Hallo Forum, es geht darum, das Signal einer Photodiode eines Rauchmelders mittels eines Transimpedanzverstärkers aufzunehmen und so in einen Microcontroller zu führen. Die Photodiode (PD) soll weitestgehend in ihrer "gewohnten", d.h. angestammten Platine erhalten bleiben. Auch soll die Messzelle des Rauchmelders weiterhin durch den Standardrauchmelder-IC MC145010 angesteuert werden, d.h. die sendende IR-Diode soll durch ihren normalen Chipsatz versorgt werden. Einzig das Signal der empfangenen Photodiode, die das Streulicht wahrnimmt, soll in einen Transimpedanzverstärker geführt werden (und ggf. nicht mehr in den Rauchmelder-IC) Nun habe ich ein paar Strom-Messungen an der Photodiode durchgeführt (innerhalb der Schaltung, also einfach Messgerät auf die beiden Pins und somit PD (fast) kurzgeschlossen). Ich habe die Rauchmeldermesszelle sowohl im geöffnetem, als auch im geschlossenen Zustand durchgemessen. Geöffnet tritt eine Menge Licht in die Photodiode, mein Messgerät zeigt an der Photodiode bis zu 500uA an. Je weiter ich den Deckel über die Messzelle gleiten lasse, desto dunkler wird es und der gemessene Strom wird kleiner, bis er erwartungsgemäß Null wird. Nun habe ich auch die IR-Diode getetstet, indem ich die Funktionalität des Rauchmelders mittels eines Streichholzes getestet habe. Mit einer gewissen Verzögerung tritt der Rauch in die Zelle und löst den Alarm aus. Somit ist die Funktionalität sowohl der IR-Diode, als auch der Photodiode nachgewiesen. Dummerweise verbleibt mein Amperemeter bei geschlossener Zelle stets bei einer Anzeige von 0uA, offenbar ist der Anzeigebereich noch zu groß, bzw. die Empfindlichkeit meines Messgerätes zu klein... Probleme bereiten mir aber nun also folgende Dinge: Ich müsste wissen, wieviel Strom die Photodiode aufgrund ihres augenommenen Streulichtes abgibt, wenn sich Rauch in der Zelle befindet... Kann es sein, dass die rauchgefüllte Zelle die Photodiode ernsthaft nur im sub-mikro-amperebereich anregt, Strom abzugeben und der Chip auf dieses winzige Signal dann reagiert, oder habe ich irgendeinen Fehler in meinem Messverfahren, letzenendes habe ich ja nur mein Amperemeter direkt auf die beiden Pins der Photodiode gelegt, diese befindet sich ja kathodenseitig immernoch am Detektoreingang des Rauchmelder-IC's und Anodenseitig an Widerstand + Kondensator + Rest der Schaltung... fraglich ist, ob ich die Photodiode von der kompletten Schaltung trennen müsste und auch, ob ich das überhaupt darf, schließlich soll die Gesamtfunktionalität nicht gefährdet werden, insbesondere soll die Funktionalität der IR-Diode erhalten bleiben (wird von Mutter-IC gepulst), weiß nicht ob ich einfach ein paar Leitungen im Gesamtchipsatz durchtrennen darf ohne dabei diese Bereiche mit zu zerstören... Ideen, Erfahrungen? Angenommen die Schaltung läuft auch, wenn ich die Photodiode komplett aus dem Rest heraustrenne. Würde es dann reichen, diese direkt zwischen Masse und Eingang des Transimpedanzverstärkers zu klemmen, oder benötige ich für hier eine bestimmte getrennte Masse? Letztenendes wäre es schön, wenn ich die Ansteuerelektronik der IR-Diode, meinen Mikrocontroller für die Signalauswertung und den Transimpedanzverstärker möglichst aus ein und derselben 9-Volt Blockbatterie betreiben könnte... möglich?
Hallo. Ist schon eine ganze Menge Text, den du da formuliert hast. Mir ist die grundsätzliche Funktionsweise von Rauchmeldern bekannt. Was mir allergings recht schleierhaft vorkommt, ist deine Strommessung. Wie willst du denn den Strom, der durch die Infrarotdiaode fließt messen, wenn du dein Amperemeter parallel zur Diode schaltetst? Damit misst du im besten Falle garnichts und zerstörst im schlimmsten Falle die Versorgung der LED, da das Amperemeter fast wie ein Kurzschluss wirkt. Außerdem ist der Spannungsabfall über die IR-Diode zunächst irrelevant. Wichtiger -und das hast du richtig erkannt- ist der Strom der durch die Diode fließst. Denn, je mehr Rauch sich in der Zelle befindet, desto schlechter wird auch die Übertragungseigenschaften und somit wird auch der Strom der durch die Empfangsdiode fließt geringer. Dieser Strom muss auf irgendeine Wiese durch die Beschaltung in eine Spannung umgewandelt werden. Entweder ist der Widerstand, der nach deiner Beschreibung anodenseitig angeordnet ist dafür zuständig oder das IC, das die LED 'pulst'. Hier solltest du irgedwo eine Spannungsdifferenz oder einen Pegel proportional zur Stromstärke messen können. Diese Spannungsdifferenz kannst du dann auch auf deinen 'Transimpendanzverstärker', den ich nachfolgend mal als Impendanzwandler bezeichne, geben. Dies sollte die Funktionalität der Gesamtschaltung nicht tangieren, da der Eingangswiderstand des Impendanzwandlers gegen unendlich und die Stromaufnahme gegen Null geht. Ein einfaches anklemmen der Diode zwischen den Eingang des Impendanzwandlers und der Masse wird glaube ich kaum zu einer Lösung führen, denn dann misst du den Spannungsabfall über die Diode, aber nicht ihre Stromaufnahme. Schaltest du nun hingegen einen definierten Widerstand -sagen wir mal 100 Ohm- in Reihe zur Diode, dann kannst du über den Spannungsabfall des Widerstandes auf die Stärke des Stromflusses durch die Diode und damit direkt auf die Rauchintensität schließen. Diese Spannung kannst du dann nachfolgend in beliebige Bereiche verstärken. Dabei musst du aber die prozentuale Abweichung der Werte der Widerstände in deinem Verstärkungsfaktor berücksichtigen. Vieleicht hat dir das geholfen dein Problem aus einer anderen Sichtweise zu sehen. -bla-
Hallo bla, ich glaube, Du hast das falsch verstanden. Großes Fragezeichen (Sch&@%!#-Namen...koennt Ihr Euch nicht anstaendig anmelden?) hat - wie ich verstanden habe - in einen funktionierenden Rauchmelder eine Empfangsdiode gesetzt und deren Ausgangsstrom gemessen. Soweit, sogut. Und JA, der Strom liegt im Nullkommamikroamperebereich. Bau doch mal einen einfachen Stromverstaerker auf und schau, was rauskommt. Hinweis: Du bekommst kein Dauersignal, denn die Sendediode ist gepulst um Strom zu sparen. Gruss Michael
> Denn, je mehr Rauch sich in der Zelle befindet, desto schlechter wird > auch die Übertragungseigenschaften und somit wird auch der Strom der > durch die Empfangsdiode fließt geringer. Nein, das ist genau anders herum. Um die Intensität zu dämpfen müsste das schon fetter schwarzer Qualm sein, hier wird aber die Streuung an den Rauch Aerosolen ausgenutzt. Und wie schon von anderen gesagt, der Strom ist sehr gering und außerdem noch gepulst - mit einem Amperemeter ist da nichts zu erkennen.
Also erstmal danke für die ersten Reaktionen. Ich führe nochmal etwas weiter aus, da einigen der Aufbau nicht ganz klar zu sein scheint. Es geht um insgesamt zwei Dioden, die beide in einer lichtundurchlässigen, schwarzen Kammer untergebracht sind. Sie sind fast rechtwinklig zueinenader angebracht und werden von einem Sichtschutz blockiert, so dass das Signal der IR-Diode die Photodiode nicht erreichen kann. Tritt aber Rauch in diese Kammer ein, so wird das IR-Licht gestreut und dieses Streulicht kann dann von der Photodiode detektiert werden. Die IR ist also die Sendediode, die PD die Detektordiode. Beide hängen an dem Standard-Rauchmelder-Chip MC145012. Die IR wird gepulst. Meiner Meinung nach empfängt die PD nichts, wenn kein Rauch in der Zelle ist, es geht also nicht um Absorbtion, sondern um Streuung. Dies wird ja auch dadurch bestätigt, dass ich bei geöffneter Messkammer ein Stromsignal von meiner PD empfange, im geschlossenen Zustand hingegen nicht. Was meint ihr, kann ich die Leiterbahnen die zu der PD hinführen schlichtweg unterbrechen, und dann einen Transimpedanzverstärker anschliessen? Vorher müsste ich natürlich eine Idee von den Dimensionen der Photoströme gewinnen, d.h. hier wäre wohl eine Messung mit einem Oszilloskop angebracht, oder welches Verfahren würdet ihr anwenden? mfg
Hallo Fragezeichen, ich habe mich letztens mit etwas Ähnlichem (Reflexionslichtschranke) beschäftigt. Mir hat dabei die Schaltung im Thread Beitrag "Re: Photodiode als IR-Empfänger (Signalaufbereitung)" weitergeholfen. Je nach dem, wie lang die Impulse sind, brauchst du möglicherweise einen schnellen OPV. Es bleibt allerdings die Frage, warum du nicht auch gleich die Auswertung dem Rauchmelder-IC überlässt, wenn sie doch bereits eingebaut (und getestet!) ist. Gruß David
Es soll ja nicht mit einer festen Schwelle gemessen und ausgewertet werden, sondern die Stärke der Streuung soll abgebildet werden, d.h. es soll eine kontinuierliche Auswertung erfolgen, so dass schicke Graphen daraus hervorgehen können... Mal eine Frage zwischendurch: Grundsätzlich wäre es egal, ob die IR-Diode gepulst ist oder nicht? Einzige Auswirkung wäre eine Lebensdauerverlängerung der Batterie, ist dies richtig?
Großes Fragezeichen schrieb: > Grundsätzlich wäre es egal, ob die IR-Diode gepulst ist oder nicht? > Einzige Auswirkung wäre eine Lebensdauerverlängerung der Batterie, ist > dies richtig? Nö. Man kann damit auch schwache Signale detektieren. Denn das Messsignal muss dann ja die gleiche Frequenz und Phasenlage haben wie der Sender. Störungen kann man so heraus filtern. Gockel doch einmal nach Lock-In-Verstärker und überlege dir, ob du dieses Prinzip nicht hier nutzen kannst.
Nachtrag: Schaltungsidee für einen "Billig-Lock-In" Das (verstärkte) Signal von der Photodiode wird mit einem Kondensator erst einmal vom DC-Teil-entkoppelt. Ein als Komparator (Schmitt Trigger mit sehr kleiner Schwelle?) geschalteter OpAmp "digitalisiert" das Signal. Die Multiplikation übernimmt dann ein Exclusiv-Oder, das neben dem Messsignal das Referenzsignal bekommt. Das Ergebnis schickt man in einen Integrator mit großer Zeitkonstante. Dessen Ausgangswert weicht dann nur vom Mittelwert ab, wenn ein Signal im Eingang ist, das die gleiche Frequenz und Phasenlage hat wie die Referenz. Das kann man dann in eine ADC schicken oder einen Komparator nachschalten.
Ehrlich gesagt nehme ich an, dass der hier verwendete Chipsatz meines 4-Euro-Russland-Importprodukt-Rauchmelders nicht über einen Lock-In-Verstärker verfügt, oder irre ich mich dort und die Dinger sind so unscheinbar, dass man sie leicht übersieht? Von daher würde ich eher den Weg verfolgen, dass das Ding auch ohne Lock-In ein messbares Signal an meiner Photodiode erzeugen muss... zudem geht es ja nicht darum, das Ursprungssignal wieder zu bekommen, sondern das Streulicht aufzunehmen und zwar im wesentlichen rein leistungsmäßig quantitativ... Wie kann ich eigentlich am einfachsten testen, ob eine IR-Diode sendet?
Hallo, Großes Fragezeichen schrieb: > Wie kann ich eigentlich am einfachsten testen, ob eine IR-Diode sendet? Mit einer Digitalkamera. Mit freundlichen Grüßen Guido
Großes Fragezeichen schrieb: > Ehrlich gesagt nehme ich an, dass der hier verwendete Chipsatz meines > 4-Euro-Russland-Importprodukt-Rauchmelders nicht über einen > Lock-In-Verstärker verfügt, oder irre ich mich dort und die Dinger sind > so unscheinbar, dass man sie leicht übersieht? Viel braucht es ja nicht. Man muss die Diode pulsen und auf Empfängerseite braucht man ein Exklusiv-Oder und ein OpAmp als Integrator. Das ist alles. Vielleicht nennt man so etwas dann nicht "Lock-In", aber es ist das gleiche Prinzip. Das wirkt dann wie ein Bandpass extrem hoher Güte plus Gleichrichter, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis deutlich verbessert wird und so auch sehr kleine Signale gemessen werden können. Und als Ausgang erhält man sogar gleich eine Gleichspannung, deren Wert proportional zum gestreuten Licht ist. Was willst du mehr?
zum Testen der IR: meine Kamera zeigt leider nichts an, liegt vermutlich daran, dass die IR nur in Pulsen von 100us sendet...
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