MyPhotometrics - Gandalf: Leistungsmessgerät Zur Messung Von Lasern Im Sichtbaren Bereich Auf Bason Von "Sauron": 8 ደረጃዎች

2024 ደራሲ ደራሲ: John Day | [email protected]. ለመጨረሻ ጊዜ የተሻሻለው: 2024-01-30 07:32

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ጋንድልፍ ነበር?

Gandalf ist eine Stand -Alone Lösung für die ተንቀሳቃሽ ተንቀሳቃሽ Bestimmung von Laserleistung auf Basis von MyPhotometrics - Sauron.

ሳውሮን ist ein hochauflösender 4-Kanal Photodiodenverstärker, der mithilfe von geeigneten Photodioden die Strahlungsleistung einer Lichtquelle erfassen kann.

Mit der Erweiterung Gandalf ist es möglich Messungen ohne eine Verbindung zum Computer durchzuführen und die gemessene Laserleistung anzuzeigen. Bestehend aus Anschlusskontakten für Sauron, einem LCD Display, einem Playstation® Joystick, sowie einer Trägerplatine zur Aufnahme eines Arduino Nano, liefert Gandalf ein praktisches Userinterface. Einem Spannungsbereich von 6-12V ውስጥ Spannungsversorgung erfolgt mithilfe von Batterien ይሙት።

Dieses Laserleistungsmessgerät kann in seiner günstigsten Form bereits für etwa 105 € hergestellt werden.

ደረጃ 1 - Aufbau Des Boards

Die Platine ist so gestaltet, dass die einzelnen Bauteile gesteckt werden können und das Modul Sauron einfach zu integrieren ist.

Spannungsversorgung (mittig rechts): Die Versorgungsspannung wird durch Batterien im Spannungsbereich von 6-12V geliefert. Es kann beispielsweise ein LEGO ® Batteriegehäuse für 6V Batterien verwendet werden. Der Gebrauch einer 9V-Blockbatterie hat sich ebenfalls bewährt. Spannungsversorgung ist ebenfalls über den USB Anschluss des Arduino möglich

ጆይስቲክ (ሚቲግ) - ዴር ጆይስቲክ ዲን zur zur Bedienung des Menüs።

አርዱዲኖ ናኖ (አገናኞች) - አውፍ ዴም ቦርድ የቦርድ ሚክሮፕሮዘሰር ደር አርዱዲኖ ናኖ verwendet ፣ welcher als Hauptprozessor für die Umrechnungsprozesse dient

• MyPhotometrics - Sauron (oben): Der Photodiodenverstärker Sauron nimmt die Strahlungsleistung einer Lichtquelle mithilfe von Photodioden auf und digitalisiert die Daten.
• TFT LCD ማሳያ (oben ፣ überlagert Sauron): Das Display stellt das Menü dar, in dem Einstellungen vorgenommen und die Messung gestartet werden kann.

• ቡሩንጉን ፦ Die Maße der Bohrlöcher sind so gewählt, dass diese mit denen eines LEGO ® Bausteins kompatibel sind ፣ um ein Gehäuse aus LEGO ®- Bausteinen anfertigen zu können und auch Sauron auf der Shuttle Platine zu befestigen.

(ሂንዌይስ - ዳ ዲ ዳተን አኡፍ ዴም አንጌዜግት werden, ist es nur notwendig die Schritte 1-3 des Projekts MyPhotometrics - Sauron zu befolgen.)

ደረጃ 2 - ቤኖቲግ ባውቴይል ፣ ፕላቲን ኡን ዙቤሆር

Zunächst werden einige Bauteile benötigt, die unter bei exp-tech.de bestellt werden können (አውራ ጣት ጆይስቲክ እና አዳፍሮት ማሳያ)።

ሃርድዌር von Sauron wird ፣ wie im Projekt MyPhotometrics - Sauron beschrieben (ደረጃ 1-3) ፣ aufgebaut። Die Befestigung von Sauron sollte nach Möglichkeit mit zwei Rundplatten 1x1 von LEGO ® erfolgen.

(ሂንዌይስ: Die Platine von Sauron hält auf der Gandalf-Platine auch aufgrund der Lötung. Die Lötstelle wird jedoch ohne die zusätzliche Befestigung mehr beansprucht.)

Zur Befestigung des Displays empfehlen wir die Verwendung von zwei M2x18 Zylinderkopf Schrauben, sowie insgesamt sechs passenden Muttern. Diese lassen sich problemlos auf Ebay oder in einem Bau- oder Modellbaumarkt finden.

Unter OSH Park ist die Bestellung der Platine mit dem Button Order now möglich። Alternativ einfach das LegoPhotometerBoard.brd ፋይል runterladen und bei einem beliebigen anderen PCB-Fertiger in Auftrag geben.

ኤስ sollte nach Möglichkeit ein Arduino Nano verwendet werden, um das kompakte Design beizubehalten und die Steckverbindungen des Arduino Nano nutzen zu können. Prinzipiell ist allerdings die Verwendung fast jedes Mikrocontrollers als Steuereinheit möglich, sofern es sich um 5V Controller mit demselben Pin-Out handelt. አንሶንስተን ኢስ እስ ኖውወንድግ ሞተ ጽኑዌር auf eine abweichende Pinbelegung anzupassen.

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

• SFH-203-P oder
• OSD-50-5T

SFH-203-P ይሞታል kostengünstige Lösung ፣ ለ f er einfache Anwendungen und Versuche ausreicht ይሞቱ። Die Messungen sollten mithilfe einer angefertigten Messkugel aus LEGO ® - Bausteinen durchgeführt werden, damit die Messung zu verwertbaren Ergebnissen führt. ዳስ ሊግት daran ፣ dass die aktive Fläche dieser Photodiode mit 1qmm meist kleiner ist als die Querschnittsfläche eines üblichen Laserstrahls. Somit könnte Gandalf nur einen Teil der emittierten Strahlung aufnehmen und messen. በ einer Messkugel kann nahezu die gesamte Strahlung verarbeitet werden.

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

Platin wird mithilfe der Steckverbindungen bestückt. Die einzelnen Steckverbinder sollten durch Lötungen mit den Kontakten verbunden werden (z. B. mit solch einem Lötkolben und Lötdraht)።

Für das Anbringen und Anschließen der Pins des Displays über dem Photodiodenverstärker Sauron eignet sich die im zusammengestellten Warenkorb hinterlegte Buchsenleiste/ ራስጌ ፣ damit genügend Abstand zwischen den Teilen entsteht. Die Andere Seite ist mit Gewindeschrauben der Maße M2x16mm und passenden Muttern zu fixieren.

Das unten gelinkte ቪዲዮ ist eine ደረጃ በደረጃ Anleitung für den Zusammenbau von Gandalf. ዴር nächste ደረጃ "ማዋቀር አርዱinoኖ" ኢቤ ebfallsfm im ቪዲዮ erklärt።

Hier geht es zur ደረጃ በደረጃ Anleitung.

ደረጃ 4 ማዋቀር አርዱዲኖ

Für die Programmierung mit dem Arduino kann die frei verfügbare ክፍት ምንጭ IDE Arduino Software verwendet werden.

Die Datei Photometer.zip beinhaltet die zum Betrieb von Gandalf mit dem Arduino Nano notwendige Firmware. Diese Firmware erlaubt die Konfiguration und das Auslesen der Messdaten auf dem ማሳያ mithilfe der Steuerung በጆይስቲክ በኩል።

ዲት ዲ ፎቶሜትር።

(ሂንዌይስ- Photometer.ino benötigt die restlichen Header- und Arduino Files, dem Ordner hinterlegt sind, weshalb Photometer.ino nicht alleine verschoben/ abgespeichert werden sollte.)

ደረጃ 5 - Verwendung Der Kalibrierdaten እና Anwendung Benutzerinterface

Als Ergebnis der Kalibriervorgänge stellen wir eine Tabelle bereit, mit der sich die von Gandalf gemessenen ቆጠራ einer Wellenlänge zuordnen lassen. Diese Tabelle ist für die SFH-203-P bereits in der Firmware hinterlegt. ታቤል ለ OSD-50 muss dort nachgetragen werden.

በዙኩንፍት ኖክ weitere Tabellen für Photodioden zugefügt werden können ist mithilfe der Bilder (siehe Screenshots) leicht zu verstehen:

Zur Veranschaulichung legen wir die Photodiode "Dummy" im Programm an.

1. Für den Menüeintrag von Dummy ist die im Screenshot rot umrandete Zeile der Datei Interface.ccp zuzufügen.
2. Als nächstes wird die Datei PdResponse.ccp modifiziert. Hier wird die Funktion, welche die Kalibrierdaten enthält zugefügt. ዳዙ አይሞትም ታቤል ፣ wie im Beispiel der OSD-50 zu sehen ፣ zu kopieren። Zukünftig bereitgestellte Kalibrier-Dateien können, wie am Beispiel der SFH-203-P zu sehen, an dieser Stelle eingetragen werden. Wichtig ist bei der Wellenlänge 785 nm zu beginnen und die jeweiligen Counts Zeile für Zeile einzutragen.
3. Zuletzt müssen dem Header PdResponse.h die wiederum rot umrandeten Zeilen zugefügt werden. ዳስ modifizierte Programm kann dann mit dem ሰቀላ አዝራር auf den Arduino gespielt werden.

Mit dem Anlegen der Versorgungsspannung öffnet sich das Menü auf dem ማሳያ። Über dieses Menü erfolgt die Einstellung von Gandalf, sowie das Starten der Messung.

Die einzelnen Punkte können mithilfe des Joysticks ausgewählt werden. Bewegungen nach rechts bestätigen den Menüpunkt und eine Bewegung nach links führt zurück/ stoppt die Messung. Die Übersicht zu diesem Userinterface ist im Blockdiagramm dargestellt.

ደረጃ 6 - አንፈርቲገን ደር Messkugel/ Anschluss Diode

Wie bereits beschrieben, ist es für die Photodiode des Typs SFH-203-P empfohlen eine Messkugel zu verwenden, um optimale Messergebnisse zu erhalten. Unsere Messkugel ist zwar nicht kugelförmig, erfüllt aber ihren Zweck und ist schnell aus LEGO ® Bausteinen aufgebaut. በ ihrem abnehmbaren Deckel findet die Photodiode platz. ዱርች einen seitlichen Eingang der Messkugel wird die einstrahlende Lichtleistung gemessen.

Anfertigung der Messkugel wird im Instructable vorgestellt ይሙት። Anbringung der Photodiode an ein Koaxialkabel funktioniert wie folgt (siehe auch Foto):

• Allsቴ vorhanden ፣ ein Stück Schrumpfschlauch auf das Kabel schieben ፣ um die Lötstelle später zu ummanteln
• Ummantelung des Koaxialkabels entfernen, beispielsweise mit einem Cuttermesser
• Außenleiter vom Innenleiter trennen und die Ummantelung des Innenleiters entfernen
• Einen Teil der Außenleiter Fasern verdrillen, den Rest kürzen
• Die Innen- und Außenleiter dürfen sich nicht berühren. Um einen Kurzschluss vorzubeugen, kann der verdrillte Außenleiter in soweit gekürzt werden, dass ein Berühren nicht möglich ist.
• Die Anschlüsse der Diode können ebenfalls so gekürzt werden, dass sie optimal an die Leiter anzubringen ist
• ዲዮዴ ሚትሂልፌ ቮን ሎትዚን ኡን ሎቶኮልቤን በፌስቲገን። Der lange Pin (Anode) wird dabei mit dem Außenleiter verbunden, der kurze (ካቶዴ) mit dem Innenleiter.
• Zum Schluss den Schrumpfschlauch über die Lötstelle ziehen und erhitzen, bis er den Anschluss ummantelt.

Sollte Sauron mit Akku-Anschlusskabeln anstelle der SMA-Buchsen ausgestattet sein, genügt es, die Diode richtig herum im Anschluss zu platzieren (Foto)።

(ሂንዌይስ - ዴር አንስችለስስ ዴር ዲዮዴ ኤርፎልግ unbedingt wie beschrieben። Beim Verpolen der Diode geht zwar nichts kaputt ፣ Gandalf funktioniert dann aber nicht።)

ደረጃ 7: Wissenswertes - Prozess Zur Kalibrierung

ታበለን ሞተ ፣ ሞተ wir zur Verfügung stellen, damit Gandalf gültige Messergebnisse liefern kann, wurden mit umfangreichen Messreihen angefertigt. Gandalf soll die Leistung von Lasern messen können, sich in ይሞቱ

• Wellenlänge in einem Bereich von 405 -785nm ውስጥ
• und Leistung

ያለማቋረጥ። Aus diesem Grund war es notwendig die Messreihen mit verschiedenen Lasern als Lichtquellen und in verschiedenen Messbereichen durchzuführen ውስጥ። Wir haben hierbei Wellenlängen von typischerweise erhältlichen Lasern im sichtbaren Spektralbereich verwendet. ደር Kalibrierungsprozess verlief wie folgt:

1. Bestrahlung der Photodiode mit acht verschiedenen Lasern der Wellenlängen

   • 405 nm (ቫዮሌት)
   • 445 nm (blau)
   • 488 nm (ሲያን)
   • 532 nm (ግሪን)
   • 568 nm (gelb)
   • 632 ፣ 8 nm (መበስበስ)
   • 670 nm (tiefrot)
   • 785 nm (Grenze sichtbarer Spektralbereichs/Infrarot)
2. Messung mit Sauron- Die Leistung der Lichtquelle wurde bei jeder Messung so eingestellt, dass Sauron etwa 30.000 Counts zählt. Da Sauron Counts im Bereich von 0 und 65.536 (16Bit ADC) erfassen kann, erwies sich der angepeilte Wert von 30.000 Counts als praktisch. ስለዚህ können sich die Messdaten um diesen Bereich bewegen, ohne die Photodiode in den Sättigungsbereich oder nicht messbaren Bereich zu führen.
3. Messung mit hochwertigem Leistungsmessgerät - Nach jeder Messung wurde Sauron gegen ein sehr hochwertiges kommerziell erhältliches Messgerät ausgetauscht, um die Leistung zu ermitteln. ኤስ handelte sich hierbei um das Messgerät Field Master der Firma Coherent. Die Einstellung der Lichtquelle blieb unverändert. Es folgte eine Dokumentation für jede der 8 Laserdioden mit den ermittelten Counts von Sauron und der zugehörigen ermittelten Leistung des Leistungsmessgeräts.
4. Annähern des Messverhaltens mittels Polynom - An die erhaltenen Messdaten wurden Polynome angepasst. Die ermittelte Polynome erlauben die Interpolation der Kalibrierdaten auf nicht gemessene Wellenlängen. Hiermit können wir auch bei Wellenlängen sinnvoll messen, bei denen kein Referenzlasersystem zur Verfügung ቁም።

5. Wiederholung für verschiedene Messbereiche - Damit ein breiter Bereich von Leistungen für die verschiedenen Wellenlängen abgedeckt werden kann, sollte jede Messreihe für die verschiedenen verfügbaren Messbereiche

• 20 ና
• 80 ና
• 320 ና
• 1280 ና
• 5120 ና

wiederholt werden. Hiermit verringern wir den Einfluss von Nicht-Linearitäten beim Umschalten der verschiedenen Verstärkungsbereiche. Dabei sollte sich jede Messung möglichst den angestrebten 30.000 Counts nähern. Damit deckt Sauron einen Bereich verschiedener Sensitivitäten ab.

ደረጃ 8 - ዊሰንስወርቴስ - ዊሶ ጌት እስ ኤስ ቤይ ደር ሌስተንግሰምሰንግ ኡም ዌለንሊንገንን?

ባልተለመደ Anleitung zum Aufbau von Gandalf ist oft ይሞታል Rede von bestimmten Wellenlängen. አበር ist das überhaupt ነበር?

Als Licht wird in der Physik ein Bereich elektromagnetischer Strahlung bezeichnet, der mit dem Auge sichtbar ist. Dieser befindet sich in einem Wellenlängenbereich von etwa 380-780 nm. ዳስ አጌ ፋስት ይሞታል verschiedenen Wellenlängen als Farben anfangend bei violett (380nm) über blau, grün, gelb und rot (780nm) auf.

Die Energie eines Photons berechnet sich über:

ኢ = ሸ*ረ

mit h = Planck'sches Wirkungsquantum (h = 6, 62606896*10^−34 Js.); und f = Frequenz der Strahlung

ረ = ሐ/λ

mit c = Lichtgeschwindigkeit (c = 299.792.458 ሜ/ሰ); und λ = Wellenlänge der Strahlung.

Ein “blaues” Photon enthält also mehr Energie als ein “rotes” Photon (deswegen bekommt man auch nur von UV- ፣ እንዲሁም አልትራቫዮሌት ፣ Strahlung mit sehr kurzen Wellenlängen Sonnenbrand)። Die Leistung einer Lichtquelle gibt an, wieviele Photonen diese Lichtquelle pro Sekunde aussendet. Eine Lichtquelle mit 1W Leistung im violetten Spektralbereich gibt ደግሞ weniger Photonen pro Sekunde ab, als eine Lichtquelle im roten Spektralbereich.

Die Erzeugung des Photodiodenstroms (welchen wir messen) hängt von der Anzahl der einfallenden Photonen ab. በኢነስ Photodiode idealerweise ein Elektron-Loch-Paar ውስጥ Jedes Photon erzeugt። በ Der Praxis gehen einige Elektron-Loch-Paare verloren ውስጥ። 100 Photonen erzeugen so bspw። 60 Elektronen-Loch-Paare. Eine sinnvolle Zuordnung dieser Anzahl von Elektronen-Loch-Paaren zu einer Lichtleistung erfordert daher die Kenntnis der Wellenlänge der einfallenden Photonen.

Genau deshalb ist es wichtig, dass die Wellenlänge der zu messenden Lichtquelle bekannt ist, um die Leistung berechnen zu können.