind die einzelnen Bauteile an den richtigen Stellen zu platzieren. Dabei sollte bei den kleinen Bauteilen filluan të vijnë, um das Bestücken einfacher zu gestalten. Zuletzt muss die bestückte Platine erhitzt werden, damit die Lötpaste die Bauteile an die Platine binden kann. Kleine Ungenauigkeiten në der Platzierung der Bauteile sind akzeptabel, beim Aufschmelzen der Lötpasteöpufnögufnpanfufnpanfufnilegufnilenufnufnufnufnufnufnufnufnufnufnufnufnufnufnufnufnufnufsufn vufuigeu

Die Lötung erfolgt idealerweise mit einem professionalellen Lötofen z. B. einem Dampfphasen Lötofen. Përgjigje Përgjigje Përgjigje Ju mund të përdorni të gjitha kostot e përdorura Lösung in Form eines Reflow-Kits, të vendosura në PCB Pool angeboten wird.

(Hinweis: In unserer Vorgängerversion der Verstärkerplatine bot sich auch die improvizierte Variante der Erhitzung der Platine mit der Verwendung einer einfachen Herdplatte, zB einer Camping Herdplatte, an. Nach einem kurzen ossshten ossshtrenschrenschrenschrenschrenschrenschrenschrenschrenschrenschrenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenenen, Lufrenshtrenen Sachsenen, Aufragenen, Aufragenen, Aufrauchen eine kleinere Platine handelte, war der Lötvorgang leichter zu beobachten und zu kontrollieren. Deshalb ist diese Variante për Sauron Plus nicht zu empfehlen.)

Danach folgt das Anbringen der Bauteile mit Steckverbindungen. Die einzelnen Steckverbinder sollten durch Lötungen mit den Kontakten verbunden werden (z. B. mit solch einem Lötkolben und Lötdraht).

Wie die Fertigung in einzelnen Schritten aussieht, wird im Video vorgestellt

Überschüssige Lötpaste führt bei SMD Bauteilen wie dem AS89010 mit einem Beinchenabstand me 0.635 mm schnell zu Kurzschlüssen nach dem Löten. Normalerweise lässt sich durch kurzes Erhitzen mit dem Lötkolben mit Hohlkehle der überschüssigen Zinn entfernen.

Wie eine Photodiode mit einem Koaxialkabel verbunden wird, mund të Instructable Sauron nachgelesen werden.

Hapi 4: Kommunikation Zwischen Arduino Und LabVIEW - Konfigurimi LabVIEW

Für die grafische Darstellung der Messergebnisse lässt sich die Entwicklungsumgebung LabVIEW verwenden. LabVIEW t ist für Studenten und Schüler kostengünstig zu erwerben. siehe hier

(Hinweis: Das UserInterface für Sauron benötigt die Version NI LabVIEW 2016)

Für die Kommunikation mit dem Arduino ist das Modul LabVIEW Ndërfaqja për Arduino über den JKI VI Menaxheri i Pakos për instalim. Falls dieser noch nicht installiert ist, ist der Package Manager hier zum Shkarko erhältlich. Achte darauf, dass der NI VISA Treiber installiert ist. Vdes ist der Treiber, der für die Kommunikation mit dem Arduino zuständig ist.

Lade die.zip Datei LabVIEWPlus.zip herunter. Die darin enthaltene Datei SPLUS_RACK_4_SHUTTER.vi beinhaltet das mit LabVIEW ™ entwickelte virtuelle Instrumenti SauronPlus VI. Die VI stellt die Basisfunktionalitäten für die Kommunikation und Konfigurimi i Sauron Plus zur Verfügung.

(Hinweis: Die Datei muss unbedingt in dem heruntergeladenen Ordner mit allen übrigen Dateien verbleiben, da die VI auch auf diese zugreifen muss.)

Hapi 5: Kommunikation Zwischen Arduino Und LabVIEW - Konfigurimi Arduino

Der Arduino muss mittels USB an den PC angeschlossen werden. Dieser Controller kontrolliert die Messdatenaufnahme.

Për më tepër Programmierung mit dem Arduino mund të përdorë falas verifikimin e burimit të hapur IDE Arduino Software verwendet. Esht wichtig, dass für die Kommunikation mit dem Arduino der richtige COM - Port (USB) ausgewählt wird.

Die Datei FirmwareForBackplain.zip beinhaltet die zum Betrieb von Sauron Plus mit dem Arduino Nano notwendige Firmware. Diese Firmware erlaubt die Konfiguration und das Auslesen der Messdaten mit der ebenfalls bereitgestellten LabVIEW -VI. Die Datei Sauron.ino wird auf den Controller geladen, der die Messdatenaufnahme kontrolliert.

Der Arduino muss dann, z. B. mithilfe von femër-femër Jumper Kabeln, mit dem Arduino auf der Platine verbunden werden. Dazu ist das Pinout (siehe oben) des Arduino hilfreich. Der Ausschnitt der Platine (s.o.) zeigt welche Pins miteinander verbunden werden. Dabei werden die Pins SDA, SCL und GND mit dem jeweils gleichnamigen verbunden. V+ muss mit dem 5V-Ausgang des Arduino Nano und INT_RDY mit dem INT0 Pin verbunden werden.

Përdorni firmware për Arduino Nano, ju lutemi të shihni Platin von Sauron Plus, të vendoset në datën ArduinoNANO_SPLUS.zip zur Verfügung gestellt. Die Datei SauronPLUS.ino wird jetzt auf den Platinencontroller gespielt.

Hapi 6: Anwendung Benutzerinterface

Nach dem Laden der Sauron PLUS VI lasen sich hier asber das Benutzerinterface die Betriebsparameter einstellen.

Diese VI është në të vërtetë për Nutzung mit dem Photo Rack geeignet. Aus diesem Grund stellt die VI ein Userinterface nga Bedienung von vier Kanälen gleichzeitig bereit.

• Schalter oben: schalten jeweiligen Messkanal für die Messung ein
• CH 1- CH4: schaltet den jeweiligen Messkanal für die Einstellungen mittels der runden Bedienelemente ein oder aus
• Fuqia: e zezë vdes për argjendarinë Photodiode einfallende Leistung në W (Përgjigje: Die Empfindlichkeit der Photodiode nuk mund të gjendet në derën Sauron VI, duke përfshirë Kalibrierfiles hinterlegt.)
• Gjatësia e valës: Die Wellenlänge der Lichtquelle muss bekannt sein und eingetragen werden
• COM: Auswahl des COM Portet zur Verbindung mit dem Arduino (nuk është e mundur për Mikrocontroller verschieden sein).
• Niveli dB: Auswahl der Dämpfung në dB
• Koha e integrimit në ms: Auswahl der Integrationszeit des Messsingals në ms
• Skedari i Kalibrimit: Jeder Messkanal benötigt ein eigenes File, mirret nga Kalibrierung der jeweiligen Diode beinhaltet. Die Files për më shumë informacion në lidhje me Diodentypen në Firmware des Systems nuk do të ketë një rënie të besimit në Ordner indem sich die VI.

(Përgjigjet: Die Datei Asnjë pd kann ausgewählt u kthyen në të gjithë 1: 1 Messung ohne Kalibrierung durchzuführen.)

• Detektor: zeigt dann den ausgewählten Messkopf an
• Messung: startet die Messung
• Modaliteti i drejtpërdrejtë: filloni kontinuierliche Messung

(Përgjigjet: Diese Nutzeroberfläche ist nur ein Beispiel, wie Sauron Plus angewendet werden kann. Eshte e njohur si ne Nutzerinterfaces angepasst werden, dhe Sauron Plus është nach Bedürfnis zu verwenden.)