Hallo Forum, für mein Projekt bin ich auf der Suche nach einem IR-Empfänger,welcher nicht 0V bei Erkennen und 5V bei Nicht Erkennen ausgibt, sonder ein lineares Signal. Wie es bei einer Fotodiode (Bsp. BPW34) oder bei einem Fotowiderstand der Fall ist. Möchte Vibrationen an Objekten aufnehmen. Das IR-Licht trifft aufs Objekt auf und dessen Reflektionen werden in Folge vom Empfänger aufgenommen. Die feinen Vibrationen können dann ganz einfach über PC-Sound-Eingang aufgenommen und weiterverarbeitet werden. Das Problem ist, dass das Signal durch 100Hz von Energiesparlampen, sowie (noch schlimmer) starker Halogenlichts gestört werden kann und ich deshalb auf die Modulation (Fernsteuerungstechnik) zurückgreifen möchte. Kennt jemand vielleicht einen IR-Empfänger, welcher z.B. auf nur 38kHz anspricht aber ein lineares Signal ausgibt? Wie stark werden solche Empfänger eigentlich von Halogenflutern gestört? Wäre toll wenn jemand mehr dazu wüsste. Besten Dank schon mal. Grüße Thomas
Von Vishay gibt es Empfänger mit digitalen - sowie analogen Ausgang: http://www.vishay.com/company/press/releases/2010/... Aber die geben immer nur „Empfang Ja“ oder „Empfang Nein“ aus. Sehe ich das richtig? Beste Grüße
vielleicht selber bauen ? optischen IR Passfilter Photodiode Transimedanzverstärker Bandfilter etc.. Gruss Klaus
bis ca. 1995 gab es die Empfänger TSOP xx38 undsoweiter noch nicht. Da hat man eine IR-Fotodiode genommen und einen IC dahinter. Ich weiß nicht mehr welchen, aber in Fernsehgeräten war das so zu finden. Alternative wären Radio-IC (AM). Statt Antenne kommt da die Fotodiode dran (Beschaltung wegen DC spannung und Strom kommt noch hinzu). Es gibt zwar nicht mehr viele davon ( TCA440 war gut, gibt es aber nicht mehr), TEA5570 oder TDA1072 sollte es noch geben. Die können natürlich auch 38kHz. Wenn Du das in einen Controller einliest, wäre zu überlegen, die Sampling-Frequenz des ADC bewußt auf bestimmte Werte einzustellen (mal überlegen: 50Hz, 100Hz, 38kHz, 72kHz (=2*38) und in I und Q Kanal zu trennen als Quadraturmischer )
nix und nul schrieb: > bis ca. 1995 gab es die Empfänger TSOP xx38 undsoweiter noch nicht. Da > hat man eine IR-Fotodiode genommen und einen IC dahinter. Ich weiß nicht > mehr welchen, aber in Fernsehgeräten war das so zu finden. > Alternative wären Radio-IC (AM). Diese ICs hatten aber typisch eine Verstärkungsregelung. Die würde bei Thomas´ Anwendung stören. Also am besten doch einen oder mehrere Operationsverstärker. Gruss Harald
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Glühlampen, also auch Halogenlampen strahlen eine Menge Energie (Plancksches Strahlungsgesetz) im IR-Bereich aus. - Also: Hohe IR-Strahlung, manchmal wird diese mit "Wärmeschutzfiltern" etwas (!) abgemildert. Sparlampen und herkömmliche Leuchtstoffröhren strahlen grundsätzlich eher im UV-Bereich, das sichtbare Licht entsteht durch physikalische Effekte im "Leuchtstoff", der an der Innenwand der Röhren angebracht ist. Diese Leuchtstoffe erzeugen hauptsächlich sichtbares Licht. - Also: Geringe IR-Strahlung LED-Lampen: Hier werden LEDs benutzt, die physikalisch bedingt in einem relativ schmalen Spektrum strahlen. Sollen die Dinger eine gute (sichtbare) Lichtausbeute bieten, wird kein Hersteller so blöd sein, damit Licht im IR-Bereich zu erzeugen. - Also: Geringe IR-Strahlung Da mir kein IC für deine Anwendung bekannt ist, wäre mein Ansatz eine IR-Diode mit Transimpedanzverstärker und nachfolgendem Bandpass für deine frei wählbare IR- Modulationsfrequenz. (Das kann jede Frequenz deutlich oberhalb der höchsten zu messenden Frequenz sein.) Vielleicht sind da schon 10, oder 5 kHz möglich? Glühlampen- / Halogen-Beleuchtung und sonstige IR-Störer sollten in jedem Fall durch Abschattung vom Messaufbau ferngehalten werden, da sie den Transimpedanzverstärker (wo Stör- und Nutzsignal noch beide vorliegen) übersteuern kann.
Harald Wilhelms schrieb: > Diese ICs hatten aber typisch eine Verstärkungsregelung. Das hat Vishay auch erkannt und für Anwendungen, bei denen konstante Verstärkung gewünscht ist, die Serie TSSP4038, TSSP58038, TSSP6038, TSSP77038 und TSSP57038 herausgebracht. Als Ausgang ist allerdings nur der Schaltausgang verfügbar, so dass man auch hier nicht an das Analogsignal ran kommt und wohl selber bauen muss (TIA, Bandpass und Demodulator).
Bernie schrieb: > Glühlampen, also auch Halogenlampen strahlen eine Menge > Energie (Plancksches Strahlungsgesetz) im IR-Bereich aus. > - Also: Hohe IR-Strahlung, manchmal wird diese mit > "Wärmeschutzfiltern" etwas (!) abgemildert. > > Sparlampen und herkömmliche Leuchtstoffröhren strahlen > grundsätzlich eher im UV-Bereich, das sichtbare Licht > entsteht durch physikalische Effekte im "Leuchtstoff", > der an der Innenwand der Röhren angebracht ist. Diese > Leuchtstoffe erzeugen hauptsächlich sichtbares Licht. > - Also: Geringe IR-Strahlung > > LED-Lampen: Hier werden LEDs benutzt, die physikalisch > bedingt in einem relativ schmalen Spektrum strahlen. > Sollen die Dinger eine gute (sichtbare) Lichtausbeute > bieten, wird kein Hersteller so blöd sein, damit Licht > im IR-Bereich zu erzeugen. > - Also: Geringe IR-Strahlung Was diese "Betrachtung" vollkommen ausklammert, ist daß Silizium- Fotodioden zwar ihr Empfindlichkeitsmaximum im nahen IR haben, für sichtbares Licht aber dennoch nicht blind sind. Daß aus den o.g. Lampen wenig oder kein IR rauskommt, ist also keineswegs hinreichend als Begründung "die stören nicht". Viel gravierender ist das Problem etwiger Modulation. Sowohl EVG für Leuchtstoffröhren als auch Netzteile/Stromquellen für LED nutzen potentiell ähnliche Frequenzen wie IR-Fernbedienungen. Die Leuchtmittel strahlen die dann u.U. auch im sichtbaren Spektrum ab. Allerdings ist all das für das Problem des TE eher nebensächlich. Wenn er mit großen Schwankungen der Umgebungshelligkeit zu kämpfen hat, wird er eine aktive Bias-Nachführung brauchen (siehe: Beitrag "Fotodiode Gleichanteil entfernen"). Die IR-LED wird natürlich moduliert und das zurückgestreute Signal wird per Korrelation ausgewertet. Im einfachsten Fall reicht dafür ein OPV + ein paar Analogschalter als bipolares Koeffizientenglied und dahinter ein Tiefpaß. XL
Hallo, zur Erleichterung des Googelns: was du suchst, ist kein IR-Empfänger, sondern ein Belichtungsmesser für IR. Gruss Reinhard
Axel Schwenke schrieb: > Daß aus den o.g. Lampen wenig oder kein IR rauskommt, ist also keineswegs > hinreichend als Begründung "die stören nicht". Für "die stören nicht" ist es aber sehr hilfreich, wenn die Lampen in einem Spektralbereich, in dem der Empfänger empfindlich ist, kein Licht abgeben. Dies gibt einem die Chance, durch ein optisches VIS-Sperrfilter vor dem Detektor, das Verhältnis von Signal- zu Störlicht kräftig anzuheben.
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Hallo, also zuerst Mal ein riesen Dankeschön ans Forum für die rege Beteiligung!! Echt toll! Um das Ganze zu veranschaulichen habe ich eine Aufnahme der Vibration ohne Störlicht und mit Störlicht gemacht. Man sieht im Bild, wie vom eigentlichen Signal nichts mehr übrig bleibt, wenn 100Hz Störlicht vorhanden. Als Led habe ich die SFH485P (880nm) verwendet und als Empfänger den BPW34 (850nm). Nun soll die Modulation dem Problem Abhilfe schaffen. Schon vorgefertigte Bausteine, scheint es also nicht zu geben. Leider hat mich die Google-Suche >Belichtungsmesser für IR auch nicht weiter gebracht. Ist es nicht so, dass so ein IR-Belichtungsmesser, zwar nur die IR-Strahlung misst, aber nicht selektiert? Sprich so ein IR-Belichtungsmesser, wird die IR-Strahlung von allem messen, also auch die der Halogenlampen. So nehme ich an, dass ein IR-Belichtungsmesser eine einfache Fotodiode oder Fotowiderstand mit aufgesetzter IR-Pass Abdeckung ist. Eigentlich laufen eure Vorschläge alle in eine Richtung: Selbstbau! Schlagworte sind also folgende: Fotodiode optischen IR Passfilter Transimedanzverstärker Bandpassfilter Demodulator aktive Bias-Nachführung Als Fotodiode würde ich weiterhin die BPW34 verwenden. Bezüglich optischer IR-Passfilter bin ich mir nicht ganz sicher, ob dieser auch einen Vorteil darstellt. Zumal hat die Fotodiode selbst schon ihren größten Wirkungsgrad bei 850nm (siehe Bild Anhang). Zum Anderen strahlt das Störlicht auch im IR-Bereich, welches dann ohne Probleme durch den Filter passieren würde. Zum Transimpedanzverstärker muss ich mich noch schlau machen! Die Aufgabe des Bandpassfilters ist es, dass nur die Modulationsfrequenz durchgelassen bzw. empfangen wird, oder? > Da mir kein IC für deine Anwendung bekannt ist, >wäre mein Ansatz eine IR-Diode mit Transimpedanzverstärker >und nachfolgendem Bandpass für deine frei wählbare IR- >Modulationsfrequenz. (Das kann jede Frequenz deutlich >oberhalb der höchsten zu messenden Frequenz sein.) >Vielleicht sind da schon 10, oder 5 kHz möglich? Ja es wären schon 10kHz möglich, da ich max. 1kHz Vibrationen aufnehmen möchte. Sender habe ich schon mal einen zusammengebaut: http://www.robotroom.com/Infrared555.html Muss aber noch prüfen, ob er richtig funktioniert! Ist nun gewährleistet, dass NUR die gewählten 10kHz wahrgenommen werden und die 100Hz vom Störlicht nicht? Wie wird nun ein Demodulator realisiert? Ist dies der 10kHz Bandpassfilter? Wie bekomme ich dann meine Vibrationsfrequenzen wieder heraus. Tiefpassfilter? Es ist richtig, dass ich mit >starken Kunstlichtschwankungen zu kämpfen haben werde. Eine aktive Bias-Nachführung wird also notwendig sein, nehme ich an? >Glühlampen- / Halogen-Beleuchtung und sonstige IR-Störer >sollten in jedem Fall durch Abschattung vom Messaufbau >ferngehalten werden, da sie den Transimpedanzverstärker >(wo Stör- und Nutzsignal noch beide vorliegen) übersteuern >kann. Zum Thema Abschattung habe ich schon folgendes versucht: Sender und Empfänger in ein Röhrchen (Karton) geklebt und diese in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet. Einfallswinkel = Ausfallswinkel. Genau an der Oberfläche (Schnittpunkt) des Prüflings, wird der Strahl abgelenkt und trifft dann auf dem Empfänger. Doch wurde die Amplitude der 100Hz nur sehr schwach vermindert. Auch eine Lochblende hat so gut wie nichts gebracht. Ist das Problem dann überhaupt mit Modulation zu Lösen? >Die IR-LED wird natürlich moduliert und das zurückgestreute Signal wird >per Korrelation ausgewertet. Im einfachsten Fall reicht dafür ein OPV + >ein paar Analogschalter als bipolares Koeffizientenglied und dahinter >ein Tiefpaß. In wie fern unterscheidet sich dieser Ansatz von den anderen? Stichwort "Korrelation". Für mich ist die Wahl des einzuschlagenden Weges nicht so einfach, da ich nicht vom Fach bin und erst beim Erlernen der Grundlagen bin. Vielen Dank aber nochmals. Ich werde mich ins Thema einarbeiten! Ich freue mich auf jede Rückmeldung! Grüße Thomas
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Thomas Ma schrieb: > Um das Ganze zu veranschaulichen habe ich eine Aufnahme der Vibration > ohne Störlicht und mit Störlicht gemacht. Man sieht im Bild, wie vom > eigentlichen Signal nichts mehr übrig bleibt, wenn 100Hz Störlicht > vorhanden. Da wäre natürlich die erste Frage, ob man das Störlicht nicht unterdrücken kann während der Messung. Und ob das Störlicht überhaupt im Nutzspektrum um 880nm liegt. Ebenfalls in diese Richtung: wie stark ist dein Nutzlicht? Wenn du das Störlicht nicht weiter abschwächen kannst, kannst du ja vielleicht dein Nutzlicht stärker machen. > Als Led habe ich die SFH485P (880nm) verwendet und als > Empfänger den BPW34 (850nm). Auf jeden Fall ist die BPW34 als Empfänger schon mal eine schlechte Wahl, weil sie keinen integrierten IR-Filter hat (die Vergußmasse ist dann tief dunkelrot, fast schwarz). Es gibt etliche Fotodioden mit integriertem IR-Filter. Z.B. SFH203FA. > Nun soll die Modulation dem Problem Abhilfe schaffen. > Schlagworte sind also folgende: > > Fotodiode check > optischen IR Passfilter fehlt > Bezüglich optischer IR-Passfilter bin ich mir nicht ganz sicher, ob > dieser auch einen Vorteil darstellt. Zumal hat die Fotodiode selbst > schon ihren größten Wirkungsgrad bei 850nm (siehe Bild Anhang). Zum > Anderen strahlt das Störlicht auch im IR-Bereich, welches dann ohne > Probleme durch den Filter passieren würde. Stimmt. Aber dein Nutzsignal liegt ausschließlich im IR. Deswegen ist jedes bisschen IR-Filter nur gut. > Transimedanzverstärker check > aktive Bias-Nachführung wirst du vermutlich brauchen, wenn es größere Gleichlichtstörungen gibt. Also sagen wir mal heller Sonnenschein vs. Nacht. > Bandpassfilter > Demodulator Eher nicht. Sowas verwendet man, wenn man nur die Frequenz des Nutzsignals kennt. Du bist da in einer besseren Lage. Du kennst die genauen Zeitpunkte, wann deine LED leuchtet. > > Zum Transimpedanzverstärker muss ich mich noch schlau machen! > > Die Aufgabe des Bandpassfilters ist es, dass nur die Modulationsfrequenz > durchgelassen bzw. empfangen wird, oder? > >>... frei wählbare IR- >>Modulationsfrequenz. (Das kann jede Frequenz deutlich >>oberhalb der höchsten zu messenden Frequenz sein.) >>Vielleicht sind da schon 10, oder 5 kHz möglich? > > Ja es wären schon 10kHz möglich, da ich max. 1kHz Vibrationen aufnehmen > möchte. 10kHz sind dann nicht nur möglich, sondern definitiv nötig. Wenigstens. Ich würde eher auf 50kHz gehen. > Ist nun gewährleistet, dass NUR die gewählten 10kHz wahrgenommen werden > und die 100Hz vom Störlicht nicht? Entweder filtern oder korrelieren. Letzteres ist die klar bessere Lösung. >>Die IR-LED wird natürlich moduliert und das zurückgestreute Signal wird >>per Korrelation ausgewertet. Im einfachsten Fall reicht dafür ein OPV + >>ein paar Analogschalter als bipolares Koeffizientenglied und dahinter >>ein Tiefpaß. > > In wie fern unterscheidet sich dieser Ansatz von den anderen? Stichwort > "Korrelation". Korrelation wirkt im Prinzip wie ein extrem schmalbandiger Filter. Wie schmal, hängt davon ab wie weit dein Nutzsignal von der Modulationsfrequenz entfernt ist. Für den einfachen Fall, daß deine LED mit 50% Tastverhältnis moduliert ist, ist der Korrelator ein Verstärker, der zwischen +1 und -1 umgeschaltet wird. Immer wenn die LED an ist: +1 sonst: -1. Das Ausgangssignal muß noch durch einen Tiefpaßfilter. Der muß einerseits die Modulationsfrequenz möglichst gut und andererseits die höchste Nutzfrequenz möglichst wenig underdrücken. Stell dir einfach vor, da wäre ein Gleichlichtsignal von 1V überlagert. Das wird jetzt mit sagen wir mal 50kHz Modulationsfrequenz korreliert. Aus dem Korrelator fällt dann hinten ein Rechteck mit 50kHz und Spitzenwerten -1V und +1V raus. Der Tiefpaß mittelt das zu 0. Nur ein Signal, das genau zu deiner Modulation paßt, wird vom Tiefpaß nicht glattgebügelt. XL
Thomas Ma schrieb: > Sprich so ein IR-Belichtungsmesser, wird die IR-Strahlung > von allem messen, also auch die der Halogenlampen. Ja das stimmt natürlich. Dazu 2 Anmerkungen: Du kannst Nutz- und Störsignal nur trennen, wenn sie in verschiedenen Frequenzbereichen liegen, dafür musst du sorgen durch geeignte Modulationsfrequenz - die Störungen kannst du ja nicht beeinflussen. Das wurde ja schon so angesprochen. Die Trennung durch Filterung nützt dir wenig, wenn dein Empfänger durch die Umgebung schon übersteuert wird. Du brauchst also genügend Reserven am Eingang auch für die hellste vorkommende Umgebung, sonst gibts nichts mehr zu filtern. Das macht die Sache nicht einfacher, das System muss wohl entsprechend konstruiert werden, zu kaufen ist es so sicher nicht. Gruss Reinhard
Als Photodiode mit IR Empfänger würde sich einen BP104F anbieten. Die Empfindlichkeit der Detektionsmethode hängt auch sehr von der Optik ab. Da kann es sich ggf. lohnen erst einmal mit einer roten LED zu experimentieren um die passende Position usw. zu finden. Auch die Oberfläche der Probe hat über die Streuung einen Einfluss. Bei der LED kann eine stark gebündelte Type (z.B. SFH4550) ggf. deutlich mehr Intensität bringen. Je nach Optik kann man auch 2 Fotodiode nutzen, so das die Differenz der Ströme das Signal gibt. Damit kann viel der Störungen herausfallen. Da man das Modulationssignal zur Verfügung hat, ist die Korrelation zur Demodulation vorzuziehen und auch nicht schwieriger.
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Hallo Forum, zuerst mal ein riesen Dankeschön für die Antworten. Konnte mich die Tage nicht mehr melden, da mein Signalverstärker leider den Geist aufgegeben hat. Eigenoszillation (siehe Bild). Ich hab natürlich ein wenig gebraucht, um zu verstehen wo der Fehler begraben lag. Zwar musste ich ein wenig insistieren, aber Conrad hat ihn mir schlussendlich umgetauscht. Den Vorverstärker habe ich benötigt um weitere Versuche durchzuführen. Aber beginnen wir mal von vorne: >Da wäre natürlich die erste Frage, ob man das Störlicht nicht >unterdrücken kann während der Messung. Und ob das Störlicht überhaupt im >Nutzspektrum um 880nm liegt. Leider kann ich das Störlicht nicht unterdrücken während der Messung. Ich muss davon ausgehen, dass dieser Sensor unter fast allen Bedingungen funktionieren soll. Extreme sind: -direkte Sonneneinstrahlung, -direkte starke Kunstlichteinstrahlung Bei völliger Dunkelheit wird er nie zum Einsatz kommen, da immer mindestens so viel Licht vorhanden sein muss, dass der Mensch sehr gut lesen kann. Ja das Störlicht liegt im Nutzspektrum der Empfangsdiode (880nm). Mehr dazu später.. >Ebenfalls in diese Richtung: wie stark ist dein Nutzlicht? Wenn du das >Störlicht nicht weiter abschwächen kannst, kannst du ja vielleicht dein >Nutzlicht stärker machen. Als Maßnahme zum stärken Nutzlicht, habe auch schon beim letzten Versuch 3 Stück IR-Leds SFH485P (880nm) verbaut (SFH485_Eigenschaften). >Bei der LED kann eine stark gebündelte Type (z.B. SFH4550) ggf. deutlich >mehr Intensität bringen. Leider hat es die SFH4550 (SFH4550_Eigenschaften) bei Conrad nicht gegeben. Deshalb hab ich vorerst mit den SFH485 weiter versucht. Ich weiß nicht, ob sich eine Extrabestellung dieser Type (mit Versandkosten) auszahlt, sprich mein Problem löst. >Auf jeden Fall ist die BPW34 als Empfänger schon mal eine schlechte >Wahl, weil sie keinen integrierten IR-Filter hat (die Vergußmasse ist >dann tief dunkelrot, fast schwarz). Es gibt etliche Fotodioden mit >integriertem IR-Filter. Z.B. SFH203FA. Als Empfängerdiode habe ich nun die vorgeschlagene SFH203FA gewählt. (Empfindlichkeit_Wellenlänge_SFH203FA). Habe diese mit den BPW34 Sensoren in meinem „Dreieckssensor“ ausgetauscht. Seht das Ergebnis im Bild: „Test_Dreiecksensor_(SFH485_SFH203FA)“ Leider ist das Nutzsignal nicht vom Störsignal zu unterscheiden. - IR-Led: SFH485P 880nm - Fotodiode: SFH203FA 880nm - Optischer IR-Filter ist nun in Fotodiode integriert - Transimedanzverstärker Habe diesbezüglich diesen Thread gefunden: Beitrag "Fotodiode Transimpedanzverstärker" Somit habe ich nun eine Ahnung davon, wie eine Schaltung dazu realisiert wird. Auch wenn ich nicht ganz die Funktion verstanden habe, reicht dies vorerst. ->> aktive Bias-Nachführung >wirst du vermutlich brauchen, wenn es größere Gleichlichtstörungen gibt. >Also sagen wir mal heller Sonnenschein vs. Nacht. Da immer ein gewisses Licht vorhanden sein wird, denke ich, dass die „aktive Bias-Nachführung“ nicht unbedingt nötig sein wird. Ich würde dies gerne mal außen vor lassen. Eventuell nachrüsten. Ist dies so in Ordnung? - Modulationsfrequenz >10kHz sind dann nicht nur möglich, sondern definitiv nötig. >Wenigstens. Ich würde eher auf 50kHz gehen. Als Modulationsfrequenz wähle ich also 50kHz. Bei der Schaltung (Sendeschaltung_Modulationsfrequenz) (http://www.robotroom.com/Infrared555.html) muss also R1 ausgetauscht werden, um auf eine höhere Frequenz zu kommen. Soweit kenn ich mich aus. - Korrelation >Entweder filtern oder korrelieren. Letzteres ist die klar bessere >Lösung. Ok, also Korrelation! :) >Korrelation wirkt im Prinzip wie ein extrem schmalbandiger Filter. Wie >schmal, hängt davon ab wie weit dein Nutzsignal von der >Modulationsfrequenz entfernt ist. Macht es die Sache einfacher wenn ich auf Bsp. 100kHz Modulationsfrequenz gehe? Dann ist das Nutzsignal sehr, sehr weit vom Nutzsignal entfernt. >Für den einfachen Fall, daß deine LED mit 50% Tastverhältnis moduliert >ist, ist der Korrelator ein Verstärker, der zwischen +1 und -1 >umgeschaltet wird. Immer wenn die LED an ist: +1 sonst: -1. Was bedeutet „Tastverhältnis“? Wie weiß der Korrelator, dass das Led an bzw. aus ist? Wird das mit dem Sendemodul zusammengeschaltet, oder? >Das Ausgangssignal muß noch durch einen Tiefpaßfilter. Der muß einerseits >die Modulationsfrequenz möglichst gut und andererseits die höchste >Nutzfrequenz möglichst wenig underdrücken. Verstehe, das Ausgangssignal vom Empfänger wird durch einen Tiefpassfilter gelassen. Dieser lässt das Nutzsignal (alles unter 1000Hz) durch und blockiert die Modulationsfrequenz (50.000Hz). >Stell dir einfach vor, da wäre ein Gleichlichtsignal von 1V überlagert. >Das wird jetzt mit sagen wir mal 50kHz Modulationsfrequenz korreliert. >Aus dem Korrelator fällt dann hinten ein Rechteck mit 50kHz und >Spitzenwerten -1V und +1V raus. Der Tiefpaß mittelt das zu 0. Nur ein >Signal, das genau zu deiner Modulation paßt, wird vom Tiefpaß nicht >glattgebügelt. Dies ist aber nicht der oben genannte Tiefpassfilter, welcher die 1000Hz von den 50.000Hz trennt? Da blick ich noch nicht ganz durch. Habt ihr eventuell eine geeignete Schaltung für einen Korrelator? >Die Trennung durch Filterung nützt dir wenig, wenn dein Empfänger durch >die Umgebung schon übersteuert wird. Du brauchst also genügend Reserven >am Eingang auch für die hellste vorkommende Umgebung, sonst gibts nichts >mehr zu filtern. >Das macht die Sache nicht einfacher, das System muss wohl entsprechend >konstruiert werden, zu kaufen ist es so sicher nicht. Richtig @ "sonst gibts nichts mehr zu filtern". Aber durch Modulation, müsste das zu lösen sein? Nicht? Habe mal versucht, den Halogenfluter auf mein TV-Gerät zu richten und per Fernbedienung umzuschalten. Hat einwandfrei funktioniert. Auch wenn ich die Fernsteuerung auf die Wand gegenüber vom TV gerichtet habe. >Die Empfindlichkeit der Detektionsmethode hängt auch sehr von der Optik >ab. Da kann es sich ggf. lohnen erst einmal mit einer roten LED zu >experimentieren um die passende Position usw. zu finden. Auch die >Oberfläche der Probe hat über die Streuung einen Einfluss. Bei der LED >kann eine stark gebündelte Type (z.B. SFH4550) ggf. deutlich mehr >Intensität bringen. Ich habe schon mit einem roten Laser experimentiert. Durch die raue Oberfläche, wird das Licht sehr diffus reflektiert. Bin dann auf IR umgestiegen, da ich in folgender Quelle: http://www.scienceacademy.de/archiv/SABW2011/ScienceAcademyBW_2011_5_Physik.pdf diese Aussage gefunden habe: „Die IR-Strahlung hat jedoch eine relativ große Wellenlänge, sodass die „raue“ Oberfläche im Vergleich dazu glatt erscheint und die Lichtwellen reflektiert“ und da ich dachte einen Vorteil gegenüber der genannten Störlichter herauszubekommen (noch dazu unsichtbar). Wie gesagt, wird die SFH4550 nicht bei Conrad geführt. Bei Reichelt müsste ich dann 7€ Versand bezahlen. Ich weiß nicht, ob sich das bezahlt machen würde. >Je nach Optik kann man auch 2 Fotodiode nutzen, so das die Differenz der >Ströme das Signal gibt. Damit kann viel der Störungen herausfallen. Na das ist ja nun sehr interessant. Wenn ich das richtig verstehe, dann wird eine Fotodiode von meinen IR-Leds bestrahlt (z.B. in meinem Dreieckssensor) und die andere befindet sich an einer anderen exponierten Stelle des Messinstruments. Ist dies richtig? Die Differenz der Ströme gibt dann das Nutzsignal. Funktioniert dies auch, bei sehr starken Störlich, wie in meinem Fall? Wie werden die Fotodioden nun zusammengeschalten? Da wird es eine eigene Schaltung dazu brauchen. Gibt es einen spezifischen Namen zu so einer Schaltung? >Da man das Modulationssignal zur Verfügung hat, ist die Korrelation zur >Demodulation vorzuziehen und auch nicht schwieriger. Alles klar. Herzlichen Dank an ALLEN Und beste Grüße Thomas
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Thomas Ma schrieb: > Leider kann ich das Störlicht nicht unterdrücken während der Messung. > Ich muss davon ausgehen, dass dieser Sensor unter fast allen Bedingungen > funktionieren soll. > Extreme sind: > -direkte Sonneneinstrahlung, > -direkte starke Kunstlichteinstrahlung > Als Empfängerdiode habe ich nun die vorgeschlagene SFH203FA gewählt. > (Empfindlichkeit_Wellenlänge_SFH203FA). Habe diese mit den BPW34 > Sensoren in meinem „Dreieckssensor“ ausgetauscht. Seht das Ergebnis im > Bild: „Test_Dreiecksensor_(SFH485_SFH203FA)“ > Leider ist das Nutzsignal nicht vom Störsignal zu unterscheiden. Welche Zeitauflösung hat das Diagramm? Das Licht aus einem Halogenfluter dürfte wenn überhaupt, dann höchstens eine 100Hz Modulation haben. Kannst du mal weit genug in das Diagramm reinzoomen, daß man das verifizieren kann? Mit welcher Empfangstechnik hinter der Fotodiode wurde das gemacht? Wenn das das Soundkarten-Signal ist: hast du mal versucht, das per Software zu filtern? Also einen Bandpaß für 10kHz (oder mit wieviel du deine LED modulierst)? > Habe diesbezüglich diesen Thread gefunden: > Beitrag "Fotodiode Transimpedanzverstärker" Das erklärt zumindest den TIA. > ->> aktive Bias-Nachführung >>wirst du vermutlich brauchen, wenn es größere Gleichlichtstörungen gibt. >>Also sagen wir mal heller Sonnenschein vs. Nacht. > > Da immer ein gewisses Licht vorhanden sein wird, denke ich, dass die > „aktive Bias-Nachführung“ nicht unbedingt nötig sein wird. Ich würde > dies gerne mal außen vor lassen. Eventuell nachrüsten. Ist dies so in > Ordnung? Kann man so nicht sagen. Störlicht - sei es nun Gleichlicht oder 100Hz-Flimmern - kann den TIA übersteuern. Und dann bleibt am Ausgang wirklich nichts mehr vom Nutzsignal. Ich würde eine Bias-Nachführung vorsehen, mit einer Grenzfrequenz etwas oberhalb von 100Hz. Ziel wäre, ein 100Hz Störsignal von einer Glühlampe schon möglichst stark zu dämpfen. Mindestens so weit, daß der TIA (und die Stufen danach natürlich auch) nicht übersteuert. > - Modulationsfrequenz > >>10kHz sind dann nicht nur möglich, sondern definitiv nötig. >>Wenigstens. Ich würde eher auf 50kHz gehen. > > Als Modulationsfrequenz wähle ich also 50kHz. Bei der Schaltung > (Sendeschaltung_Modulationsfrequenz) > (http://www.robotroom.com/Infrared555.html) muss also R1 ausgetauscht > werden, um auf eine höhere Frequenz zu kommen. Ja. Der genaue Wert ist unkritisch. Der fällt durch die Korrelation ja nachher raus. > Macht es die Sache einfacher wenn ich auf Bsp. 100kHz > Modulationsfrequenz gehe? Nur dann, wenn du einen Sender und Korrelator bauen kannst, der die 100kHz auch bringt. Und natürlich müssen auch die LED, Fotodiode und TIA schnell genug dafür sein. >>Für den einfachen Fall, daß deine LED mit 50% Tastverhältnis moduliert >>ist, ist der Korrelator ein Verstärker, der zwischen +1 und -1 >>umgeschaltet wird. Immer wenn die LED an ist: +1 sonst: -1. > > Was bedeutet „Tastverhältnis“? Och komm, ein bisschen mußt du schon mitarbeiten. > Wie weiß der Korrelator, dass das Led an bzw. aus ist? Wird das mit dem > Sendemodul zusammengeschaltet, oder? Genau. Der Steuereingang des Korrelators wird vom Sender bedient. >>Das Ausgangssignal muß noch durch einen Tiefpaßfilter. Der muß einerseits >>die Modulationsfrequenz möglichst gut und andererseits die höchste >>Nutzfrequenz möglichst wenig underdrücken. > > Verstehe, das Ausgangssignal vom Empfänger wird durch einen > Tiefpassfilter gelassen. Nein. Das Ausgangssignal des Korrelators. Zwischen Empfangsverstärker und Korrelator wird gar nicht gefiltert. Die Bias-Nachführung wirkt natürlich effektiv wie ein Hochpaß. > Dieser lässt das Nutzsignal (alles unter > 1000Hz) durch und blockiert die Modulationsfrequenz (50.000Hz). Wenn im Eingangssignal des Korrelators ein Signalanteil ist, der exakt dem Sendesignal entspricht, dann entsteht am Ausgang des Korrelators eine proportionale Gleichspannung. Alle anderen Signale ergeben da eine Wechselspannung. Die der Filter glattbügelt. Wenn jetzt dein Testobjekt vibriert, dann moduliert es die Menge des zurückgestreuten Lichts. Wenn es mit z.B. 10Hz vibriert, dann wird der Anteil des gestreuten LED-Lichts im 10Hz-Takt stärker und schwächer. Am Ausgang des Korrelators bekommst du dann ein 10Hz-Signal, das der Gleichspannung überlagert ist. Dieses Signal darf der Tiefpaßfilter natürlich nicht mehr blockieren. Bei Vibrationsfrquenzen bis 1kHz muß der Filter demnach bis 1kHz gut durchlassen und alles darüber sperren. > Habt ihr eventuell eine geeignete Schaltung für einen Korrelator? Zwei Prinzipschaltungen oben. Die Schalter sind natürlich keine Relais, sondern Analogschalter, evtl. auch Transistoren oder FETs (in Variante 1). "Mod" ist das Modulationssignal der Sende-LED. XL
Thomas Ma schrieb: > Aber durch Modulation, müsste das zu lösen sein? Nicht? Nein. Wenn die Grundhelligkeit zu gross ist, dann ist dein Verstärker am Anschlag, d.h. der Ausgang ist nahe der Versorgungsspannung, und dann bewirkt noch mehr Licht keine Änderung mehr, also auch deine Modulation nicht. Da der Ausgang dann keine Wechselspannung mehr enthält, ist es egal wie du das auswertest. Da du das Umgebungslicht nicht beeinflussen kannst, musst du damit klarkommen, d.h. du musst die Verstärkung so regeln, dass der Ausgang immer im erlaubten Bereich bleibt (das hat schon jemand unter dem Stichwort BIAS angesprochen). An der Tatsache, dass das Verhältnis Signal zu Störlicht bei Tageslicht schlecht wird, kannst du nichts ändern, du kannst mit einer Verstärkungsregelung nur verhindern, dass durch Übersteuern das Signal ganz verloren geht. Alternativ und nicht so gut kannst du die Verstärkung auch manuell so einstellen, dass bei hellster Umgebung noch kein Vollausschlag erfolgt. Wirds dann doch mal heller als gedacht hast du halt Pech gehabt. Gruss Reinhard
Das Störlicht wird überwiegend konstant sein. Von daher ist nur die erste Transimpedanzwandler Stufe wirklich davon betroffen. Danach lässt sich der DC Anteil leicht per Kondensator abtrennen. Damit die erste Stufe nicht übersteuert, darf man die Verstärkung des Transimpedanzverstärkers nicht zu hoch wählen. Dies ist keine so großer Nachteil wie es auch den Esten Blick vielleicht aussieht: Es erhöht sich zwar etwas das Rauschen, aber bei starken Bias ist ohnehin das Schrotrauschen (Abzählbarkeit der Photonen) durch das BIAS-Licht eine wichtige Rauschquelle. Als Faustregel gilt das bereits ab etwa 100 mV DC Spannung am Ausgang des Transimpedanzverstärkers. Eine geringe Verstärkung hilft auch den Transimpedanzverstärker genügend schnell aufzubauen ohne das man echte HF OPs braucht. Schon bei 50 kHz sollte man die Dioden mit Vorspannung betreiben, und nicht im Quasi-Kurzschluss. Die passende Position der Fotodiode ist am Rand des Lichtflecks der von der Probe mehr oder weniger gut spiegelnd reflektiert wird. Mit 2 Fotodiode am besten so, das die 2 Empfänger einer am rechten und einer am Linken Rand ist. Bei einer Auslenkung der Probe nimmt dann das Licht bei der einen Diode zu, bei der anderen ab. Das gibt nicht nur weniger Hintergrund (das Rauschen bleibt allerdings) sondern auch das Doppelte Nutzsignal. Je besser die Qualität der Oberfläche, desto kleiner wird der Lichtfleck und desto größer die Empfindlichkeit. Es bring auch nichts den Abstand Probe Detektor übermäßig groß zu machen: das verlängert zwar den "optische Hebel", aber die Ränder des Lichtflecks werden auch unschärfer und das Signal dadurch wieder kleiner. Je nach Größe der Probe lohnt sich auch eine Optik davor - das macht dann ggf. auch die stark gebündelte LED überflüssig. Gerade wenn man Fremdlicht nicht ganz vermeiden kann, ist es wichtig das Licht an den Fotodiode z.B. durch Schirme oder ähnliches zu vermindern. Die Empfänger sollten also als Lichtquelle vor allem die Probe sehen. In die gleiche Richtung geht das mit dem IR Filter. Vor allem mit LED-Beleuchtung kann der sehr Effektiv sein. Als Korrelatorschaltung wäre z.B. ein MC1496 geeignet - sofern man 10 V oder mehr als Versorgung hat. Alternative ging auch ein CMOS-schalter als Umschalter zwischen +1 und -1 Verstärkung. Die Modulationsfrequenz würde ich nicht unnötig hoch wählen - so etwa 10-50 kHz reichen. Da lieber bei der LED nur 20% Tastverhältnis nutzen und dafür den Strom etwas höher wählen. Eine stärkere LED kann man sich immer noch als Reserveoption offen lassen - da könnte man etwa mit der SFH4550 noch gut 10 mal mehr Signal bekommen als mit der SFH485, selbst eine gut erhältliche LD274 wäre schon etwa 2 mal stärker.
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Hallo, es rauschen zwar immer wieder neue Antworten rein, aber ich beginne mal mit den Antworten: >Welche Zeitauflösung hat das Diagramm? Das Licht aus einem Halogenfluter >dürfte wenn überhaupt, dann höchstens eine 100Hz Modulation haben. >Kannst du mal weit genug in das Diagramm reinzoomen, daß man das >verifizieren kann? Dazu im Anhang, zwei Bilder: „100HzWelle_Halogenfluter_01“ und „100HzWelle_Halogenfluter_02“. Wie man sieht arbeite ich mit „Soundcard Oszillograph“ von C.Zeitnitz und „Audacity“. Habe aber auch ein digitales Oszilloskop „Voltcraft DSO 2020“ zu Verfügung. Im ersten Bild ist die Frequenz oben rechts abzulesen f=100,03Hz. Im zweiten Bild durch Frequenzanalyse. Die beiden größten Amplituden, bei 49Hz und 99Hz. Ist dies ausreichend als Antwort? >Mit welcher Empfangstechnik hinter der Fotodiode wurde das gemacht? Ganz einfach. Siehe Schaltungsskizze: „Empfängerschaltung_Photodiode_small“ VV = Vorverstärker (KEMO M040N) NT = Netzteil >Wenn das das Soundkarten-Signal ist: hast du mal versucht, das per >Software zu filtern? Also einen Bandpaß für 10kHz (oder mit wieviel du >deine LED modulierst)? Ich habe die LEDs noch nicht moduliert. Die leuchten noch konstant. Ganz klassisch mit Vorwiderstand. Da ich noch keine passende Empfängerschaltung habe, dachte ich, es bringt mir nichts das Sendesignal der LED zu modulieren. Welche Ergebnisse erwartest du dir, wenn ich die Modulationsfrequenz filtere? Bzw. was könnte ich da herauslesen? Vorerst vielen Dank! Weiteres folgt…
Eine komplette Schaltung für einen Laser Vibrometer findet Ihr hier: http://www.josef-goedde.de/LASERMIKRO/Vibrometer.html . Er verwendet einen Laserpointer als Lichtquelle, dass kann man aber auch diskret ( http://ichaus.biz/upload/pdf/Appl3_a3es.pdf ) oder mit integrierten Lasertreibern einfach aufbauen.
Hallo , habs ein wenig stressig im Moment, aber bin immer noch an der Sache dran. Ich studiere gerade die Schaltung, welche Horst reingestellt hat. Danke Horst H.! :) Es wäre echt super, wenn diese für meine Anwendung passen würde. Danke auch den anderen natürlich.! Beste Grüße
Hallo Forum, die Schaltung von Herrn Gödde: http://www.josef-goedde.de/LASERMIKRO/Vibrometer.html funktioniert durch Reflektion kohärenten Lichts auf einer retroreflektiven Folie... Somit entsteht ein "Speckle-Muster". Dieses Muster wird von zwei am Laser benachbarten Phptodioden aufgenommen. Gleichlicht und niederfrequentes Licht wird weitgehend unterdrückt. Super! Doch zwei Punkte sind leider nicht so optimal. - Der Abstand zum zu messenden Objekt muss 0,5 bis 2m betragen. - Das Anbringen einer Folie am Instrument. Ich möchte noch ein bisschen weiter tüfteln. Mir ist aufgefallen, dass die Signale aus der TV-Fernsteuerung stärker sind, als die meiner LEDs. Kann der Grund darin liegen, dass ich die LEDs konstant betreibe und die LED der Fernsteuerung hingegen moduliert betrieben werden? Im Datenblatt meiner Diode (SFH 485) steht: Durchlaßstrom 100mA Forward current Durchlaßspannung Forward voltage IF = 100 mA, tp = 20 ms 1.50 (max 1.8) IF = 1 A, tp = 100 mikro s 3.00 (max3.8) Ich betreibe die 3 LEDs mit 100mA und 1,5V in Serie. Hier ganz einfach ausgerechnet: http://www.led-rechner.de/?betriebsspannung=12.4&led_anzahl=3&led_spannung=1%2C5&led_strom=100&enorm=24 Aber wenn tp bedeutet, dass man die LED für 20ms mit 100mA und 1,5V belasten darf, dann hab ich was falsch gemacht! Mit wie viel Strom und Spannung sollte man diese LEDs dann konstant betreiben? Nächste Frage ist: Könnte ich die LED nun mit Impulsen von 1 A und 3V für 100mikrosekunden und 100mikrosekunden Pause betreiben? Umgerechnet also 10.000Hz. Wäre die Lichtintensität in diesem Fall stärker? Eventuell könnte ich dann ja 2 oder 3 Leds abwechselnd betreiben. Dessen Lichtstrahl müsste dann aber immer auf dieselbe Stelle scheinen, da sonst die Photodiode, ja immer an einer anderen Stelle beleuchtet werden würde. Oder? Die mechanische Umsetzung wäre dann etwas kompliziert. Herzlichen Dank an alle! Grüße PS.: Was Tastverhältnis oder Tastgrad bedeutet, habe ich in diesem Zusammenhang nun auch verstanden. ;)
Zur Unterdrückung von Fremdlicht muss man die LEDs ggf. Gepulst oder Moduliert betreiben. Im Mittel werden die LEDs dadurch nicht (oder nur minimal) heller, sondern eher etwas dunkler, aber die Elektronik kann das berücksichtigen und trotz der im Mittel geringeren Leistung ein besseres Signal Rauschverhältnis erreichen. Ein gute Tastverhältnis liegt so bei etwa 10-20% Das wichtigste bei der Modulation aber eher die Unterdrückung von Fremdlichteinfluss - da gibt es halt relativ wenige Störquellen in höheren Frequenzbereich (z.B. 10-100 kHz). 100 µs an und 100 µs aus - gibt 50% Tastverhältnis: da darf der Strom nicht so viel höher als der DC Stroms ein. Auch ist 50% Tastverhältnis von der Modulation uninteressant, man verschenkt einiges an Rauschunterdrückung. Ohne jetzt in Datenbaltt zu schauen, sind die 1 A Pulsstrom mur zulässig wenn das Tastverhältnis unter etwa 5-10% bleibt - also eher 10 µs an und 150 µs aus. Mehr als eine LED für die Schwingungsmessung zu nutzen ist ggf. kontraproduktiv: je nach Position der LED führt eine Auslenkung den Zeilobjektes mal zu mehr und mal zu weniger Licht. Vor allem bei guter (fast spiegelnder) Oberfläche ist da oft nur ein relativ kleiner Platz wo die Lichtquelle hingehört - weitere LEDs sind da nur störend. Hilfreicher als mehr LEDs sind mehr (z.B. 2) Empfänger. Wie sieht denn die Oberfläche aus, und wie groß / eben ist sie ?
Thomas Ma schrieb: > Kann der Grund darin liegen, dass ich die LEDs konstant betreibe und die > LED der Fernsteuerung hingegen moduliert betrieben werden? Mann, Mann Mann. Wir haben dir jetzt gefühlt tausend mal gesagt, daß du deine LEDs modulieren mußt. Und du machst das immer noch nicht? Warum fragst du überhaupt? EOT für mich.
>Mann, Mann Mann. Wir haben dir jetzt gefühlt tausend mal gesagt, daß >du deine LEDs modulieren mußt. Und du machst das immer noch nicht? >Warum fragst du überhaupt? EOT für mich. Hehe Axel, kein Grund sich aufzuregen. Dass man die LEDs modulieren muss, wenn auch der Empfänger auf diese Modulationsfrequenz abgestimmt ist, ist ja klar. Ich wollte es nur nochmals mit deinem Tipp: >Wenn du das Störlicht nicht weiter abschwächen kannst, kannst du ja >vielleicht dein Nutzlicht stärker machen. „Nutzlicht stärker machen“ versuchen. Ob man dies mit Modulation der Lichtquelle zu Stande bringt? Darum ist`s mir hier gegangen. So könnte ich mir eventuell die Empfänger-Schaltung sparen.
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Bearbeitet durch User
Es fehlen immer noch ein Paar Informationen: Wie ist die Oberfläche des Ojektes ? (Spiegelnd) Wie groß ist das Objekt ? Wie groß sind die Vibrationen ? Soll eine Auslenkung oder eine Änderung in der Neigung gemessen werden ? Wie dicht kann der Detektor an des Objekt ? Wie stabil ist die Position des Objektes - d.h. wie weit bewegt es sich auch ohne Schwingung ? Erst wenn wie mehr darüber Wissen, können die Hilfen konkreter werden.
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