Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Messon von IR-Signalstärke?
Hallo zusammen :)
Mich würde interessieren wie man die Stärke eines Infrarotsignals messen und mit dem µC auswerten kann.
Mein Ziel ist es mit einem Robtoter unter anderem Messungen zur Beugung /Interferenz von IR-"Strahlen" anzustellen.
Wie sieht das mit Fotodioden, die für die Wellenlänge von IR ausgelegt sind aus? :-k
Wenn ich das richtig verstanden habe, müsste sich bei Fotodioden i.A. der Sperrstrom proportional zum Lichteinfall erhöhen - man kann also einfach bestimmen, ob z.B. kein Licht / viel Licht vorhanden ist.
Ich jedoch benötige ein analoges, stufenloses Signal, dass ich dann z.B. am AD-Port meines Atmels auswerten könnte.
Dafür scheint dann doch eher ein Fotowiderstand geeignet zu sein, doch gibt es solche, die speziell für IR-Wellenlänge geeignet sind?
Oder gibt es andere Sensoren, die ihr mir dafür empfehlen könntet?
Vielen Dank schonmal im Vorraus :)
ok die Frage, ob es IR-Fotowiderstände gibt, hat sich geklärt...
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0110301.htm
eine andere Frage wäre, wo bekomme ich die? Denn bei Reichelt z.b. Stehen keine Angaben zur Wellenlänge bzw es ist auch nie von "Infrarot-Fotowiderständen" die rede... wäre nett falls mir jemand ne adresse geben könnte, falls wer eine kennt...
nun bleibt noch die Frage nach eventuellen Alternativen offen, denn Fotowiderstände haben ja eine gewisse Verzögerung, die mich evtl bei meinen Messungen stören könnte.
Hat schonmal jemand Erfahrung mit der "Verzögerung" gemacht? auf o.g. Seite steht, dass es sich im ms Bereich verhält, das wäre zu verkraften, aber ich würde es halt schon gerne vermeiden / vermindern.
Also bei den Fotowiderständen die ich beim Reichelt gesehen hab, steht schon überall was mit der Wellenlänge dabei (Lamda Peak); heisst halt, dass dort die grösste Empfindlichkeit ist.
Wenns IR sein soll, wär evtl eine Fotodiode / Fototransistor besser.
das ist wohl wahr, aber kann man mit Fotodioden / transistoren denn auch eine stufenloses, analoges Signal entsprechend der "Stärke" der Infrarotwellen bekommen, Durchlassstrom bei einer Diode bedeutet doch, dass entweder VCC oder gar nix fließt, oder irre ich mich?
Naja, dafür gibts ja die Transistoren. Da ist der "Lichtstrom" der Basisstrom der "normalen" Transistoren. Je mehr (Licht)Strom da also reinkommt, um so mehr lässt er selber durch.
Also in nem gewissen Helligkeitsbereich sollte es schon möglich sein, was zu messen. Ob das ganze jetzt aber linear ist oder irgend nen anderen Kurvenverlauf (quadratisch?) hat, wüsst ich jetzt nicht (mehr).
Optoelektronik ist schon wieder zu lang her.
Ich glaub sogar, dass bei Dioden auch ein Bereich dabei ist, in dem der Durchlasstrom von der Spannung abhängig ist. Nur wenn ich mich richtig erinnere, ist der Bereich verschwindend klein.
Naja das ganze ist sowiso als "Forschungsprojekt" gedacht (Teil meiner Physik FA), weshalb ich auch gerne bereit bin ein wenig zu messen und zu experimentieren.
Ich brauche bloß schonmal eine grobe Idee, welche Bauteile ich benötigen werde, weil ich vorraussichtlich heute abend eine kleine Bestellung bei Reichelt etc in Auftrag geben werde, damit es losgehen kann :D
danke schonmal für deine Hilfe ;)
Besserwessi
27.11.2008, 17:19
Bei Photodioden ist der Foto-Strom über einen sehr großen Bereich linear von der Intensität abhängig. Selbst der Proportionalitätsfaktor ist ziehmlich unabhängig vom Typ der Diode. Die Unsicherhiet ist da mehr die Fläche und Reflexion am Gehäuse.
Fototransistoren sind nicht so linear, dafür ist der Strom aber höher.
Aha, das heißt also ich könnte Fotodioden doch benutzen...
Ich werde einfach sowohl Fototransistoren und Fotodioden einsetzen und ein wenig experimentieren:)
danke für eure antworten!
Naja das ganze ist sowiso als "Forschungsprojekt" gedacht (Teil meiner Physik FA), weshalb ich auch gerne bereit bin ein wenig zu messen und zu experimentieren.
Das ist schon richtig mit der Intensitätsmessung durch Foto-Dioden. Du solltest Dich dabei auch auf die Stablilisierung der Halbleiterlaser durch eingebaute Fotodioden beziehen.
Wichtig ist zur Auswertung des Stromsignals ein Strom-Spannungs Wandler, häufig ein Operationsverstärker mit entsprechender Beschaltung.
http://images.google.de/images?um=1&hl=de&q=fotodiode+Schaltung&btnG=Bilder-Suche
Hey super danke :)
Wäre in diesem Fall ein LM358 als OP geeignet oder würdest du mir einen vorschlagen?
Und eine Frage hab ich noch:
Macht die Wellenlänge bei Infrarot-LEDs einen Unterschied in der Auswertung?
Schließlich gibt es ja einige mit z.B. 880nm und wiederum andere mit 950nm...
Danke nochmal an alle die mir bisher weitergeholfen haben :)
Besserwessi
27.11.2008, 20:43
Der LM358 ist nicht gerade ideal. Der ist mehr was für niedrige Frequenzen ( < 10 kHz) und auch kaum für sehr niedrige Intensitäten (< 1µW).
Besser wäre ein TLC272. Der ist Pinkompatibel und kann praktisch 1:1 ausgetauscht werden.
Die Wellenlänge hat einen Einfluß auf die Empfindlichkeit der Fotodioden. bei 950 nm sind die unterschiede zwischen verschiedenen Fotodioden größer. Sonst ist der unterschied eher klein.
Die Wellenlängenempfindlichkeit des Halbleiters ist relativ flach, wie im Bild.
http://tbn2.google.com/images?q=tbn:FplmxogeCcvwiM:http://members.misty.com/don/sipdresp.gif
http://images.google.de/images?um=1&hl=de&q=photodiode+spectral+response
Man erreicht bei verschiedenen Typen eine höhere Selektion durch optische Filterung im Diodengehäuse.
http://courses.ece.uiuc.edu/ece445/wiki/?n=Topics.LaserDiodeAndPhotodiodeIntroduction
Nabend zusammen :)
ich habe mal eben ein kleines Video gepostet, von den ersten visuellen / akustischen Ergebnissen meines IR-"Sensors"
http://de.youtube.com/watch?v=C-otLVq4__k
habe mich an folgender Schaltung orientiert:
http://www.mikrocontroller.net/articles/Bild:Photo_diode_tia.png
Die Spannung beträgt 4,3V wenn ich LED und Diode direkt aneinander halte, doch wenn ich mich nur 2 cm entferne, sinkt sie rapide ab!
Ich hatte ursprünglich eigentliche eine höhere Distanz angestrebt und hoffe, dass ich diese noch durch gewisse Optimierungen erreichen kann.
1) Vorwiderstand der IR-LED ist zu hoch. Laut Datenblatt ist Vmax der LED 1,5V und in meiner Schaltung liegen gerade mal ein wenig mehr als 1V an.
2) ich denke das Hauptproblem liegt am Empfänger... 1. hat der kleinste C der mir zur Verfügung steht 22pF und 2. habe ich einfach mal experimentell einen R von 1M eingesetzt, bin mir aber z.Z. noch nicht 100% sicher, wie sich ein anderer Wert auf die Verstärkung auswirkt - muss mich noch ein wenig zum Thema TIA einlesen...
wenn jemand zu 1) bzw 2) Vorschläge oder Anregungen hat, wäre ich sehr dankbar :)
einen schönen Abend noch!
Um von den 2cm auf etwa in die Größenodnung von 6m zu kommen kann man die Technik von Infrarotfernbedienungen einsetzen, entweder das Empfangsmodul TSOPxxxx, oder eine Nachbildung davon.
Das Problem mit dem Modul ist, dass es eine integierte Verstärkungsregelung hat die man nicht direkt auswerten kann. Man kann allerdings versuchen, sie indirekt auszuwerten.
Alternativ kann man die Technik der Signalfilterung nachbauen um an den Verstärkungswert zu kommen. Das ist sicher etwas aufwendiger.
mhh das klingt ja ziemlich schwach...
wie würde sich Ultraschall für mein Vorhaben anbieten?
ich schätze mal wenn ich einfach Ultraschall Sender und Mikrofon hernehme, müsste ich doch auch ein analoges Signal proportional zur Intensität des Schalls bekommen oder?
hab mal gelesen, dass man die leds mit mehr spannung betreiben kann / darf, wenn man lediglich impulse, statt eines konstanten stroms fließen lässt. Ist da was dran? bzw könnte ich damit viel erreichen?
Ich strebe eigenlich schon eine Distanz von ca 1/2 - 1m an...
Oder sollte ich echt mal ein wenig mit Ultraschall experimentieren?
Denn das genau ausformulierte Thema der Facharbeit steht noch nicht fest und Messungen zur Interferenz z.B. lassen sich mit Ultraschall ja bestimmt mindestens genau so gut machen wie z.B. mit IR-Licht...
Wenn 1m erreicht werden soll dann wäre ja eine Technik bis 6m nicht wirklich schwach, aber das liegt bei Dir.
Die Eigenschaften von IR und Ultraschall sind schon etwas unterschiedlich. In beiden Fällen ist es aber möglich das Signal über 6m zu übertragen, so wie es für Fernbedienungen eingesetzt wurde.
Es geht bei Übertragungen um die Unterscheidung von Nutzsignal und Störungen, also um Filterung. Bei Ultraschall bietet sich eine zusätzliche Laufzeitfilterung an, bei IR ist die Filterung des Lichtes mit der eingesetzten IR Wellenlänge möglich.
ups ich habe da ein imaginäres "c" vor der einheit m gelesen...
ich glaube ich werde langsam müde ^^
ich weiß nicht, wie ich die filterung umsetzen kann - ist bei photodioden für den wellenlängenbereich von 950nm nicht automatisch eine optische filterung vorhanden, sodass z.B. Störugnen durch Umgebungslicht eliminiert werden?
Oder verstehe ich deinen Begriff der Filterung / Ströung falsch?
Besserwessi
07.12.2008, 21:33
Die IR Fotodioden haben eine Filter der Licht ab etwa 750-800 nm durchläßt. Die Diode selber gibt dann die obere Grenze von etwa 1000 nm. Das gibt schon etwas unterdrückung vom umgebungslicht, ist aber bei weitem nicht perfekt. Normale Glühlampen haben die maximale Strahlungsabgabe bei etwa 800-1100 nm, also auch gerade bei der Wellenlänge der IR dioden.
Die Schaltung oben mit dem einen OP ist mehr etwas um z.B. LEDs zu vergleichen, die direkt vor dem Empfänger stehen. Für Abstände im Meterbereich, müßte man die IR LEDs periodisch ein/ausschalten, um über die Modulationsfrequenz Umgebungslicht unterdrücken zu können. Man kann dann das Signal entsprechend der Modulation elektronisch Filtern.
Das ist richtig, eine optische Filterung auf 950nm oder die entsprechende Wellenlänge ist bei einigen Empfängern vorhanden, man sollte sie nutzen.
wie dem Diagramm auf Seite 4 des Datenblattes (http://www2.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/150000-174999/154043-da-01-ml-Photodiode-Pin_SFH205F_de-en.pdf) zu entnehmen ist, ist das bei den von mir verwendeten Dioden der Fall.
Ich habe sowohl LEDs als auch Fotodioden für beides, 880nm und 950nm, habe aber wegen der größeren Differenz zur Wellenlänge des sichtbaren Lichtes bisher nur mit 950nm gearbeitet, ist doch igg. sinnvoll oder?
das von Besserwessi beschriebene modulierte Signal sollte doch mit einem NE555 erzeugt werden können oder?
wenn ich o.g. Verfahren benutze, hätte ich ja auch die Möglichkeit die Sendeimpulse so zu wählen, dass die LED einen höheren Strom "verträgt" und somit eine weitere Steigerung der Reichweite erreichen, oder habe ich da einen Denkfehler?
Jetzt frage ich mich bloß, wie ich das Signal wieder demodulieren kann, da ich damit noch keine Erfahrung habe, werde morgen oder so einfach mal Google fragen ^^
danke schonmal für eure Hilfe ;)
Das mit den Impulsen zur Erhöhung der Intensität ist auch richtig, wichtiger wird noch die räumliche Verteilung der Strahlung sein.
Wenn (jeweils) nur ein kleiner Raumwinkel benötigt wird dann kann dort die Intensität sehr erhöht werden und es kann auch räumlich selektiv gemessen werden.
Es geht wie oben genannt auch um Interferenz und Beugung dazu benötigt man ausreichende Kohärenz, also Strahlung von zusammenhängender Phasenlage. Vorzugsweise wird solche Strahlung von einem Laser erzeugt. Eine kleine Laserdiode mit 1mW (besser ein fertiges Modul) liefert im allgemeinen eine ausreichende Intensität für Messungen im Bereich von Metern.
In jedem Fall sollte man dann erst einmal mit sichtbarem Licht experimentieren. IR sollte man bei ersten Versuchen mit Lasern unbedingt vermeiden (und nie mir dem verbliebenden Auge in den Strahl schauen).
also die unheimlich geringe Distanz wäre überwunden...
Mir ist es aber einigermaßen unangenehm den Grund für o.g. Problem zu nennen... ^^
Ihr werdet lachen (und ich sollte weinen):
Nach einem kleinen Blick ins Datenblatt meiner Fotodiode bemerkte ich, dass ich diese die ganze Zeit von der FALSCHEN SEITE anstrahlte :D
obwohl es relativ offensichtlich ist, dass die RUNDE SEITE "vorne" ist, da durch die Rundung wohl auch der Einfallswinkel beinflusst wird, schätze ich...
naja Anfängerfehler ^^
nichts desto trotz ist
1. bei mehr als 20 - 30cm kein deutlicher Ausschlag am Multimeter zu vernehmen und
2. Der Einfluss des Tageslichtes noch zu groß.
deshalb werde ich mich, sobald die letzten Klausuren für dieses Jahr überwunden sind (Ende der Woche) mal ein wenig mit Modulation von Strahlen befassen und etwas experimentieren...
Eine Frage, bezüglich der Verstärkung des Signals hätte ich jedoch noch:
Besserwessi schrieb:
"Die Schaltung oben mit dem einen OP ist mehr etwas um z.B. LEDs zu vergleichen, die direkt vor dem Empfänger stehen. "
Meinst du damit den grundsätzlichen Aufbau der Schaltung, also der Verstärkung, oder nur die Tatsache, dass das Signal nicht moduliert ist?
bzw wie sähe eine "geeignete" Schaltung in etwa aus?
Besserwessi
08.12.2008, 17:34
Man kann die Schaltung mit dem einen OP auch zum messen mit modulation nutzen. Dahinter sollte man aber einen Bandpassfilter mit zusätzlicher Verstärkung schalten. Das kann der 2.te Op aus dem LM358 sein.
Für einen einfachen Test könnte man hinter den 1.ten OP einen Kondensator und Widerstand hängen und das Signal dann z.B. über die Soundkarte vom PC anschauen (mit passender Software) oder auch anhören.
mhh also mal ein wenig mit Hoch- und Tiefpässen experimentieren?
Durch die Modulation wird doch nicht die Wellenlänge der Strahlen verändert, sondern lediglich die des Signals, oder?
Und dann muss ich genau diese herausfiltern, um das eigentliche Signal zu bekommen?
Richtig soweit?
Auf jeden Fall schonmal vielen Dank an alle die mir hier bisher weitergeholfen haben!! :)
Wie gesagt, sobald die Klausuren vorrüber sind, werde ich das ganze dann ein wenig vertiefen... ^^
guten Abend noch
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