Guten Tag liebe Foristen, ich versuche ein sehr kurzes Lichtsignal zu messen. Gemessen werden soll eine Lichtreflexion eines ca. 300km/h schnellen und 1mm großen Objektes in einem dunklen Rohr. Die Reflexion einer etwa gleich dicken Schnur konnte ich bereits messen. Für das bewegliche Teil wollte ich ein (USB-)Oszilloskop anschaffen und nun rätsle ich, ob dieses kurze Signal von den angebotenen Geräten erfasst werden kann. Ich hab das mal in einem Spreadsheet durch kalkuliert und würde mich freuen, wenn jemand mit Sachverstand meine Kalkulationen kurz auf Sinnhaftigkeit überprüfen könnte: Geschwindigkeit: 300km/h Geschwindigkeit in Meter / Sekunde: 300km/h / 3,6 = 83,33 m/sek Geschwindigkeit in Millimeter / Sekunde: 83333,33 mm/sek Objektgröße: 1mm Signallänge des vorbeifliegenden Objektes ist Objektgröße geteilt durch Rohrgeschwindigkeit in mm/sek, also: 1 / 83333,33 = 0,000012 Das auftretende Signal ist also 0,000012 Sekunden lang. Das angepeilte Oszilloskop hat folgende Daten: 20MHz und 48 MSa/s Die Anzahl der gemessenen Punkte rechne ich nun mit (Signallänge * Herz) oder in (Signallänge * Samplerate). Ich komme auf folgende Ergebnisse: 0,000012 sek * 20.000.000 Hz = 240 Signale 0,000012 sek * 48.000.000 Sa/s = 576 Signale Fazit: Das angepeilte Oszilloskop müsste die Signallänge problemlos erfassen und darstellen können. Richtig? Herzlichen Dank für die Hilfe! Viele Grüße, Dominik
Ja, deine Rechnung ist richtig. Wenn du die zu messende Zeit (Objekt reflektiert Licht) als Signal-Halbwelle betrachtest, kommst du auf eine Periodendauer von 2x12 us (Mikrosekunden). f = 1/24 us = 42 KHz Die Bandbreite deines 20 MHz Oszilloskopes ist also ca. um den Faktor 500 größer als das zu messende Signal und kann es gut aufgelöst darstellen.
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Ich möchte die gute Stimmung nicht zerstören, aber müßte da nicht erst einmal Licht (wie stark?) in Spannung umgewandelt werden. Die Geschwindigkeit des Wandlers geht auch in die Anstiegszeit mit ein.
Die Lichtquelle ist ein Linienlaser. Ich hatte ein paar Versuche mit Photodioden (u.a. BPW21, SFH203) und einem Operationsverstärker (LTC1050) durchgeführt, die mit meinem eingangs erwähnten Fadentest einigermaßen vielversprechend ausgesehen haben. Aber von der Arbeitsgeschwindigkeit der verbauten Teile hab ich leider keine Ahnung. Das hier noch einige stimmungsdrübende Erfahrungen auf mich Laie zukommen, ist vermutlich zu erwarten. ;-) Siehst Du hier bereits Fehler in meinem Aufbau? Danke und viele Grüße, Dominik
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Hm, der LTC 1050 hat ein Gain-Bandwidth-Product von 2,5 MHz, das ist recht langsam, wenn man die Verstärkung nutzen möchte. Da sollte man etwas um die 50 MHz GBP verwenden. Zu den Fotodioden gibt es die Faustregel, daß mehr Fläche auch mehr Kapazität hat, es also länger dauert mit Anstieg und Abfall des Signals. Hier hilft nur ein Blick in das Datenblatt. Falls die Zeit entweder recht kurz ist vom Trigger bis zur Messung oder die Geschwindigkeit recht konstant, könnte man auch über eine stroboskopische Messung nachdenken.
Die Frage ist, was Du messen willst und wie genau. Das Erscheinen an sich oder die Geschwindigkeit. Deine Rechnung ist schon richtig, allerdings wird das Objekt ja eingeblendet, schiebt sich also z.B. dreieicksförmig in den Fokus. Hinzu kommt Deine Apertur, die ebenfalls das Signal mehr oder weniger stark erfasst.Beides wird auf das Rechteck der Erscheinung draufgefaltet. Es entsteht meist etwas, das wie eine Verteilung aussieht, oben gfs abgeflacht ist, wenn die Apertur breit genug ist. Du hast also 240 samples flach zzgl weiterer im Randbereich. Mit der resultierenden Auflösung wirst Du das Objekt je nach Phasenstabilität und Auflösung des Oszilloskops im Bereich von besser, als 1% genau messen können. Mit einer Glättung der Werte im flachen Bereich ließe sich die begrenzte Auflösung des Oszis verbessert, durch die 240 Punkte gibt es einen phase dither, daher sage Ich mal, dass die mittlere Geschwindigkeit auf knapp 10 Bit genau machbar wäre. Du musst Dein Oszi natürlich digital auslesen können, oder auf die Erscheinung synchen und paar Zeiten hin und her korrigieren.
Im wesentlichen möchte ich das vorbeifliegende Objekt nur erkennen um es zählen zu können. Die Sichtbarmachung im Oszilloskop soll mir als Hilfe beim Schaltungsaufbau dienen. Meine Idee war, dass ich mit Hilfe des Oszilloskopes zunächst eine geeignete Photodiode finden, einen passenden Transimpendanzverstärker und einen abschließend einen Zähler aufbauen kann. Das ist soweit doch richtig? Ein Rätsel ist mir noch, wie Ihr Profis die passenden Bauteile findet. Eine Suche nach einem Verstärker mit höherer GBP führte mich zu einer riesigen Menge von auf den ersten Blick geeigneten Bauteilen. Preislich lagen diese zwischen Cent-Bereich und mehreren 10 Euro, einige waren nur in einer SMD-Version erhältlich... Wie kommt man denn da durch? :-) Viele Grüße, Dominik
Ich halte weniger die Bandbreite des OP, als die der Fotodiode für ein Problem. Einfache Optokoppler haben Bandbreiten von 1...10 kHz je nach Vorwiderstand. Die einzelne 42 kHz-Schwingung ist da schon am Limit.
Ist eine Frage des Signalhubs. Die Bandbreite 10kHz sagt ja nur, dass der vollständige Anstieg in etwa 100us zu erwarten ist. Damit erhält man während der 40MHz = 25us eben einen entsprechend geringeren Hub.
Weltbester FPGA-Pongo schrieb im Beitrag #4855259: > 10kHz sagt ja nur, dass > der vollständige Anstieg in etwa 100us zu erwarten ist. Damit erhält man > während der 40MHz = 25us Tip: Bleib bei FPGAs! Bei 10 kHz ist der Anstieg in 35 µsec, und 40 MHz = 25 nsec, nicht µsec.
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