MyPhotometrics: Photodiodenverstärker Pro-Version: 6 Steps (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

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คือ Sauron Plus หรือไม่?

Sauron Plus ist ตาย Pro-Version des 4-Kanal Photodiodenverstärkers Sauron, der mithilfe von geeigneten Photodioden die Strahlungsleistung einer Lichtquelle erfassen kann. Sein Eingangsstrombereich ฟอน 20 nA- 5120 nA reichte allerdings nur für Lichtquellen geringer Intensitäten aus. สำหรับตัวตาย ฟอน Lasern สงคราม es deshalb ไม่ได้ eine spezielle Sphäre หรือ LEGO zu verwenden, die die Intensität abschwächte und damit eine Übersättigung des Messinstruments verhinderte. Für professionalelle Zwecke ist diese Lösung nicht เหมาะสมที่สุด

Die Pro-Version Sauron Plus liefert eine etwa 1000-fache Erhöhung des Eingangstrombereichs กับ bis zu 50mA. เวอร์ชัน Diese sieht den Anschluss von nur einer Diode vor, jedoch ist eine Messkanalerweiterung mit dem MyPhotometrics Photo-Rack realisierbar. มิตเซารอนพลัส ist es ebenfalls möglich seine Vorgängerversion zu nutzen

ไฮไลท์:

• Eingangsstrombereich 20 nA – 50mA ·
• ออฟโลซุง 10-20 บิต
• Integrationszeit 1 - 1024 ms

อันเวนดุงเงน:

• Qualitätskontroller
• Komponentests
• Lebensdauertests
• โฟโตมิเตอร์
• เครื่องวัดพลังงาน
• …

Die Messung der Strahlungsintensität erfolgt weiterhin über eine Photodiode, ตาย einfallendes Licht ใน einen messbaren Strom umwandelt Die weitere Verarbeitung dieses Stromsignals ermöglichen mehrere Bausteine, ตาย zusammen ein oszillatorisches Messverfahren erlauben, das einen deutlich höheren Eingangsstrombereich liefert Durch ตาย เกม Verschaltung eines Kondensators, oszilliert ตาย über ihn abfallende Spannung ใน einer Frequenz, ตาย je nach Eingangsstrom variiert Ein Voltage to Frequency Converter wandelt die resultierenden Spannungsspitzen zu einem Signal mit bestimmter ความถี่ um. Diese Frequenz kann von dem Mikrocontroller erfasst เวอร์เดน เวอร์เดน Je höher die aufgenommene Frequenz ist, desto höher ist auch der Eingangsstrom, และ somit auch die gemessene Lichtintensität.

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

เอาล่ะ…

ขั้นตอนที่ 1: Aufbau Und Funktion Des Boards

Die goldfarbene Buchse(1), welche an der Platinenkante befestigt ist, dient als Anschluss einer Photodiode mittels Koaxialkabel. Folgend dient ein Relay (2) dazu zwischen den Varianten Sauron (การศึกษา) und der Pro-Variante Sauron Plus zu wählen. Mitilfe des hier verwendeten Arduino Nano (3) เป็นผู้ควบคุม Schalter ansteuerbar Der Aufbau der Education Version อยู่ใน dem Instructable erklärt und befindet sich in dem grün markierten Bereich

Für die Verwendung von Photodioden mit Signalstärken von mehreren mA ไม่ได้อยู่ที่ Signal der Diode noch vor der eigentlichen Messung zu dämpfen Dazu dient der Transimpedanzverstärker (TIA)(4). Er schwächt das Messsignal mithilfe einer Widerstandskaskade(5) ไม่มีข้อมูล ab, dass an seinem Ausgang maximal 100uA fließen Die Ansteuerung des TIA (และอีกไม่นานก็ตาย Wahl des Messbereichs) เข้าใจแล้ว durch den Arduino และ einen CMOS Multiplexer(6).

Sauron Plus misst ตาย Strahlungsintensität mithilfe eines oszillatorischen Messverfahrens Dazu dient der VFC (ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าเป็นความถี่, ใช้งาน U/f- Wandler)(7). Als Referenzspannung dient die Spannungsquelle (8), die man als schwarzen Block auf der Platine erkennen kann. ผู้อ้างอิง Sie liefert 15V ตาย durch einen 1:1 Spannungsteiler auf die Hälfte abgesenkt werden ผลลัพธ์ตายตัว 7, 5V ตายแล้วใช้งานได้ดีกับ Signalverarbeitung als„Triggerpunkt“eines Komparators der Bestandteil des VFC ist. Die Spannung liegt am "เกณฑ์" -Eingang an. Der Komparator vergleicht diese mit der Spannung, die am „Comp_Input“-Eingang anliegt. เดอร์ คอมปาเรเตอร์

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

Sobald eine höhere Spannung als 7, 5V anliegt, schaltet der VFC einen konstanten Strom, der den Kondensator C5 (9) เปิด Zsammen 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 ist, sinkt. Sobald sie unter den Triggerpunkt fällt, schaltet der VFC ที่ Ausgangsstrom ab. Durch diesen Vorgang oszilliert ตาย Spannung, sodass Ladungsspitzen erkennbar sind. Diese lassen sich mit dem Arduino นาโน zählen Bei einem maximalen Input (ฟูลเรนจ์) จาก -10V น des Integrators liefert der VFC eine Frequenz von 100kHz. ดา mit steigender Stromstärke das Entladen des Kondensators beschleunigt wird, spiegelt sich die Stromstärke in der resultierenden Frequenz wieder.

Einige der übrigen Bauteile dieenen zur Verbesserung des Messignals, wie beispilsweise Pi-Filter (11) กรอง der Referenzspannung und Potentiometer (12) zum Entfernen von Offsets, ผลลัพธ์ที่สิ้นสุด Kriechströme Außerdem befinden sich mehrere Schutzvorrichtungen auf der Platine, wie beispilsweise Dioden (13), die vor zu hohen Strömen schützen. เพิ่มเติม Step-Down Converter (14) เริ่มต้นใช้งาน 15V สำหรับ Arduino ใช้งานขั้นสูง ขยายขอบเขต 5V และ IO-Expander (15) สำหรับ Arduino ใช้งาน IO-Pins สำหรับการทำงานที่ผิดพลาด

Hinweis: Diese Funktionsbeschreibung ist grob zusammengefasst, da die Beschreibung der komplexeren Funktionen den Umfang dieses คำสั่งสอน überschreiten würde Wer sich tiefgehender über die Signalverarbeitung mittels VFC beschäftigen möchte, kann folgende Seiten besuchen:

• U/f_Wandler
• ดาเทนแบลตต์ LM331AN

ขั้นตอนที่ 2: Benötigte Bauteile, Platine Und Zubehör

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

Der Warenkorb enthält die exakten Bauteilmengen, die für Sauron Plus ไม่ใช่บาป Wir empfehlen jedoch ตาย Stückzahl einiger Komponenten zu erhöhen บีซอนเดอร์ปิดทอง bei Teilen, ตาย bei der Verarbeitung schnell verloren gehen können (Widerstände, Kondensatoren)

Unter OSH Park ist die Bestellung der Platine mit dem Button สั่งซื้อตอนนี้ möglich ไฟล์สำรอง einfach das Sauron+.brd runterladen และ bei einem beliebigen anderen PCB-Fertiger ใน Auftrag geben

(ภาษา: Diese Platine kann auch für das Laserleistungsmessgerät als Stand-Alone-Lösung genutzt werden, da die Anschlüsse für das Display und den Joystick bereits vorhanden sind.)

Weitere notwendige Bauteile ซินด์:

• Der AS89010 der Firma asm Sensors เยอรมนี wird bislang direkt vom Hersteller geordert. Der Verkaufspreis (Stand Mai 2017) อยู่ที่ 6, 97€ สำหรับ Einheit Aufgrund firmeninterner Umstellungen gibt es den AS89010 allerdings schon bald bei arrow.com oder futureelectronics.com.
• 2x สำหรับ Arduino Nano (Nano Atmega 328P) z. B. hier für weniger als 5€ (จากทั้งหมด Pins notwendig sind, sollte das Board keine verlöteten Steckerleisten besitzen.)

(สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม: ใช้งานโดย Bedarf auch ein Arduino Nano für das Board verwendet, und ein anderer Controller für die Messdatenaufnahme eingesetzt werden. Dafür kann ein fast beliebiger Arduino verwendet werder. Die Anpassungliist Nutzer überlassen Bei der Erstellung ตาย Projekts wurde jedoch auch hier ein Arduino Nano ausgewählt.)

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

(Hinweis: Sicher gäbe es einige Bauteile, die hier extra aufgeführt sind, auch bei farnell.com. Allerdings sind die Bauteile so gewählt, dass sich der Aufwand bei unterschiedlichen Distributoren zu bestellen Preis-technischnistunger. möglicherweise nicht beachtet wird, ist hier die Abweichung eines Bauteils vom angegebenen Messwert in Prozent. Dies ist ein Qualitätsmerkmal, อยู่ใน manchen Bereichen der Schaltung von Sauron Plus nicht zu umgehen ist

Prinzipiell ist jegliche Art einer โฟโตไดโอด mit dem Messsystem kompatibel Wir empfehlen ตาย Nutzung von Dioden der Typen

• BPX61 หรืออื่นๆ
• OSD-50-5T

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

Der zweite ausgewählte Dioden Typ, ตาย OSD-50-5T, zeichnet sich nicht nur durch ihre exzellente Empfindlichkeit aus, sondern leider auch durch einen sehr hohen Preis. Es sind häufig Angebote, z. B. ใน 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, โอเน่ Messkugel Allerdings ist die Diode bereits bei Leistungen unter 1mW übersättigt และ übersteuert aus diesem Grund bei der Messung konventioneller Laserpointer. ตายแล้ว der OSD-50 ist deshalb und aufgrund ihres hohen Preises nur für careerelle/ semiprofessionelle Laboreinsätze zu empfehlen.

ขั้นตอนที่ 3: Anfertigen Der Hardware

Zum Anfertigen der Platine sollte zuerst mithilfe des Stencils Lötpaste auf die vorgesehenen แผ่นกรอง 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 และ Richtigen Stellen zu platzieren Dabei sollte bei den kleinen Bauteilen begonnen werden, อืม das Bestücken einfacher zu gestalten. Zuletzt muss ตาย bestückte Platine erhitzt werden, damit die Lötpaste die Bauteile an die Platine binden kann. Kleine Ungenauigkeiten in der Platzierung der Bauteile sind akzeptabel, beim Aufschmelzen der Lötpaste "flächent" ตาย

Die Lötung erfolgt Idealerweise mit einem professionalellen Lötofen z. B. einem Dampfphasen โลโทเฟน Da die Anschaffung eines solchen Geräts sehr teuer ist empfiehlt sich beispilsweise eine kostengünstigere Lösung in Form eines Reflow-Kits, das von PCB Pool angeboten wird. เข้าสู่ระบบ

(Hinweis: In unserer Vorgängerversion der Verstärkerplatine bot sich auch die improvisierte Variante der Erhitzung der Platine mit der Verwendung einer einfachen Herdplatte, zB einer Camping Herdplatte, an. Nach einem kuchender s. A. eine kleinere Platine handelte, war der Lötvorgang leichter zu beobachten und zu kontrollieren. Deshalb ist diese Variante für Sauron Plus nicht zu empfehlen.)

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

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

ใช้งานจริง Lötpaste führt bei SMD Bauteilen wie dem AS89010 mit einem Beinchenabstand von 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 โฟโตไดโอด mit einem Koaxialkabel verbunden wird, kann im Instructable Sauron nachgelesen werden

ขั้นตอนที่ 4: Kommunikation Zwischen Arduino Und LabVIEW - การกำหนดค่า LabVIEW

สำหรับภาพวาด Darstellung der Messergebnisse lässt sich die Entwicklungsumgebung LabVIEW™ verwenden LabVIEW™ สำหรับนักศึกษาและ Schüler kostengünstig zu erwerben siehe hier

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

เริ่มต้นใช้งาน mit dem Arduino ist das Modul LabVIEW Interface for Arduino über den JKI VI Package Manager zu installieren ฟอลส์ dieser noch nicht installiert ist, ist der Package Manager hier zum ดาวน์โหลด erhältlich Achte darauf, dass der NI VISA Treiber ติดตั้ง ist. Dies ist der Treiber, der für die Kommunikation mit dem Arduino zuständig ist. ตายแล้ว

Lade die.zip ดาเทอิ LabVIEWPlus.zip herunter Die darin enthaltene Datei SPLUS_RACK_4_SHUTTER.vi beinhaltet das mit LabVIEW™ ที่จะทำให้คุณประทับใจ Instrument SauronPlus VI Die VI stellt die Basisfunktionalitäten für die Kommunikation และ Konfiguration von Sauron Plus zur Verfügung.

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

ขั้นตอนที่ 5: Kommunikation Zwischen Arduino Und LabVIEW - การกำหนดค่า Arduino

Der Arduino muss mittels USB และพีซี แองเกชลอสเซน เวอร์เดน Dieser Controller kontrolliert die Messdatenaufnahme.

Für die Programmierung mit dem Arduino kann die frei verfügbare ซอฟต์แวร์โอเพ่นซอร์ส IDE Arduino ทั่วโลก Es ist wichtig, dass für die Kommunikation mit dem Arduino der richtige COM - Port (USB) เปิดใช้งาน

Die Datei FirmwareForBackplain.zip beinhaltet die zum Betrieb von Sauron Plus กับ Arduino นาโนเฟิร์มแวร์ Diese Firmware erlaubt die การกำหนดค่าและที่ Auslesen der Messdaten mit der ebenfalls bereitgestellten LabVIEW™-VI Die Datei Sauron.ino wird auf den Controller geladen, der die Messdatenaufnahme kontrolliert.

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

Die Firmware สำหรับ Arduino Nano, สำหรับ Arduino Nano, der sich auf der Platine von Sauron Plus befindet, wird in der Datei ArduinoNANO_SPLUS.zip จาก Verfügung gestellt Die Datei SauronPLUS.ino wird jetzt กับ Platinencontroller gespielt.

ขั้นตอนที่ 6: อินเทอร์เฟซ Anwendung Benutzer

Nach dem Laden der Sauron PLUS VI ใช้งานได้จริง über das Benutzerinterface die Betriebsparameter einstellen.

Diese VI เป็นที่ต้องการของ Die Nutzung mit dem Photo Rack geeignet ออสดีเซล Grund stellt die VI ein Userinterface zur Bedienung von vier Kanälen gleichzeitig bereit.

• Schalter oben: schalten jeweiligen Messkanal สำหรับ die Messung ein
• CH 1- CH4: schaltet den jeweiligen Messkanal für die Einstellungen mittels der runden เตียงนอนหรืออย่างอื่น
• พลัง: zeigt die auf die jeweilige Photodiode einfallende Leistung in W (Voraussetzung: Die Empfindlichkeit der Photodiode ist bekannt und in der Sauron VI mittels eines Kalibrierfiles hinterlegt.)
• ความยาวคลื่น: Die Wellenlänge der Lichtquelle muss bekannt sein und eingetragen werden
• COM: Auswahl des COM Ports กับ Verbindung mit dem Arduino (ใช้ Mikrocontroller verschieden sein)
• ระดับ dB: Auswahl der Dämpfung ใน dB
• เวลาในการผสานรวมเป็นมิลลิวินาที: Auswahl der Integrationszeit des Messsingals ในหน่วยมิลลิวินาที
• ไฟล์สอบเทียบ: Jeder Messkanal benötigt ein eigenes File, welches die Kalibrierung der jeweiligen Diode beinhaltet Die Files ตายแล้ว verschiedenen Diodentypen ใน der Firmware des Systems อื่น ๆ และ ebenfalls in dem Ordner indem sich die VI befindet.

(Hinweis: Die Datei None pd kann ausgewählt werden um eine 1:1 Messung ohne Kalibrierung durchzuführen.)

• ตัวตรวจจับ: zeigt dann den ausgewählten Messkopf an
• เมสซอง: startet die เมสซอง
• โหมดสด: เริ่มต้น kontinuierliche Messung

(Hinweis: Diese Nutzeroberfläche ist nur ein Beispiel, wie Sauron Plus angewendet werden kann. Es können auch andere Nutzerinterfaces angepasst werden, um Sauron Plus je nach Bedürfnis zu verwenden.)