MyPhotometrics: Photodiodenverstärker Pro-Version: 6 ደረጃዎች (ከስዕሎች ጋር)

2024 ደራሲ ደራሲ: John Day | [email protected]. ለመጨረሻ ጊዜ የተሻሻለው: 2024-01-30 07:31

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Ist Sauron Plus ነበር?

Sauron Plus ist die Pro-Version des 4-Kanal Photodiodenverstärkers 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. 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 professionelle Zwecke ist diese Lösung nicht optimal.

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

ዋና ዋና ነጥቦች

• Eingangsstrombereich 20 nA - 50mA ·
• Auflösung 10-20 ቢት
• ውህደቶች 1 - 1024 ሚ.ሜ

አንወንዱንገን ፦

• Qualitätskontroller
• Komponententests
• ሊበንስዳወርርስትስ
• ፎቶሜትር
• የኃይል መለኪያ
• …

Die Messung der Strahlungsintensität erfolgt weiterhin über eine Photodiode, einen messbaren Strom umwandelt ውስጥ einfallendes Licht ይሙት። Die weitere Verarbeitung dieses Stromsignals ermöglichen mehrere Bausteine ፣ 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 Voltage to Frequency Converter wandelt die resultierenden Spannungsspitzen zu einem Signal mit bestimmter Frequenz um. Diese Frequenz kann von dem Mikrocontroller erfasst werden werden. Je höher die aufgenommene Frequenz ist, desto höher ist auch der Eingangsstrom, und somit auch die gemessene Lichtintensität.

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

እንጀምር…

ደረጃ 1 - Aufbau Und Funktion Des Boards

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

Für die Verwendung von Photodioden mit Signalstärken von mehreren mA ist es 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. Ansteuerung des TIA (und 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 (ቮልቴጅ ወደ ድግግሞሽ መለወጫ ፣ zu deutsch auch U/f- Wandler) (7)። Als Referenzspannung dient die Spannungsquelle (8) ፣ ይሞታል ሰው als schwarzen አግድ auf der Platine erkennen kann. Sie liefert 15V die durch einen 1: 1 Spannungsteiler auf die Hälfte abgesenkt werden. Resultierenden 7, 5V dienen im folgenden Verlauf der Signalverarbeitung als “Triggerpunkt” eines Komparators der Bestandteil des VFC ist. እስፔኑንግ liegt am “Threshold” -Eingang an. ዴም ኮምፓራተር vergleicht diese mit der Spannung ፣ “Comp_Input” -Eingang anliegt am am.

(ሂንዌይስ ፦ ዎ ጌኑ ሲች ዲሴ ኢንግäንጌ በፊንደን ፣ ሉስስት ሲች ኢም SauronPlus.sch nachvollziehen።)

Sobald eine höhere 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። 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 ይሞታሉ Spannung, sodass Ladungsspitzen erkennbar sind. Diese lassen sich mit dem Arduino Nano zählen. Bei einem maximalen Input (Full Range) von -10V am Eingang des Integrators liefert der VFC eine Frequenz von 100kHz. 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 und Potentiometer (12) zum Entfernen von Offsets, resultierend durch Kriechströme. Außerdem befinden sich mehrere Schutzvorrichtungen auf der Platine, wie beispielsweise Dioden (13), die vor zu hohen Strömen schützen. Desweiteren liefert ein Step-Down Converter (14) aus der Spannungsquelle von 15V die vom Arduino benötigte Versorgungsspannung von 5V und ein IO-Expander (15) dem Arduino weitere notwendige IO-Pins zur Ansteuerung der zahlreichen Bauteile.

ሂንዌይስ - ዲሴ Funktionsbeschreibung ist grob zusammengefasst, da die Beschreibung der komplexeren Funktionen den Umfang dieses Instructables überschreiten würde. Wer sich tiefgehender über die Signalverarbeitung mittels VFC beschäftigen möchte, kann folgende Seiten besuchen:

• U/f_Wandler
• ዳተንብላት LM331AN

ደረጃ 2 - ቤኖቲግ ባውቴይል ፣ ፕላቲን ኡን ዙቤሆር

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

ዴር ዋረንኮርብ ሞቱ exakten Bauteilmengen ፣ ለሞቱ Sauron Plus notwendig sind። Wir empfehlen jedoch die Stückzahl einiger Komponenten zu erhöhen. ይሞታል 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 Order now möglich። Alternativ einfach das Sauron+.brd ፋይል runterladen und bei einem beliebigen anderen PCB-Fertiger in Auftrag geben.

(ሂንዌይስ-ዲሴ ፕላቲነን 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 sind:

• ደር AS89010 ደር ፊርማ አስም ዳሳሾች ጀርመን wird bislang direkt vom Hersteller geordert. ዴር ቬርካፍspreis (Stand Mai 2017) liegt bei 6, 97 € je Einheit. Aufgrund firmeninterner Umstellungen gibt es den AS89010 allerdings schon bald bei arrow.com oder futureelectronics.com.
• 2x der Arduino Nano (ናኖ አትሜጋ 328 ፒ) z. B. hier für weniger als 5 € (Da nicht alle Pins notwendig sind, sollte das Board keine verlöteten Steckerleisten besitzen.)

(ሂንዌይስ ፦ Es kann bei 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 werden. ኑዘር üበርላስሰን። ቤይ ደር ኤርስቴሉንግ ፕሮጄክት ወርዱ ጄዶክ አች ሄር ኤን አርዱዲኖ ናኖ አውስዌውህልት።)

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

(ሂንዌይስ-ሲቸር ጉቤ እስ ኢይንጌ ባውቴይል ፣ ከዚህ የበለጠ ሞልቶ aufgeführt sind ፣ auch bei farnell.com 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 ist jegliche Art einer Photodiode mit dem Messsystem kompatibel. Wir empfehlen ይሞታሉ Nutzung von Dioden der Typen

• BPX61 oder
• OSD-50-5T

BPX61 ይሞታል kostengünstige Lösung ፣ ለ f er einfache Anwendungen und Versuche ausreicht ይሞታል።

ደር zweite ausgewählte Dioden Typ, die 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. ዲኦዴ ኢግኔት ሲች ሚት ኢይነር አክቲቨን ፍሉቼ ቮን 50 ኪ.ሜ ለሙሱንግን ሚት ኢይነር ዳይሬክት ኢንስታራሉንግ ደር ኩሌ ፣ አች 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 professionelle/ semiprofessionelle Laboreinsätze zu empfehlen.

ደረጃ 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. ዳበይ ሶልተይ ቤይ ደን ክላይን ባውቴይሊን ቤጎንነን ወርደን ፣ ኡም ዳስ ፊስቼክን ኢንፋherር 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 "ziehtöt Lnsiät Lsten deenätsen Llsptsenftsenflätänsplspn deenätsen Llätänän die Regenänätänänän die Regnätänän Reg ä ä ä"

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

(ሂንዌይስ: ባልተለመደ 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 kurzen”Aufraucen” Aufraucen. eine kleinere Platine handelte, war der Lötvorgang leichter zu beobachten und zu kontrollieren። Deshalb ist diese Variante für Sauron Plus nicht zu empfehlen።)

ዳናች 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)።

በ einzelnen Schritten aussieht ውስጥ Wie die Fertigung, wird im Video vorgestellt።

Überschüssige 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 Photodiode mit einem Koaxialkabel verbunden wird, kann im Instructable Sauron nachgelesen werden.

ደረጃ 4 - Kommunikation Zwischen Arduino Und LabVIEW - Configuration LabVIEW

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

(ሂንዌይስ - ዳስ UserInterface für Sauron benötigt die Version NI LabVIEW ™ 2016)

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

ላዴ ይሞታል Darin enthaltene Datei SPLUS_RACK_4_SHUTTER.vi beinhaltet das mit LabVIEW ™ entwickelte virtuelle Instrument SauronPlus VI. Die VI stellt die Basisfunktionalitäten für die Kommunikation und Konfiguration von Sauron Plus zur Verfügung.

”

ደረጃ 5 - Kommunikation Zwischen Arduino Und LabVIEW - Configuration Arduino

Der Arduino muss mittels USB an den PC angeschlossen werden. Dieser መቆጣጠሪያ kontrolliert መሞት Messdatenaufnahme.

Für die Programmierung mit dem Arduino kann die frei verfügbare ክፍት ምንጭ IDE Arduino Software verwendet werden. Es ist wichtig, dass für die Kommunikation mit dem Arduino der richtige COM - ወደብ (ዩኤስቢ) ausgewählt wird.

የዴቲን ፋርማware ለባክፕላፕን.ዚፕ 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. ዲቲን ሳውሮን።

ዴር አርዱinoኖ ሙስ ዳንን ፣ ዘ.ቢ. mithilfe von ሴት-ሴት Jumper Kabeln, mit dem Arduino auf der Platine verbunden werden. ዳዙ ist das Pinout (siehe oben) des Arduino hilfreich. Der Ausschnitt der Platine (s.o.) zeigt welche ፒኖች 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.

Firmware für den Arduino Nano, der sich auf der Platine von Sauron Plus befindet, wird in der Datei ArduinoNANO_SPLUS.zip zur Verfügung gestellt. ዲትዲ SauronPLUS.ino wird jetzt auf den Platinencontroller gespielt.

ደረጃ 6: Anwendung Benutzerinterface

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

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

• ሻልተር ኦቤን: schalten jeweiligen Messkanal für die Messung ein
• CH 1- CH4: schaltet den jeweiligen Messkanal für die Einstellungen mittels der runden Bedienelemente ein oder aus
• ኃይል: 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.)
• የሞገድ ርዝመት - Die Wellenlänge der Lichtquelle muss bekannt sein und eingetragen werden
• COM: Auswahl des COM Ports zur Verbindung mit dem Arduino (kann je nach Mikrocontroller verschieden sein)።
• ደረጃ dB: Auswahl der Dämpfung በዲቢቢ ውስጥ
• በ ms ውስጥ የውህደት ጊዜ - Auswahl der Integrationszeit des Messsingals in ms
• የካሊብሬሽን ፋይል - Jeder Messkanal benötigt ein eigenes File, welches die Kalibrierung der jeweiligen Diode beinhaltet. Die Files sind für die zwei verschiedenen Diodentypen in der Firmware des Systems verarbeitet und liegen ebenfalls in dem Ordner indem sich die VI befindet.

(ሂንዌይስ ዲ ዲ ኖ ኖ ኖ ፒዲኤን kann ausgewählt werden um eine 1: 1 Messung ohne Kalibrierung durchzuführen።)

• መርማሪ: zeigt dann den ausgewählten Messkopf an
• Messung: startet die Messung
• የቀጥታ ሁኔታ: startet kontinuierliche Messung

(ሂንዌይስ - ዲሴ 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.)