MyPhotometrics: Photodiodenverstärker Pro-Version: 6 Hatua (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:52

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Ilikuwa ist Sauron Plus?

Sauron Plus is Pro die Toleo la 4-Kanal Photodiodenverstärkers Sauron, der mithilfe von geeigneten Photodioden die Strahlungsleistung einer Lichtquelle erfassen kann. Sein Eingangsstrombereich von 20 nA- 5120 nA reichte mizio nur für Lichtquellen geringer Intensitäten aus. Je! Unapenda kituo hiki? Je! Unapenda kituo hiki? Je! Unapenda kituo hiki? Für professionelle Zwecke ist diese Lösung nicht mojawapo.

Die Pro-Version Sauron Plus liefert eine etwa 1000-fache Erhöhung des Eingangstrombereichs mit bis zu 50mA. Toleo la Diese litatolewa kwa Anschluss kwa njia tofauti ya Diode, ambayo inaweza kutekelezwa kwa njia ya ujumbe wa MyPhotometrics Photo-Rack. Mit Sauron Plus ni pamoja na maporomoko ya maji ya Vorgängerversion zu nutzen.

Vivutio:

• Eingangsstrombereich 20 nA - 50mA ·
• Auflösung 10-20 Biti
• Ushirikianozeit 1 - 1024 ms

Anwendungen:

• Udhibiti wa sifa
• Komponententests
• Majaribio ya Lebensdau
• Upimaji picha
• 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. Voltage ya Ein kwa Frequency Converter inazunguka kwa njia ya Spannungsspitzen zu einem Signal mit bestimmter Frequenz um. Diese Frequenz kann von dem Mikrocontroller erfasst werden werden. Je, ni nani aliyefiwa na Frequenz ist, desturi yake ni auch der Eingangsstrom, und somit auch die gemessene Lichtintensität.

Katika diemi inayoweza kufundishwa ya Herstellung der Hardware und die Anbindung an einen geeigneten Mikrocontroller. Wir liefern eine funktionsfähige Firmware für einen (fast) beliebigen Arduino (Pinbelegung beachten) und Beispiel-LabVIEW ™ -Programu pia ni Nutzeroberfläche. Hiermit steht dem Einsatz von Sauron PLUS im Labor nichts mehr im Weg.

Wacha tuanze…

Hatua ya 1: Bodi za Aufbau Und Funktion Des

Die goldfarbene Buchse (1), welche an der Platinenkante afestigt ist, dient als Anschluss einer Photodiode mittels Koaxialkabel. Mkutano wa hadithi za hadithi (2) dazu zwischen den Varianten Sauron (Elimu) na Pro-Variante Sauron Plus zu wählen. Mithilfe des hier verwendeten Arduino Nano (3) ist dieser Schalter ansteuerbar. Toleo la Elimu la A Aufbau der ni watu waliopotea katika mafundisho yanayoweza kufundishwa na kutekelezwa katika dem grün markierten Bereich.

Unaweza kufa Verwendung von Photodioden kwa Signalsteak kwa njia ya MA sio kutambuliwa kwa Signal der Diode noch vor der eigentlichen Messung zu dämpfen. Dazu dient der Transimpedanzverstärker (TIA) (4). Hii ni njia ya kupigania huduma ya Widerstandskaskade (5) ili kupata habari zaidi juu ya Ausgang maximal 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 (Voltage to Frequency Converter, zu deutsch auch U / f- Wandler) (7). Kitabu cha Als Referenzspannung di Spannungsquelle (8), die man als schwarzen Block auf der Platine erkennen kann. Sie liefert 15V die durch einen 1: 1 Spannungsteiler auf die Hälfte abgesenkt werden. Soma zaidi 7, 5V na vifaa vya Verlauf der Signalverarbeitung als na "Triggerpunkt" inapeana Komparators der Bestandteil des VFC ist. Die Spannung liegt am "Kizingiti" -Eingang an. Der Komparator vergleicht diese mit der Spannung, die am „Comp_Input“-Eingang anliegt.

(Hinweis: We 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 Operationsverstärker (10) bildet C5 einen Kiunganishi. 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 si chini ya 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. Pembejeo ya Bei einem maximalen (Kamili Kamili) 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 ilifanyika kwa kuchapisha 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 na eO-Expander (15) dem 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. Wer sich tiefgehender über die Signalverarbeitung mittels VFC beschäftigen möchte, na watu wengi Seiten besuchen:

• U / f_Wandler
• Datenblatt LM331AN

Hatua ya 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 Usajili auf der Seite www.farnell.de notwendigig. 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 empfehlen jedoch die Stückzahl einiger Komponenten zu erhöhen. Wafu hufa kwa bei nzuri Teilen, kufa bei der Verarbeitung schnell verloren gehen können (Widerstände, Kondensatoren).

Bustani ya OSH ni Bestellung der Platine mit dem Button Order sasa möglich. Njia mbadala ya Sauron +.brd file runterladen und bei einem beliebigen anderen PCB-Fertiger in Auftrag geben.

Weitere notwendige Bauteile sind:

• Der AS89010 der Firma asm Sensors Ujerumani wird bislang direkt vom Hersteller geordert. Der Verkaufspreis (Stand Mai 2017) iko bei 6, 97 € na Einheit. Kampuni ya Aufgrund Umstellungen gibt es den AS89010 allergings schon bald bei arrow.com au futureelectronics.com.
• 2x der Arduino Nano (Nano Atmega 328P) z. B. Maoni ya kila siku ya 5 € (Dau hizi hazijatumiwa kwa Pini, tafadhali wasiliana na Bodi ya keine verlöteten Steckerleisten besitzen.)

. Nutzer überlassen. Bei der Erstellung afa Projekts wurde jedoch auch hier ein Arduino Nano ausgewählt.)

• Kufa SMA- Buchse, kufa Stiftleisten (4x) na sehemu ya Widerstand (1x) z. B bei mouser.de
• Koaxialkabel RG174 zB. bei voelkner.de
• Ribrige 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 whichich. möglicherweise nicht beachtet wird, is not 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 kufa Nutzung von Dioden der Typen

• BPX61 harufu
• OSD-50-5T

Die BPX61 ist die kostengünstige Lösung, kufa kwa sababu ya Anwendungen und Versuche ausreicht.

Kwa sababu ya 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. Kufa kwa Diode kunaweza kutekelezwa kwa kutumia Fläche za 50qmm kwa njia ya Messungen mit einer direkten Einstrahlung der Quelle, auch ohne Messkugel. Allerdings is 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.

Hatua ya 3: Anfertigen Der Hardware

Zum Anfertigen der Platine sollte zuerst mithilfe des Stencils Lötpaste auf die vorgesehenen Pedi aufgetragen werden. Als Lötpaste kuimarika wir eine bleifreie Variante, z. B. Solderpaste ya SMD ya Chipquik, zu verwenden, na majibu ya 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 Oberflächen.

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: Katika unserer Vorgängerversion der Verstärkerplatine bot sich auch die improviserte Variante der Erhitzung der Platine mit der Verwendung einer einfachen Herdplatte, zB einer Camping Herdplatte, an. Nach einem kurzen "Aufrauchen" der Lötstellen. (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 katika einzelnen Schritten aussieht, 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 Inayoweza kufundishwa Sauron nachgelesen werden.

Hatua ya 4: Kommunikation Zwischen Arduino Und LabVIEW - Usanifu wa MAONI

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

(Hinweis: Das UserInterface ya 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. Falls dieser noch nicht installiert ist, ist der Package Manager hier zum Shusha erhältlich. Achte darauf, dass der NI VISA Treiber kusakinisha ist. Anakufa ist der Treiber, der für die Kommunikation mit dem Arduino zuständig ist.

Lade die.zip Datei LabVIEWPlus.zip herunter. Kufa darin enthaltene Datei SPLUS_RACK_4_SHUTTER.vi beinhaltet das mit LabVIEW ™ entwickelte virtuelle Ala SauronPlus VI. Die VI stellt die Basisfunktionalitäten für die Kommunikation und Uboreshaji 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.)

Hatua ya 5: Kommunikation Zwischen Arduino Und LabVIEW - Usanidi Arduino

Der Arduino muss mittels USB an PC PC angeschlossen werden. Mdhibiti wa dizeli kontrolliert die Messdatenaufnahme.

Kutoa Programu ya Programu ya Mitaani ya Arduino inaweza kuwa chanzo cha Open Source IDE Arduino Software verwendet werden. Kwa hivyo, ni habari tu kwamba Kommunikation mit dem Arduino der richtige COM - Port (USB) inaangazia zaidi.

Firmware ya Die DateiForBackplain.zip italeta huduma zaidi kwa kampuni ya Firmware. Diese Firmware erlaubt die Konfiguration and das Auslesen der Messdaten mit der ebenfalls bereitgestellten LabVIEW ™ -VI. Die Datei Sauron.ino wird auf den Mdhibiti geladen, der die Messdatenaufnahme kontrolliert.

Der Arduino muss dann, z. B. mithilfe von Jumper-kike 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 Pini miteinander verbunden werden. Dabei werden die Pins SDA, SCL und GND mit dem jewweils gleichnamigen verbunden. V + muss mit dem 5V-Ausgang des Arduino Nano und INT_RDY mit dem INT0 Panga maneno mengi.

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.

Hatua ya 6: Anwendung Benutzerinterface

Nach dem Laden der Sauron PLUS VI alitoa maelezo zaidi kuhusu Benutzerinterface die Betriebsparameter einstellen.

Diese VI sio tu Nutzung mit dem Photo Rack geeignet. Aus diesem Grund stellt die VI na Userinterface 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
• Nguvu: kufa kufa kwa picha Photodiode einfallende Leistung in W (Voraussetzung: Die Empfindlichkeit der Photodiode ist bekannt und in der Sauron VI mittels eines Kalibrierfiles hinterlegt.)
• Wavelength: Kufa Wellenlänge der Lichtquelle muss bekannt sein und eingetragen werden
• COM: Auswahl des COM Bandari zur Verbindung mit dem Arduino (kann je nach Mikrocontroller verschieden sein).
• Kiwango dB: Auswahl der Dämpfung katika dB
• Wakati wa ujumuishaji katika ms: Auswahl der Integrationszeit des Messsingals katika ms
• Picha ya Usawazishaji: Jeder Messkanal benötigt eingenes File, inakaribisha Kalibrierung der jeweiligen Diode beinhaltet. Faili za kufa kwa njia ya kufa kwa kutumia Diodentypen katika der Firmware des Systems verarbeitet and liegen ebenfalls in dem Ordner indem sich die VI desindet.

(Hinweis: Die Datei Hakuna pd kann ausgewählt werden um eine 1: 1 Messung ohne Kalibrierung durchzuführen.)

• Detector: zeigt dann den ausgewählten Messkopf an
• Messung: kuanza kwa kufa Messung
• Hali ya Moja kwa Moja: startet kontinuierliche Messung

(Hinweis: Diese Nutzeroberfläche is not nur ein Beispiel, wur Sauron Plus angewendet werden kann. Es können auch andere Nutzerinterfaces angepasst werden, um Sauron Plus ni nach Bedürfnis zu verwenden.)