MyPhotometrics: Photodiodenverstärker Pro-weergawe: 6 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

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Was dit Sauron Plus?

Sauron Plus is die Pro-weergawe van 4-kanaals fotodiodenversterkers. Sein Eingangsstrombereich von 20 nA- 5120 nA reichte allerdings nur für Lichtquellen geringer Intensitäten aus. Vir die boodskap van die lasern kan ons 'n spesiale e -posbespreking uit die lego -industrie hê, wat die intensiteit van die diens en die verwante e -posse van die boodskappe kan vergroot. Vir professionele beroepe is dit 'n optimale oplossing.

Die Pro-weergawe Sauron Plus bied 'n 1000-fache-opname vir 50mA. Hierdie weergawe sien die Anschluss van nur einer Diode vorentoe, maar dit is 'n e-posberig met myPhotometrics-fotorack. Mit Sauron Plus is 'n wonderlike manier om 'n nuwe weergawe te sien.

Hoogtepunte:

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

Antwoorde:

• Kwaliteitsbeheerder
• Komponententests
• Lebensdauertests
• Fotometer
• Kragmeter
• …

Die Messung der Strahlungsintensität erfolgt weiterhin über eine Photodiode, die einfallendes Licht in one 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 special Verschaltung eines Kondensators, uszilliert the over ahn abfallende Spannung in one Frequenz, die je nach Eingangsstrom variiert. Een spanning na frekwensie -omskakelaar kan die gevolglike resultate van 'n sein sein met die beste frekwensie omskakel. Hierdie frekwensie kan deur die Mikrocontroller erfasst werden. Dit is 'n algemene frekwensie, 'n beskrywing van die Eingangsstrom, en dit kan ook 'n soortgelyke lysinstruksie wees.

In diesem Instructable zeigen wir die Herstellung der Hardware and die Anbindung an einen geeigneten Mikrocontroller. Die firmware kan vir een (vinnige) gelowige Arduino (Pinbelegung beachten) en 'n voorbeeld-LabVIEW ™ -program as Nutzeroberfläche gebruik word. Hiermit steht dem Einsatz von Sauron PLUS im Labor nichts mehr im Weg.

Laat ons begin…

Stap 1: Aufbau Und Funktion Des Boards

Die goldfarbene Buchse (1), welche an der Platinenkante befestigt ist, dient as 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. Die Aufbau der Education -weergawe is beskikbaar in die instruksionele verklaring en dit kan ook in die groot markering van Bereich aangebied word.

Vir die versterking van die fotodiode met 'n seinversterking kan die sein nie meer as die sein van die diode gebruik word nie. 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 (Voltage to Frequency Converter, zu deutsch auch U/f- Wandler) (7). As Referenzspannung dient die Spannungsquelle (8), die man as schwarzen Block auf der Platine erkennen kann. Sie liefert 15V deur 1: 1 Spannungsteiler on the Hälfte abgesenkt werden. Die gevolglike 7, 5V -diens kan gevolg word deur die seinverwerkingsfunksie as '' Triggerpunkt '' in die VFC -bestellings. Die Spannung lê by „Threshold“-Eingang an. Die Komparator vergleicht hierdie met die Spannung, die am "Comp_Input" -Eingang anliegt.

(Hinweis: Wo genau sich diese Eingänge befinden, lässt sich im SauronPlus.sch nachvollziehen.)

Sobald eine höhere Spannung as 7, 5V anliegt, schaltet der VFC einen konstanten Strom, der den Kondensator C5 (9) auflädt. Zusammen mit einem Operationsverstärker (10) foto C5 ein Integrator. 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. Eenvoudige invoer (volledige omvang) van -10V by die integrasie van die VFC -frekwensie van 100kHz. Da mit steigender Stromstärke das Entladen des Kondensators beschleunigt wird, spiegelt sich die Stromstärke in der resultierenden Frequenz wieder.

Eenige 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 through Kriechströme. Außerdem befinden sich mehrere Schutzvorrichtungen auf der Platine, wie beispielsweise Dioden (13), die vor zu zuhen Strömen schützen. Desweiteren liefert ein Step-Down Converter (14) uit die Spannungsquelle van 15V die vom Arduino benötigte Versorgungsspannung von 5V und ein IO-Expander (15) dem Arduino weitere notwendige IO-Pins zur Ansteuerung der zahlreichen Bauteile.

Aanwysings: Hierdie funksiesbeschreibung is 'n groot funksie vir die komplekse funksies van die omvang van die instruksies wat u kan aanskaf. Wer sich tiefgehender over the Signalverarbeitung mittels VFC beschäftigen möchte, kann folgende Seiten besuchen:

• U/f_Wandler
• Datenblatt LM331AN

Stap 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 must die Datei BOMPLUS.xlsx heruntergeladen and unter "Meine Bestellungen" - "Stückliste hochladen" ausgewählt werden. Der Warenkorb wird automaties zusammengestellt.

Daar is 'n volledige weergawe van die Bauteilmengen, wat vir Sauron Plus nie sondig is nie. Wir empfehlen jedoch die Stückzahl einiger Komponenten zu erhöhen. Dies verguld besonders bei Teilen, die bei der Verarbeitung schnell verloren gehen können (Widerstände, Kondensatoren).

Unter OSH Park ist die Bestellung der Platine met die knoppie Bestel nou meer. Alternatiewelik kan eenvoudig die Sauron+.brd-lêer gelaai en by gelowige ander PCB-Fertiger in Auftrag geben word.

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Weitere notwendige Bauteile sind:

• Der AS89010 der Firma asm Sensors Germany wird bislang direkt vom Hersteller geordert. Der Verkaufspreis (Stand Mai 2017) lê by 6, 97 € per eenheid. Aufgrund firmeninterner Umstellungen gibt es the AS89010 allerdings schon bald bei arrow.com or futureelectronics.com.
• 2x der Arduino Nano (Nano Atmega 328P) z. B. hier vir weniger as 5 €.

(Aanwysings: Dit kan by 'n enkele Arduino wees as 'n Nano vir die Raad se verwante en ander beheerders vir die Messdatenaufnahme eingesetzt werden. Nutzer überlassen.

• Die SMA- Buchse, die Stiftleisten (4x) en ein übriger Widerstand (1x) z. B bei mouser.de
• Koaxialkabel RG174 zB. bei voelkner.de
• Übrige Kleinteile: 3, 3uF Kondensator (4x), das Relay en 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 möglicherweise nicht beachtet wird, hier is die Abweichung eines Bauteils vom angegebenen Messwert in Prozent.

Prinzipiell is jegliche Art einer Photodiode with the Messsystem compatible. Wir empfehlen die Nutzung von Dioden der Typen

• BPX61 of
• OSD-50-5T

Die BPX61 is die kostelike verpakking, wat maklik vir ons kan gebruik word.

Der zweite ausgewählte Dioden Typ, die OSD-50-5T, seichnet 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 besit een van die aktiewe vlakke van 50qmm vir boodskappe met een direkte instelling van die 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 OSW-50-funksie kan op en af gehaal word as 'n beroep vir 'n professionele/ semiprofessionele laboreinsätze zu empfehlen.

Stap 3: Anfertigen Der Hardware

Zum Anfertigen der Platine moet so baie 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. Dan kan ons 'n enkele bauteile en den richtige Stellen zu platzieren. Ons kan die kleuterkoeke in die beginperiode maklik bewerkstellig. Zuletzt must 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 Oberflächenspannung 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, as of PCB Pool angeboten wird.

(Hinweis: In unserer Vorgängerversion der Verstärkerplatine bot sich auch die improvisierte Variante der Erhitzung der Platine mit der Verwendung einer eenvoudige Herdplatte, zB einer Camping Herdplatte, an. Nach einem kurzen "Aufrauchen" der Lötstellen, ist der Lötvorgang abgeschlossen. eine kleinere Platine handel, waar daar 'n groter aantal funksies kan wees om te beheer en te beheer.

Danach volgt das Anbringen der Bauteile mit Steckverbindungen. Die eenzelnen Steckverbinder moet deur middel van kontak met die woord gebruik word (z. B. met solch einem Lötkolben en Lötdraht).

Wie die Fertigung in einzelnen Schritten aussieht, wird im Video vorgestellt

Überschüssige Lötpaste führt bei SMD Bauteilen wie dem AS89010 met 'n enkele Beinchenabstand van 0.635 mm in die lyn van die Kurzschlüssen na die Löten. Normalerweise lässt sich durch kurzes Erhitzen mit dem Lötkolben mit Hohlkehle der überschüssigen Zinn entfernen.

Ons kan 'n fotodiode met 'n enkele koaksialkabel gebruik om 'n instruksie te maak.

Stap 4: Kommunikation Zwischen Arduino Und LabVIEW - Konfiguration LabVIEW

Für die grafiese Darstellung der Messergebnisse lässt sich die Entwicklungsumgebung LabVIEW ™ verwant. LabVIEW ™ is vir studente en studente se kostes om te werk. sien hier

(Aanwysings: die gebruikersinterface vir weergawe NI LabVIEW ™ 2016)

Die kommunikasie met die Arduino is die module LabVIEW -koppelvlak vir die installasie van JKI VI -pakketbestuurders. Dit kan nog nie geïnstalleer word nie, maar die pakketbestuurder kan hier afgelaai word. Achte darauf, dass der NI VISA Treiber installiert ist. Dies ist der Treiber, der für die Kommunikation mit dem Arduino zuständig ist.

Laai die.zip Datei LabVIEWPlus.zip herunter. Die 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 and Configuration von Sauron Plus zur Verfügung.

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Stap 5: Kommunikation Zwischen Arduino Und LabVIEW - Konfiguration Arduino

Der Arduino mussies USB en die PC kan ook aangeskakel word. Dieser Controller beheer die Messdatenaufnahme.

Vir die programmering met die Arduino kan die vrye beskikbare Open Source IDE -arduino -sagteware gebruik word. Dit is ook baie belangrik dat die kommunikasie met die kommunikasie van die COM -poort (USB) uitgewis kan word.

Die Datei FirmwareForBackplain.zip kan die Betrieb van Sauron Plus met die Arduino Nano notwendige Firmware inhou. Hierdie Firmware laai die Konfigurasie en das Auslesen der Messdaten mit der ebenfalls bereitgestellten LabVIEW ™ -VI op. Die datum kan ook deur die beheerders beheer word.

Der Arduino muss dann, z. B. mithilfe von female-female Jumper Kabeln, with them 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 en GND met die jeweils gleichnamigen verbunden. V+ moet met die 5V-uitgang van die Arduino Nano en INT_RDY met die INT0 pin word.

Die Firmware vir die Arduino Nano, wat ook die Platinum von Sauron Plus bevat, kan ook in die Datei ArduinoNANO_SPLUS.zip vir die beskikbare gestellt word. Die Datei SauronPLUS.ino wird jetzt auf den Platinencontroller gespielt.

Stap 6: Anwendung Benutzer -koppelvlak

Nach dem Laden der Sauron PLUS VI kan baie meer as die Benutzerinterface die Betriebsparameter einstellen.

Dit is ook 'n goeie idee om 'n fotorack te gee. As ons die eerste keer gebruik, kan die gebruikersinterface vir vier keer 'n groter aantal funksies bereken word.

• Veranderinge: skielike jeugdige Messkanal für die Messung ein
• CH 1- CH4: die huidige boodskap van die Einstellungen mittels der runden Bedienelemente ein oder aus
• Krag: die een of ander soort fotodiode kan eenvoudig in die Wistung (Woordeboek: Die fotodiode van die fotograaf geken word, is bekend en in die Sauron VI -kenmerke van die kalibrierfiles hinterlegt.)
• Golflengte: Die Wellenlänge der Lichtquelle moet bekend wees en eingetragen werden
• COM: Auswahl des COM Ports zur Verbindung mit dem Arduino (dit kan ook 'n mikrokontroller wees).
• Vlak dB: Auswahl der Dämpfung in dB
• Integrasietyd in ms: Auswahl der Integrationszeit des Messsingals in ms
• Kalibrasie lêer: Jeder Messkanal benötigt ein ownes File, welches die Kalibrierung der jeweiligen Diode beinhaltet. Die lêers kan vir verskillende soorte verskillende tye in die Firmware des Systems verwerk word en ook ebenvalle in die ordner van die VI kan vind.

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• Detector: tydelike vorm van die gewig Messkopf an
• Messung: die Messung begin
• Regstreekse modus: het 'n kontinuierlike boodskap begin

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