MyPhotometrics: Photodiodenverstärker גרסת Pro: 6 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

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האם זה סאורון פלוס?

Sauron Plus הוא גרסת Pro-Version של 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. עבור המלחמה של לאסרן המלחמה יכולה להיעזר במנוחה מיוחדת של LEGO zu verwenden, die die Intensität abschwächte and damit eine Übersättigung des Messinstruments verhinderte. Für professionalelle Zwecke ist diese Lösung nicht אופטימלי.

Die Pro-Version Sauron Plus liefert one etwa 1000-fache Erhöhung des Eingangstrombereichs mit bis zu 50mA. גרסה זו מופיעה ב- Anschluss von nur einer. Mit Sauron Plus הוא אחד מהמקרים הטובים ביותר שיכולים להופיע בגרסה החופשית.

עיקרי הדברים:

• Eingangsstrombereich 20 nA - 50mA ·
• Auflösung 10-20 ביט
• אינטגרציות זמן 1 - 1024 אלפיות השנייה

Anwendungen:

• בקרת איכות
• רכיבי מבחן
• בדיקות לבנס
• פוֹטוֹמֶטֶר
• מד אבק
• …

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 over ahn abfallende Spannung in einer Frequenz, die je nach Eingangsstrom variiert. ממיר מתח לתדר נגרם כתוצאה מהתוצאות Spannungsspitzen zu einem Signal with bestimmter Frequenz um. תדירות זו יכולה להיות דורשת מיקרו -בקר. Je höher die aufgenommene Frequenz ist, desto höher ist auch der Eingangsstrom, and somit auch die gemessene Lichtintensität.

במכשיר ניתן להנחות את תוכנת ההרכבה של החומרה ואת ההתחברות של המיקרו -בקר. Wir liefern eine funktionsfähige Firmware for oneen (fast) beliebigen Arduino (Pinbelegung beachten) und ein Beispiel-LabVIEW ™ -Programm as Nutzeroberfläche. Hiermit steht dem Einsatz von Sauron PLUS im Labor nichts mehr im Weg.

בואו נתחיל…

שלב 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. גירסת החינוך Der Aufbau der Learits in learable erklärt und befindet sich in the grün markierten Bereich.

Für die Verwendung von Photodioden mit Signalstärken von mehreren mA is es notwendig das Sign 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 maximum 100uA fließen. Die 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 (ממיר מתח לתדר, zu deutsch auch U/f- Wandler) (7). Als Referenzspannung צריך die Spannungsquelle (8), die man als schwarzen Block auf der Platine erkennen kann. Sie liefert 15V מתבצעת על ידי 1: 1 Spannungsteiler auf die Hälfte abgesenkt werden. כתוצאה מכך 7, 5V מתבצעים במעקב אחר Signalverarbeitung as "Triggerpunkt" eine Compparators der Bestandteil des VFC ist. Die Spannung liegt am „Threshold“-Eingang an. Der Compparator vergleicht diese mit der Spannung, מת 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 anliegt, schaltet der VFC einen konstanten Strom, der den Kondensator C5 (9) auflädt. Zusammen mit einem Operatorverstärker (10) תצלום C5 אינטגרנטור. 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 den Ausgangsstrom ab. Durch diesen Vorgang oszilliert die Spannung, sodass Ladungsspitzen erkennbar sind. Diese lassen sich mit dem Arduino Nano zählen. קלט מקסימלי (טווח מלא) של -10V באחד מהאינטגרטורים העולים על VFC בתדר Frequenz של 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 by 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.

מידע נוסף: Diese Funktionsbeschreibung ist grob zusammengefasst, da the 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
• Datenblatt LM331AN

שלב 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 Registration auf der Seite www.farnell.de notwendig. Jetzt muss die Datei BOMPLUS.xlsx אוסף את "Meine Bestellungen" - "Stückliste hochladen" ausgewählt werden. Der Warenkorb wird באופן אוטומטי zusammengestellt.

Der Warenkorb כולל die exakten Bauteilmengen, die for Sauron Plus notwendig sind. Wir empfehlen jedoch die Stückzahl einiger Komponenten zu erhöhen. מת מוזהב בבסיסים ב Teilen, die bei der Verarbeitung schnell verloren gehen können (Widerstände, Kondensatoren).

Unter OSH Park ist die Bestellung der Platine mit dem Button הזמינו עכשיו. לחלופין einfach das Sauron+.brd file runterladen und bei einem beliebigen others PCB-Fertiger in Auftrag geben.

(Hinweis: Diese Platine kann auch für das Laserleistungsmessgerät as Stand-Alone-Lösung genutzt were, da die Anschlüsse für das Display and the Joystick bereits vorhanden sin.)

חבטת Weutere notwendige:

• Der AS89010 der Firma asm Sensors Germany wird bislang direkt vom Hersteller geordert. Der Verkaufspreis (Stand Mai 2017) liegt bei 6, 97 € je Einheit. תערוכת Firmeninterner Umstellungen gibt es den AS89010 allerdings schon bald bei arrow.com oder futureelectronics.com.
• 2x der Arduino Nano (Nano Atmega 328P) z. B. hier für weniger as 5 € (Da nicht alle Pins notwendig sind, sollte das Board keine verlöteten Steckerleisten possesszen.)

. Nutzer überlassen.

• Die SMA- Buchse, die Stiftleisten (4x) und ein übriger Widerstand (1x) z. B bei mouser.de
• Koaxialkabel RG174 zB. bei voelkner.de
• Übrige Kleinteile: 3, 3uF Kondensator (4x), das Relay und 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-Leistungs-technisch durchaus lohnt. Ein wichtiger Faktor, der לא יכול להיות חוף הים המפורסם, כי כאן אנו יכולים להבחין באנגלית של אחוזים במספר.

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

• BPX61 או
• OSD-50-5T

Die BPX61 is die costengünstige Lösung, die for einfache Anwendungen und Versuche ausreicht.

Der 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. Die Diode eignet sich mit einer activen Fläche von 50qmm für Messungen mit einer direkten 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. Die Verwendung der OSD-50 ist deshalb and aufgrundgrund ihres hohen Preises nur for professionalelle/ semiprofessionelle Laboreinsätze zu empfehlen.

שלב 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 mus 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 Oberflensenspannung des Lötzinns die Bauteile in der Regel.

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.

(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 kurzen "Aufrauchen" der Lötstellen, ist der Lötvorgang abgeschlossen. eine kleinere Platine handelte, war der Lötvorgang leichter zu beobachten and to controlieren. Deshalb ist diese Variante for Sauron Plus nicht zu empfehlen.)

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

מי מתכוון להכין פריטים באחד מהשנים, ולצפות בווידיאו

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.

איך אפשר להשתמש בפוטודיודה אחת של קואקסיאלקלים, כך שניתן יהיה ללמד אותי על כך.

שלב 4: Kommunikation Zwischen Arduino Und LabVIEW - Konfiguration LabVIEW

Für die grafische Darstellung der Messergebnisse lässt sich die Entwicklungsumgebung LabVIEW ™ verwenden. LabVIEW ™ ist für Students and Schüler costengünstig zu erwerben. siehe hier

(מידע נוסף: ממשק משתמש זה יכול לשמש לגרסה NI LabVIEW ™ 2016)

עבור תקשורת עם ארדואינו זה הוא מודול LabVIEW ממשק עבור Arduino über den JKI VI מנהל חבילות כדי להתקין. נפילה זו לא תוכל להתקין עוד את מנהל החבילות. 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. Die darin enthaltene Datei SPLUS_RACK_4_SHUTTER.vi beinhaltet das mit LabVIEW ™ entwickelte Virtual Instrument SauronPlus VI. Die VI stellt die Basisfunktionalitäten für die Kommunikation and Konfiguration von Sauron Plus zur Verfügung.

(הינווייס: Die Datei muss unbedingtt in her heruntergeladenen Ordner mit allen übrigen Dateien verbleiben, da die VI auch auf diese zugreifen muss.)

שלב 5: Kommunikation Zwischen Arduino Und LabVIEW - Konfiguration Arduino

Der Arduino muss mittels USB an den PC angeschlossen werden. בקר Dieser מבוקר את Messdatenaufnahme.

תוכנת התוכנה עם ארדואינו יכולה להציע תוכנות קוד פתוח עם קוד פתוח. זה יותר חשוב, כי עבור התקשורת עם ארדואינו של כוון COM - יציאת USB (USB).

הקושחה Datei ForBackplain.zip יכולה לכלול את הקושחה של Betrieb von Sauron Plus עם הקושחה Arduino Nano notwendige. תוכנת קושחה זו מגדירה את התצורה ואת האפשרויות של Messdaten עם התוצאות הנבחרות של LabVIEW ™ -VI. Die Datei Sauron.ino wird auf den Controller geladen, der die Messdatenaufnahme kontrolliert.

Der Arduino muss dann, z. B. mithilfe von נקבה-נקבה קופצת כבלן, עם אותם ארדואינו על הפלטינית. 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.

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

שלב 6: ממשק Anwendung Benutzer

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 user interface zur 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
• עוצמה: זמן המצלמה הפשוטה ביותר (Woraussetzung: Die Empfindlichkeit der Photodiode is known und in der Sauron VI mittels eines Kalibrierfiles hinterlegt.)
• אורך גל: Die Wellenlänge der Lichtquelle חייב להיות מוכר
• COM: Auswahl des COM Ports zur Verbindung mit dem Arduino (יכול להיות עד Mikrocontroller verschieden sein).
• רמה dB: Auswahl der Dämpfung ב- dB
• זמן אינטגרציה ב- ms: Auswahl der Integrationszeit des Messsingals ב- ms
• קובץ כיול: Jeder Messkanal benötigt ein eigenes File, welches die Kalibrierung der jeweiligen Diode beinhaltet. Die Files sind für die zwei verschiedenen Diodentypen in the Firmware des Systems verarbeitet and liegen ebenfalls in Ordner indem sich die VI befindet.

(הודעה: Die Datei None pd kann ausgewählt werden on one of 1: 1 Messung ohne Kalibrierung durchzuführen.)

• גלאי: zeigt dann den ausgewählten Messkopf an
• מסונג: התחיל למות
• מצב חי: התחיל את הרשת Messung