Moin,
ich habe mit Elektrotechnik noch nie viel zu tun gehabt und arbeite
momentan an einem Messaufbau mit Fotodioden, die ich als Fotoelement
betreiben will.
Die Dioden sollen an verschiedenen Positionen Helligkeitswerte in
Beträgen der Leerlaufspannung aufnehmen und später software-intern die
Werte miteinander vergleichen.
Als Dioden verwende ich testweise die BPW21 und BPX65 aufgrund des
v-Lambda-Filters. Ich weiß, dass man zur Helligkeitsmessung
üblicherweise den Sperrstrom abnimmt, da dieser eine gute Linearität zur
Helligkeit besitzt, aber ich möchte so wenig elektronische Bauteile wie
nur möglich verwenden.Daher auch die direkte Messwertaufnahme, die
momentan noch über ein Multimeter erfolgt.
Mein problem ist das datenblatt der Dioden. die mv/lux-Kennlinie der
Leerlaufspannung geht nur bis zu einer Helligkeit von 1,3klux. Leider
liegen meine zu messenden Werte zwichen 30 und 60klux. daher hab ich
einige Messungen mit Ulbrichtkugel und den Dioden aufgestellt um eine
neue Kennlinie in diesen Bereichen zu erstellen, die nur eine geringe
Linearität aufweist und leider nicht in etwa die Steigung beschreibt,
wie die Kennlinie im Datenblatt.
Daher einige Fragen:
- ist dieses Verhalten normal bei den hohen Helligkeitswerten?
- gibt es Dioden in ähnlicher bauform die auf diese Helligkeit
ausgerichtet sind (konnte bisher keine finden)
- ist die Kennlinie logarithmisch betrachtet wirklich in hohen Potenzen
linear wie es oft beschrieben wird?
Vielen Dank für eure Hilfe!
Die Leerlaufspannung der Diode zu messen ist keine gute Idee, weil
sehr temperturabhaengig.
Warum nimmst Du nicht Dein Multimeter, klemmst eine 9V Batterie in Serie
mit der Diode (aufpassen, Diode muss in Sperrrichtung betrieben werden)
, misst den Strom
und das wars? 60kLux sind 600uA Sperrstrom bei der BPX65.
Momentan nehmen mehrere Dioden gleichzeitig die Helligkeit einer
punktförmigen Lichtquelle auf und ein angeschlossenes System soll dann
die Werte vergleichen. Da müsste man mal schauen, inwieweit sich da eine
Stromversorgung realisieren lassen kann. generell wollte ich versuchen
von mikrocontroller-schaltungen Abstand nehmen..daher auch die
Voraussetzung so wenig Bauteile wie möglich zu verwenden. Aber eine
zusätzliche Stromquelle müsste eigentlich noch drin sein...dumme frage:
wenn ich eine 9V-Batterie mit der Diode in Serie schalte...bedeutet das
nicht auch eine Parallelschaltung der Batterie und der Diode? oder stehe
ich da gerade total auf dem Schlauch?
Die Messzeit beträgt nur wenige Sekunden. Vielleicht kann man daher die
Temperaturanfälligkeit bei einer Leerlaufspannungsmessung
vernachlässigen.(?)
wieweit kann ich denn meine Leerlaufspannungenskennlinien die ich
ermittelt habe überhaupt noch nutzen? ist es generell möglich damit eine
Vergleichsmessung anzuwenden?
schon mal vielen Dank für die schnellen Antworten!
>>bedeutet das>>nicht auch eine Parallelschaltung der Batterie und der Diode? oder stehe>>ich da gerade total auf dem Schlauch?
im Prinzip ja.
Und nun denk Dir statt des einen Drahtes der die Parallelschaltung
bewerkstelligt das Multimeter.
Wenn Dir der Absolutwert der Lichtstaerke egal ist und Du nur
zeitliche Differenzen messen willst (allerdings gibt es auch womoeglich
Temperaturdifferenzen) kann nimm um Gottes Will die Spannung an der
Diode ab.
Wenn Du dafuer ein Multimeter einsetzt dann sehe ich aber nicht ein
warum man dann nicht die Strommessung nehmen sollte.
>>wieweit kann ich denn meine Leerlaufspannungenskennlinien die ich>>ermittelt habe überhaupt noch nutzen?
Nur wenn Du einen Temperatursensor daneben stellst.
Also nimm den Strom, der ist linear, nicht so temperaturabhaengig.
machen alle Anderen auch.
Alles klar..wird gemacht...
Aber ich fürchte ohne Verstärker komme ich nicht weit...Habe zum
jetzigen Zeitpunkt nur ein Multimeter (Fluke 179) zur Verfügung. Wir
schwer damit bei 10klux den Strom zu messen.
Später soll Hardware von National Instruments verwendet werden..da bin
ich noch auf der Suche. Hat vielleicht noch jemand einen Tipp was ich
jetzt udn später zum messen benutzen kann?
DANKE!
Aaaaahhhhh, National Instruments, ... dann kannste gleich einen Strick
holen gehen. Was ist so schwierig einen Strom zu messen ? Der Bereich
ist ja eher klein. Ein Verhaeltnis von 5:1. Ein AVR Mega32 ist gut fuer
8 kanaele. Dann noch eine serielle Schnittstelle und gut ist.
Na auf den Strick kann ich gut verzichten ;)
Aber 8 Kanäle werden nicht ausreichen, weil ich parallel 9 Dioden
bemessen will um die werte danach miteinander zu vergleichen...mache
sowas zum ersten Mal...habt bitte Nachsicht ;)
Vielleicht hilft für die vorläufigen Messungen mit dem Multimeter die im
Anhang gezeigte primitive Schaltung weiter.
Statt den Strom direkt zu messen misst du einfach den Spannungsabfall
über einem Widerstand. Bei maximal 60 klx und einem typischen Wert von
10 nA/lx bei der BPW21 passt 1 kOhm zum 600 mV Messbereich deines
Multimeters. Um etwas flexibler zu sein und unteschiedliche
Empfindlichkeiten mehrerer Fotodioden ausgleichen zu können habe ich
statt des Festwiderstandes einen 2k Spindeltrimmer eingezeichnet.
Das sieht doch super aus...Danke!...Kann ich dann aus der
Spannungsabfall-Kurve die ich dann bei verschiedenen Helligkeiten
erhalte den Sperrstrom herausrechnen um dann die Linearität zur
Sperrstrom-Kennlinie im Datenblatt der Diode zu Überprüfen?
Nimm einen OPV. Beschalte ihn als Transimpedanz-Verstärker
(Strom-Spannungswandler) und miß damit. Die Temperaturprobs sind dadurch
wesentlich gelöst. Rauschärmer geht es, wenn der Transimpedanzverstärker
als Brücke mit einem Instrumentenverstärker aufgebaut wird durch die
doppelte Ausgangsspannung (z. B. INA 111).
Guten Morgen...also wird jetzt ein OPV gekauft. werde bei reichelt
bestellen, aber bin bei der Auswahl ein wenig überfordert =(
Habt ihr für mich noch eine Hilfestellung parat?
Eine Schaltung werde ich (hoffentlich) noch hier in einem Forum
finden...
Danke!
Der OPV sollte ein niedriges Stromrauschen! (ca. 5 pA/sqrt(HZ))
(Spannungsrauschen rel. unwichtig) haben, das unterhalb des
Dunkelstromes der PhotoDiode liegt. Sollten schnelle Signale zu
übertragen sein, empfiehlt sich eine große Signalbadnbreite im
MHz-Bereich (wegen der hohen Verstärkung). Meist erfüllen spezielle
Videoverstärker oder aber OTAs diese Anforderungen. Gängig ist der LMH
6611 von National.
Dazu wirst Du noch einen sehr hochohmigen Gegenkopplungswiderstand
brauchen (> 10 Megaohm->RS). Die gesamte Schaltung ist in ein
geschirmtes Gehäuse einzubauen, da hier Ströme bis in den fA-Bereich zu
verstärken sind. Als Schaltung einfach mal nach Transimpedanzverstärker
schauen oder hier:
www.national.com/nationaledge/files/national_AN-1803.pdf
Danke für die Hilfe....
ich habe eben mal die Schaltung von Stefan mit dem 2k Widerstand
aufgbaut und hab da ein paar Verständnisfragen:
Der Wert den ich über das Multimeter abnehme liegt jetzt lichtabhängig
zwischen 0 und 25 mV bei bewölkten Himmel. Allerdings macht es
wertetechnisch keinen unterschied ob ich die externe Spannungsquelle
angeschaltet habe oder nicht.
Ist das normal oder habe ich da etwas falsch gebaut? entschuldigt bitte
diese doofen Fragen, aber ich steh da gewaltig auf dem Schlauch und
komme nicht vorwärts =(
Arne R. schrieb:> Danke für die Hilfe....>> ich habe eben mal die Schaltung von Stefan mit dem 2k Widerstand> aufgbaut und hab da ein paar Verständnisfragen:>> Der Wert den ich über das Multimeter abnehme liegt jetzt lichtabhängig> zwischen 0 und 25 mV bei bewölkten Himmel. Allerdings macht es keinen> unterschied ob ich die externe Spannungsquelle angeschaltet habe oder> nicht.>> Ist das normal oder habe ich da etwas falsch gebaut? entschuldigt bitte> diese doofen Fragen, aber ich steh da gewaltig auf dem Schlauch =(
Welche Schaltung?
Gruss
Harald
Nein..leider nicht...ich habe noch keinen organisieren können und muss
vorerst mit dem Spannungsabfall über den Widerstand zurecht kommen...Nur
verstehe ich das Wirkprinzp dieser Messart noch nicht so recht =(
Ich messe zwar Werte die in meine Skalierung passen und die auch
temperaturunabhängige Ergebnisse liefern, aber ich will das auch
verstehen ;)
Arne R. schrieb:> Nein..leider nicht...ich habe noch keinen organisieren können und muss> vorerst mit dem Spannungsabfall über den Widerstand zurecht kommen...Nur> verstehe ich das Wirkprinzp dieser Messart noch nicht so recht =(>> Ich messe zwar Werte die in meine Skalierung passen und die auch> temperaturunabhängige Ergebnisse liefern, aber ich will das auch> verstehen ;)
Du wandelst mit der Schaltung, allerdings etwas unvollkommen,
den Strom in eine Spannung um. Ein OPV kann diese Aufgabe
wesentlich vollkommener erledigen. :-)
Da Du ja, wenn ich richtig verstanden habe, sehr grosse Signale
verarbeiten willst, brauchst Du dir um solche Sachen wie Dunkel-
stromkompensation und Offsetspannungsdrift keine Gedanken zu
machen. Du brauchst nur leihweise ein kalibriertes Meßinstrument,
mit dem Du Deinen eigenen Meßaufbau kalibrieren kannst.
Gruss
Harald
Guten Morgen,
ich habe nun ein paar Messreihen durchgeführt (Widerstand 1,9kOhm /
Sperrspannung 5V) und komme bei der Erstellung meiner Kennlinie nicht so
ganz zurecht...und zwar verhält sich die Diode BPX65 hinsichtlich der
Fotoempfindlichkeit wie erwartet: Bei 3300lux messe ich einen
Spannungsabfall von 75,2mV. Bei einem Widerstand von 1.9kOhm müsste das
einen Sperrstrom von 39,6µA ergeben. umgerechnet ergibt sich daher eine
Abhängigkeit von 12 nA/lx. Das stimmt in etwa mit der Kennlinie der
Diode überein.
Mit der BPW21 komme ich aber auf ganz andere Ergebnisse. Da erhalte ich
bei 3300lux einen Spannungsabfall von 588mV. Im ersten Moment habe ich
den hohen Wert auf die größere Sensorfläche der Diode geschoben, aber
die Sperrstromkennlinien sind bei beiden Dioden im Datenblatt
identisch...heißt also dass ich bei der BPW21 eine Fotoempfindlichkeit
messe, die fast 10mal so hoch ist...kann mir das jemand erklären? Die
(Umrechnungsfaktoren waren bei allen Werten gleich)
Gruß, Sonny
Hallo nochmal,
das Verhalten der Dioden zueinander konnte ich inzwischen klären. Lag an
den verschiedenen Wellenlängen-maxima.
Aber mit den daraus errechneten Kennlinien komme ich nicht zurecht. Die
sind einfach nicht linear abzubilden. Wenn ich den Sperrstrom(y_Achse)
gegen die Helligkeit (X-achse] auswerte bekomme ich annähernd ein
Polynom 3. Grades, welches sich nicht direkt invertieren lässt um dann
später aus den gemessenen Strömen die Lux-Werte abzuleiten. Wenn ich aus
der Trendlinie die Gleichung herleite und mit dieser versuche die
bekannte Kennlinie zu reproduzieren, geht das auch ziemlich
schief...liegt das an den Dioden? Ist es doch so, dass in den hohen klux
Bereichen die Diode messtechnisch an ihre Grenzen gelangt?
Wäre über Eure Hilfe sehr dankbar!!!
Arne R. schrieb:> Spannungsabfall von 588mV
Mißt du einen ähnlich hohen Wert auch bei niedriger Lichtintensität? Das
würde bedeuten, dass die Diode falsch gepolt ist. ;-)
Zeig doch mal die Kurve.
Im Anhang findet ihr die Kennlinie.
Die 588 IST der Wert bei niedriger Intensität. Ich bin inzwischen auch
darauf gekommen, dass ich die Diode falsch gepolt haben muss. Die
Spannungsabfälle waren einfach zu gering um sie auslesen zu können. Mir
wurde bei vermeintlich falscher Polung ein Spannungswert über den
Widerstand von 4,3xx V angezeigt,der sich bei Lichteinfalländerungen
nicht signifikant verändert hat. Also habe ich dann die Diode umgedreht
und deutlich licht-abhängige Werte gemessen...aber dabei
unwissenderweise nicht mehr den Sperrbetrieb genutzt...aber hinterher
ist man ja immer schlauer..
Bin jetzt auch endlich dazu gekommen mir einen OP zu besorgen und werde
heute Abend oder morgen eine neue Messschaltung aufbauen um den
Sperrstrom direkt abzugreifen. Geht ja so nicht weiter ;-)
als Lichtquelle dient ein Xenon-Kaltlichtprojektor mit 14 verschiedenen
Helligkeitsstufen, die ich mittels Ulbrichtkugel und angeschlossenem
Luxmeter ausgemessen habe. Daraus habe ich 6 Stufen gewählt um die
[klux]-Bandbreite abzudecken.
Bei so hohen Spannungsabfällen über dem Widerstand wird's mit dieser
einfachen Schaltung natürlich stark nichtlinear.
Bei Dunkelheit liegt die vollen 5 V als Sperrspannug über der Diode.
Wenn aber die Diode so sark beleuchtet wird, dass über dem Widerstand
mehre Volt abfallen bleibt nur noch entsprechend weniger als Sperrpannug
übrig.
Bis zu vielleicht (einigen) hundert Millivolt Spannung am Widerstand
sollte die Nichlinearitat nicht allzu groß sein. Wenn die Spannung mit
dem 1,9 kOhm Widerstand (sind das wirklich 1,9 kOhm, den Wert gibts in
keiner der üblichen Widerstandsreihen?) so hoch ist nimm einen kleineren
Widerstand.
Mit Transimpedanz-Verstärker geht's natürlich noch besser weil dann die
Spannung über der Diode konstant Null ist.
Also die 4,3xx V erkläre ich mir mit dem normalen Spannungsabfall über
einen Kreis mit einer Diode mit dem Wert 0,7V (soweit hat mir ein
Kollege das erzählt..angeblich verhalten sich alle Dioden so.) Also
bleibt mir als lichtabhängiger Abfall die Schwankung im Bereich +-ö 4,3
Volt zu messen, die aber so gering, bzw gar nicht messbar war, dass ich
den Eindruck hatte, die Schaltung wäre soweit im eimer...
Die 1,9kOhm kommen aus einer reihenschaltung von einem 1,5k Ohm
Wiederstand und einem 500 Ohm Trimmer.Daher der Wert.
die neue Messchaltung mache ich morgen...mal sehen ob das besser
funktioniert!
Aaaalso:
ich habe mir von einem Kollegen eine Schaltung mit einem OP auslegen
lassen und die mal aufgebaut. Nun messe ich mit einer LED-Taschenlampe
im Wechsel mit einem sehr bewölkten Himmel testweise bei vermeintlich
richtig gepolter Diode helligkeitsabhängig zwischen 4,2 und 4,7 mV. ist
die Diode nicht angeschlossen messe ich 2,4mV.Die abgedeckte Diode misst
2,3mV
Drehe ich die Polung der Diode um habe ich sehr stark lichtabhängige
Schwankungen die auch offensichtlich von der Betriebspannung des OP´s
abhängig sind. Damit bekomme ich Werte zwischen 0,8V und 3,7V. Wenn ich
die Diode abdecke oder aus dem Stromkreis nehme, geht die Spannung
ebenfalls auf 2,3mV.
Bin mir unsicher welche Ausrichtung nun richtig ist =( Möchte nicht noch
eine umfangreiche Messreihe in den Sand setzen.
Ach ja...einer sagte vorher, dass die Spannung über der Diode konstant 0
sein soll...das ist niemals der Fall, egal wie rum ich die Diode pole
...
Ich glaube, das war in Anlehnung an eine Verstärkerschaltung aus
Wikipedia...werde mal eine zweite Schaltung nach den von dir geposteten
Prinzip aufbauen und das gegenprüfen. Mal schauen was dabei rauskommt.
Kannst du mir noch sagen, wie ich den kapazitiven Widerstand
dimensionieren sollte? Bin da nicht so fit =(
Gruß
Arne R. schrieb:> Kannst du mir noch sagen, wie ich den kapazitiven Widerstand> dimensionieren sollte?
Der Kondensator C1 bildet mit dem Widerstand R1 einen Tiefpass (Formel
für die Grenzfrequenz f_3dB steht direkt unter der Schaltung).
Die Dimensionierung hängt also von Geschwindigkeit der zu messenden
Helligkeitsschwankungen ab und muß auch zu deiner Abtastfrequenz passen.
Erstmal Danke für die schnelle Antwort!
über die Frequenzen hab ich mir noch gar keine Gedanken gemacht.
Letztenendes haben die Sensoren ein paar Sekunden Zeit zum Messen, da
sich die Lichtquelle selbst noch einpendeln muss. Bisher habe ich immer
etwa 5 Sekunden verstreichen lassen und darauf den Mittelwert der
Helligkeit aus einem Zeitfenster von 5 Sekunden mit dem Multimeter
bilden lassen. Würde also sagen, dass daher genügend zeit vorhanden
ist...hilft mir das bei der Dimensionierung?
Hallo..ich mal wieder...ich habe das Projekt mal wieder rausgekramt und
will endlich weiter kommen...inzwischen habe ich mir von NI einen
datenaufnehmer organisiert (NI-USB 6363) und auch ein LabView Tool
gebastelt, das die Werte aufnimmt.
Strom-Spannungs-Schaltung mit LM324 und R=2,7k ist auch vorhanden und
die Diode (BPW21 und BPX65) sind in Sperrrichtung eingesetzt...
Ergebisse sind aber schwer zu deuten...messe ich ohne angeschalteten OPV
gibt es Werete im -400mV Bereich..heißt für mich dass ich die Diode
richtig eingesetzt habe und in Sperrrichtung betreibe oder? (Beleuchtet
von einer LED-Taschenlampe) schalte ich die 5V Stromversorgung zu
pendelt sich der Wert (Frequenz 1kHz;1000 Samples, Messwert wird aus den
Samples gemittelt) irgendwo bei 56mV ein. Ein Multimeter (Fluke179)
misst bei der selben Diode aber knappe 26mV mehr. Besonders ratlos bin
ich aber bei der Auswertung der Samples. Wenn ich mir den zeitlichen
Verlauf grafisch anschaue habe ich Amplituden die über den gesamten
Zeitraum mit verschiedenen Stärken zwischen 10mV und 120mV laufen.
Pole ich die Diode um, habe ich ein "stabiles" Signal mit sehr geringer
Amplitude aber eine laut Schaltung falsch gepolte Diode...das kann dann
doch auch nicht richtig sein um einen linearen Helligkeitsverlauf messen
zu können....
Vielleicht könnt ihr mir ja helfen...Komme da einfach nicht weiter =(
