MyPhotometrics: Photodiodenverstärker Pro-verzija: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

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Je li to Sauron Plus?

Sauron Plus je Pro-verzija 4-kanalnih fotodiodenverstärkera Sauron, der mithilfe von geeigneten Photodioden die Strahlungsleistung einer Lichtquelle erfassen kann. Sein Eingangsstrombereich von 20 nA- 5120 nA reichte allerdings nur für Lichtquellen geringer Intensitäten aus. Za 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 professionelle Zwecke ist diese Lösung nicht optimal.

Pro-verzija Sauron Plus nalazi se na 1000-fašnoj Erhöhung des Eingangstrombereichs sa bis 50 mA. Ova verzija je dostupna s odgovornom diodom za diode, koja je istinita u Messkanalerweiterung-u s MyPhotometrics Photo-Rack realisierbar. Mit Sauron Plus ist es ebenfalls möglich seine Vorgängerversion zu nutzen.

Izdvajamo:

• Eingangsstrombereich 20 nA - 50mA ·
• Auflösung 10-20 bit
• Integrationszeit 1 - 1024 ms

Anwendungen:

• Qualitätskontroller
• Komponententests
• Lebensdauertests
• Fotometar
• Powermeter
• …

Die Messung der Strahlungsintensität erfolgt weiterhin über eine Photodiode, die einfallendes Licht in 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. Ein Pretvarač napona u frekvenciju ima resulterenden spannungsspitzen zu einem signal mit bestimmter Frequenz um. Ovaj Frequenz kann von mikrokontroler je najbrži. Je höher die aufgenommene Frequenz ist, desto höher ist auch der Eingangsstrom, und somit auch die gemessene Lichtintensität.

U okviru ovog uputstva za upotrebu nalazi se hardverski i hardverski instaliran mikrokontroler. Uz pomoć bilo koje funkcije ugrađenog firmvera za brzo (brzo) vjerovanje Arduinu (Pinbelegung beachten) i Beispiel-LabVIEW ™ -program kao i Nutzeroberfläche. Hiermit steht dem Einsatz von Sauron PLUS im Labor nichts mehr im Weg.

Počnimo…

Korak 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 (Education) und der Pro-Variante Sauron Plus zu wählen. Mithilfe des hier verwendeten Arduino Nano (3) ist dieser Schalter Ansteuerbar. Der Aufbau der Education Version bereits in dem Instructable erklärt und befindet sich in dem grün markierten Bereich.

Za potvrdu fotografije sa fotodiodena sa signalnim signalom mehrerena mA je nesvjestan 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 max 100uA fließen. Odgovor Answering des TIA (i damit auch die Wahl des Messbereichs) erfolgt wiederum durch den Arduino und einen CMOS Multiplexer (6).

Sauron Plus misst die Strahlungsintensität mithilfe eines oszillatorischen Messverfahrens. Dazu dient der VFC (Pretvarač napona u frekvenciju, bez auch U/f- Wandler) (7). Sve referentne informacije o Spannungsquelle -u (8), kao i o bloku s platforme, povezane sa kanom. Ako je napon 15V na snazi 1: 1, nema napajanja. Resultierenden 7, 5V dienen im folgenden Verlauf der Signalverarbeitung als „Triggerpunkt“eines Komparators der Bestandteil des VFC ist. Die Spannung liegt am „Threshold“-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.)

Sobald eine höhere Spannung als 7, 5V angel, schaltet der VFC einen konstanten Strom, der Kondensator C5 (9) auflädt. Zusammen mit einem Operationsverstärker (10) bilten C5 einen Integrator. To je Strom iz TIA -e, koji je uključen u integraciju integratora s polarizacijom i kondenzatorom. Die Ausgangsspannung, welche gleichermaßen der “Comp_Input” des VFC ist, sinkt. Sobald sie unter den Triggerpunkt fällt, schaltet der VFC den Ausgangsstrom ab. Durch diesen Vorgang oszilliert die Spannung, sodass Ladungsspitzen erkennbar sind. Ovo je sa Arduino Nano zählena. Maksimalni ulaz (puni raspon) od -10V am na integratorima koji su na VFC frekvenciji od 100 kHz. Da 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) zum Glätten der Referenzspannung and Potentiometer (12) from Entfernen von Offsets, resultierend durch Kriechströme. Außerdem befinden sich mehrere Schutzvorrichtungen auf der Platine, wie beispielsweise Dioden (13), die vor zu hohen Strömen schützen. Desigiteren liefert ein Step-Down Converter (14) aus Spannungsquelle von 15V for Arduino benzötigte Versorgungsspannung von 5V und IO-Expander (15) de Arduino weitere notwendige IO-Pins zur Ansteuerung der zahlreichen Bauteile.

Hinweis: Diese Funktionsbeschreibung ist grob zusammengefasst, da die Beschreibung der komplexeren Funktionen den Umfang dieses Instructables überschreiten würde. Da li je ovo signal ili signalni signal sa VFC -om, možete ga pronaći na sljedećoj stranici:

• U/f_Wandler
• Datenblatt LM331AN

Korak 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 je registracija na web stranici 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 enthält die exakten Bauteilmengen, die für Sauron Plus notwendig sind. Wir emphehlen jedoch die Stückzahl einiger Komponenten zu erhöhen. Dies gilt besonders bei Teilen, die bei der Verarbeitung schnell verloren gehen können (Widerstände, Kondensatoren).

Unter OSH Park ist die Bestellung der Platine mit dem Button Naručite sada möglich. Alternativni einfach das Sauron+.brd file runterladen und bei einem trustbigen anderen PCB-Fertiger u Auftrag geben.

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

Weitere notwendige Bauteile sind:

• Der AS89010 der Firma asm Sensors Germany wird bislang direct vom Hersteller geordert. Der Verkaufspreis (Stand Mai 2017) liegt bei 6, 97 € je Einheit. Aufgrund firmeninterner Umstellungen gibt es den AS89010 navodi da je ćelav bei arrow.com ili futureelectronics.com.
• 2x der Arduino Nano (Nano Atmega 328P) z. B. hier für weniger als 5 € (Da nicht alle Pins notwendig sind, sollte das Board keine verlöteten Steckerleisten besitzen.)

(Hinweis: Es kann bei Bedarf auch ein Arduino Nano for das Board verwendet, und ein anderer Controller for Messdatenaufnahme eingesetzt werden. Dafür kann ein fast verbiger Arduino verwendet werden. Nutzer überlassen. Bei der Erstellung dieses Projekts wurde jedoch auch hier ein Arduino Nano ausgewählt.)

• SMA- Buchse, die Stiftleisten (4x) und ein übriger Widerstand (1x) z. B bei mouser.de
• Koaksialkabel RG174 zB. bei voelkner.de
• Übrige Kleinteile: 3, 3uF Kondensator (4x), relejni relej i 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-Leistungs-tehnisch dur Fakultet, möglicherweise nicht beachtet wird, ist hier die Abweichung eines Bauteils vom angegebenen Messwert in Prozent. Dies ist ein Qualitätsmerkmal, was in manchen Bereichen der Schaltung von Sauron Plus nicht zu umgehen ist.)

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

• BPX61 oder
• OSD-50-5T

Ovaj BPX61 je kostangünstige Lösung, koji je namijenjen anwendungen i Versuche ausreicht.

Der zweite ausgewählte Dioden Typ, 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. bei Ebay, AliExpress usw., zu finden. Eine kurze Recherche dazu lohnt sich. Dioda je uključena sa aktivnom površinom od 50 qmm za Messungen sa mojom direkcijom Einstrahlung der Quelle, auch ohne Messkugel. Allerdings ist die Diode bereits bei Leistungen unter 1mW übersättigt and übersteuert aus diesem Grund bei der Messung konventioneller Laserpointer. OS Verzija za OSD-50 je deshalb und aufgrund ihres hohen Preises nur für professional/ semiprofessionelle Laboreinsätze zu empfehlen.

Korak 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 begonnen werden, 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 in der Platzierung der Bauteile sind akzeptabel, beim Aufschmelzen der Lötpaste "zieht" die Oberflöchen der Oberflächens

Die Lötung erfolgt idealerweise mit einem professionellen Lötofen z. B. einem Dampfphasen Lötofen. Da biste odgovorili na pitanje da li je njemački proizvođač spreman za korištenje, provjerite je li ovaj proizvod kostangünstigere Lösung u obrascu za ponovnu nadogradnju, na bazi PCB bazena.

(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. 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 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 of 0.635 mm schnell zu Kurzschlüssen nach Löten. Normalerweise lässt sich durch kurzes Erhitzen mit dem Lötkolben mit Hohlkehle der überschüssigen Zinn entfernen.

Wie eine Photodiode mit einem Koaxialkabel verbunden wird, cannn im Instructable Sauron nachgelesen werden.

Korak 4: Komunikacija Zwischen Arduino i LabVIEW - Konfiguracijski LabVIEW

Für die grafische Darstellung der Messergebnisse lässt sich die Entwicklungsumgebung LabVIEW ™ verwenden. LabVIEW ™ je za Studenten und Schüler kostengünstig zu erwerben. siehe hier

(Hinweis: Korisničko sučelje za Sauron u verziji NI LabVIEW ™ 2016)

Za komunikaciju s Arduinom je Modul LabVIEW sučelje za Arduino u JKI VI Package Manager -u za instalaciju. Falls dieser noch nicht installert ist, ist der Package Manager hier zum Download erhältlich. Achte darauf, dass der NI VISA Treiber installiert ist. Dies ist der Treiber, der für die Kommunikation mit dem Arduino zuständig ist.

Lade die.zip Datei LabVIEWPlus.zip herunter. Uklonite datum Datum SPLUS_RACK_4_SHUTTER.vi beinhaltet das mit LabVIEW ™ entwickelte virtuelle Instrument SauronPlus VI. Die VI stellt die Basisfunktionalitäten for Komunikation und Konfiguration von 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.)

Korak 5: Komunikacija Zwischen Arduino i LabVIEW - Konfiguracija Arduino

Arduino ručnici s USB -om i računarom mogu koristiti dodatne uređaje. Dieser Controller kontrolliert die Messdatenaufnahme.

Za programiranje sa Arduino -a možete besplatno koristiti otvoreni izvorni IDE Arduino softver koji je ažuriran. Ovo je istinito rješenje za komunikaciju na Arduinu sa bogatim COM -portom (USB).

Datum datuma FirmwareForBackplain.zip je besplatan sa Betrieba von Saurona Plus sa Arduino Nano -om, a ne poznatog firmvera. Ovaj firmver je konfiguriran i prilagođen porukama s ebenfalls bereitgestellten LabVIEW ™ -VI. Datumi Sauron.ino su uključeni u Kontroler, koji je pod kontrolom Messdatenaufnahme.

Der Arduino muss dann, z. B. mithilfe von female-female 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 and GND mit dem jeweils gleichnamigen verbunden. V+ muss sa 5V-Ausgang des Arduino Nano i INT_RDY sa INT0 Pin verbunden werden.

Ovaj firmver za Arduino Nano nalazi se na platformi Sauron Plus, koja je ugrađena u Datei ArduinoNANO_SPLUS.zip sa ove verzije. Sa datuma SauronPLUS.ino možete izaći na platinenkontroler.

Korak 6: Anwendung Benutzerinterface

Nach dem Laden der Sauron PLUS VI lassen sich hier über das Benutzerinterface die Betriebsparameter einstellen.

Diese VI je auch für die Nutzung mit dem Photo Rack geeignet. Grund stellt die VI ein Userinterface zur Bedienung von vier Kanälen gleichzeitig bereit.

• Schalter oben: schalten jeweliligen Messkanal für die Messung ein
• CH 1- CH4: schaltet den jeweiligen Messkanal für die Einstellungen mittels der runden Bedienelemente ein oder aus
• Snaga: 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.)
• Talasna dužina: Die Wellenlänge der Lichtquelle muss bekannt sein und eingetragen werden
• COM: Auswahl des COM portovi sa Verbindung mit dem Arduino (može se koristiti i sa mikrokontrolerom).
• Nivo dB: Auswahl der Dämpfung u dB
• Vrijeme integracije u ms: Auswahl der Integrationszeit des Messsingals u ms
• Datoteka za kalibraciju: Jeder Messkanal benötigt ein eigenes File, wellings die Kalibrierung der jeweiligen Diode beinhaltet. Datoteke su postavljene za ažuriranje Diodentypena u Firmware -u Sistemskog sistema za provjeru i lažne ebenfalls u dem Ordner indech sich die VI befindet.

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

• Detektor: zeigt dann den ausgewählten Messkopf an
• Messung: startet die Messung
• Režim uživo: pokretanje kontinuirano pokreće 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.)