Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik IR-LED, Umrechnung Lichtleistung


von Ralf (Gast)


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Hallo,

ich bin gerade auf der Suche nach IR-LEDs. Die meisten Hersteller 
verwenden mW/sr als Einheit. Die Firma Optek verwendet hingegen mW/cm². 
Es wird eine ApplicationNote zur Umrechnung zur Verfügung gestellt:

http://optekinc.com/pdf/App%20Bulletin%20222.pdf

Wo ich nun strauchle ist folgendes:
Auf Seite 2 der AN werden LEDs des Typs OP265/OP266 als Rechenbeispiel 
verwendet. Datenblatt: http://optekinc.com/datasheets/OP265-266.PDF

Wenn ich das richtig verstehe, müsste ich die Leistungsangabe aus dem 
Datenblatt durch den berechneten Raumwinkel teilen, um auf mW/sr 
umzurechnen, ist das korrekt? Zumindest suggeriert mir das die letzte 
Formel in der linken Spalte der zweiten Seite der AN.

Demnach wäre das Ergebnis für einen OP265A mit 2.7mW/cm² dividiert durch 
0.015sr (aus dem Rechenbeispiel) eine Lichtleistung von 180mW/sr.

1) Ist das korrekt?
2) Wozu brauche ich den in der AN angegebenen Umrechnungsfaktor (im 
Beispiel mit 2.255 angegeben)? -> Ich kann nicht erkennen, wo dieser 
verwendet werden soll.

Danke.

Ralf

: Verschoben durch Admin
von Georg (Gast)


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Ralf schrieb:
> Demnach wäre das Ergebnis für einen OP265A mit 2.7mW/cm² dividiert durch
> 0.015sr

Man kann nicht mW/cm² durch sr dividieren. Die Angaben der Fa. Optek 
sind auch physikalisch nicht vollständig definiert - da fehlt die 
Information aus der AN, dass die Messung bei Optek im Abstand von 14,99 
mm erfolgt, was immer das soll und wer immer sich das ausgedacht hat.

Georg

von Harald W. (wilhelms)


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Georg schrieb:

> im Abstand von 14,99 mm erfolgt, was immer das soll

Da hat einer das Aufrunden vergessen...

von Ralf (Gast)


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Hallo Georg,

> ...da fehlt die Information aus der AN, dass die Messung bei Optek im Abstand
> von 14,99 mm erfolgt...
im Datenblatt steht die Angabe auf Seite 3 unter der Tabelle... Oder 
meinst du etwas anderes?

Wie muss man es deiner Meinung nach umrechnen?

Ralf

von Georg (Gast)


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Ralf schrieb:
> Wie muss man es deiner Meinung nach umrechnen?

Nun, 1 cm² im Abstand von 15 mm sind x Steradiant, das kannst du sicher 
selbst rechnen. Müsste sowas Ähnliches sein wie 0,14 sr / cm².

Georg

von Ralf (Gast)


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Hi Georg,

> Nun, 1 cm² im Abstand von 15 mm sind x Steradiant, das kannst du sicher
> selbst rechnen. Müsste sowas Ähnliches sein wie 0,14 sr / cm².
Ähm... ich versteh's nicht - sr/cm²? Was fange ich dann mit diesem Wert 
an?

Irgendwo klemmt es gerade, die ganzen Berechnungen sind doch in der AN 
bereits durchgeführt.
Im Prinzip geht es doch nur darum, ob ich die (Schluss-)Formel aus der 
AN richtig interpretiere und somit die Angabe 2.7mW/cm² durch den 
berechneten Raumwinkel von 0.015 teilen muss, um auf mW/sr zu kommen.

Ralf

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Ralf schrieb:
> Irgendwo klemmt es gerade, die ganzen Berechnungen sind doch in der AN
> bereits durchgeführt.

Ach!

> Im Prinzip geht es doch nur darum, ob ich die (Schluss-)Formel aus der
> AN richtig interpretiere und somit die Angabe 2.7mW/cm² durch den
> berechneten Raumwinkel von 0.015 teilen muss, um auf mW/sr zu kommen.

Mir ist deine Intention nicht klar. Du kannst entweder den Angaben in 
der Appnote glauben oder du rechnest es nach. Warum schätzt du Aussagen 
aus diesem Forum glaubwürdiger ein als die Appnote?

Also ich würde das ja nachrechnen. Aber gut, ich habe meine 
Schulbildung ja auch aus der Zeit vor der Pisa-Studie ...

von Ralf (Gast)


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Wisst ihr... ich find's traurig. Ich frage nach, ob ich es richtig 
verstanden habe. Das wird verneint, und ab dem Punkt erklärt mir aber 
keiner, WO das Problem liegt.

Wenn das alles ist, was ihr zu bieten habt... Ich frag mich, warum sich 
diejenigen, die offenbar alles gleich beim ersten mal kapieren und 
Zusammenhänge sofort erkennen hier tummeln, anstatt die Welt zu 
übernehmen.

Ralf

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Ralf schrieb:
> Wisst ihr... ich find's traurig. Ich frage nach, ob ich es richtig
> verstanden habe. Das wird verneint, und ab dem Punkt erklärt mir aber
> keiner, WO das Problem liegt.

Ich verstehe weder deine Frage, noch wo das Problem liegt. War deine 
Frage wirklich, ob du den in der AN vorgegebenen Rechenweg "einfach so" 
anwenden sollst? Welche Antwort erwartest du darauf?

Wie ich schon schrieb, hast du nur zwei Möglichkeiten: entweder du 
glaubst der AN oder du tust das nicht. In letzterem Fall wirst du halt 
mal die 3 gedanklichen Schritte gehen müssen, die es braucht um mW/sr in 
mW/cm² ineinander umzurechnen. Das ist keine Raketenwissenschaft sondern 
nur das was man heutzutage "Dreisatz" schimpft (und in der guten alten 
Zeit als "Verhältnisgleichung" bezeichnet und umzuformen gelernt hat).

> Wenn das alles ist, was ihr zu bieten habt...

Mit dem Beschimpfen derjenigen die du um Hilfe bittest, wirst du viel 
erreichen. Ganz sicher!!1!elf!

von Ralf (Gast)


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Hallo Axel,

> Ich verstehe weder deine Frage, noch wo das Problem liegt. War deine
> Frage wirklich, ob du den in der AN vorgegebenen Rechenweg "einfach so"
> anwenden sollst? Welche Antwort erwartest du darauf?
Nein, die Frage war, ob es korrekt ist, dass man die Datenblattangabe 
von 2.7mW/cm² durch den in der AN berechneten Raumwinkel von 0.015sr 
teilen muss, denn an dieser Stelle ist die AN einfach undeutlich.
Es ist eine Verhältnisformel angegeben (vorletzte Formel mW/sr = Power = 
mW/cm²), und in der letzten wird mW/cm² durch sr geteilt. Danach wird 
ein Raumwinkel berechnet und die AN endet mit dem Hinweis auf ein 
Verhältnis ((mW/sr)/(mW/cm²)) von 2.255.
Und die Verwirrung ist nun ganz einfach, ob das nun bedeutet, dass man 
2.7mW/cm² mit 2.255 multipliziert oder ob man 2.7mW/cm² durch 0.015sr 
dividiert, um auf mW/sr zu kommen.

Und auch die Frage 2) war m.E. deutlich formuliert.

> Wie ich schon schrieb, hast du nur zwei Möglichkeiten: entweder du
> glaubst der AN oder du tust das nicht.
Und jetzt? Ich muss erstmal der AN glauben, weil ich kein Optospezialist 
bin - denn ansonsten hätte ich die Frage ja gar nicht gestellt ;)
Es sagt aber auch niemand, was konkret an der AN nicht stimmen soll, 
selbst Georg hat nur gesagt dass die AN nicht vollständig alle 
physikalischen Gegebenheiten definiert, aber was genau fehlt, konnte 
zumindest ich nicht rauslesen.

> Mit dem Beschimpfen derjenigen die du um Hilfe bittest, wirst du viel
> erreichen. Ganz sicher!!1!elf!
Ähm... Verzeihung, aber ich möchte dich in diesem Fall bitten, in einer 
ruhigen Minute über deinen Pisa-Kommentar nachzudenken und mir dann zu 
sagen, ob das Niveau des Pisa-Kommentars auch nur ansatzweise besser war 
als meiner - das mein Kommentar nicht gut war weiss ich, aber es kekst 
einfach, wenn sich die Leute immer über die (Un-)Kenntnis anderer 
aufregen und sie deswegen rundmachen und mitunter im gleichen Zug 
fordern, man solle genau auf solche Aussagen einfach verzichten...

Ralf

von Achim S. (Gast)


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deine Rechnung ist falsch. Du berechnest den Raumwinkel des Detektors in 
der Messanordnung (0,015sr). Und dann rechnest du weiter mit einer 
Leistung (2,7mW), die nicht auf der Detektorfläche (3,3mm^2) ankommt 
sondern die auf 1cm^2 ankommt.

Dein falscher Umrechnungsfaktor und der richtige Umrechnungsfaktor 
(180/2,7) und der Umrechnungsfaktor aus der AN (2,255) unterscheiden 
sich im wesentlichen um das Verhältnis der tatsächlichen Detektorfläche 
(3,3mm^2) und der "hochgerechneten" Detektorfläche 1cm^2.

Daneben gibt es vielleicht noch kleine Korrekturen (weil die 
"Aperturfläche" und die Kugeloberfläche nicht genau identisch sind), 
aber die fallen nicht ins Gewicht.

von Achim S. (Gast)


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Achim S. schrieb:
> Dein falscher Umrechnungsfaktor und der richtige Umrechnungsfaktor
> (180/2,7) und der Umrechnungsfaktor aus der AN (2,255) unterscheiden

Mist, eigentlich wollte ich schreiben:

Dein falscher Umrechnungsfaktor (180/2,7=66,6) und der richtige 
Umrechnungsfaktor aus der AN (2,255) unterscheiden ....

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Ralf schrieb:
> die Frage war, ob es korrekt ist, dass man die Datenblattangabe
> von 2.7mW/cm² durch den in der AN berechneten Raumwinkel von 0.015sr
> teilen muss, denn an dieser Stelle ist die AN einfach undeutlich.

Ich habe die AN nicht gelesen. Muß ich auch nicht.

>> Wie ich schon schrieb, hast du nur zwei Möglichkeiten: entweder du
>> glaubst der AN oder du tust das nicht.

> Und jetzt? Ich muss erstmal der AN glauben, weil ich kein Optospezialist
> bin - denn ansonsten hätte ich die Frage ja gar nicht gestellt

Man muß kein "Optospezialist" sein, um Steradiant in cm² umrechnen zu 
können. Das ist elementare Geometrie und evtl. noch die Fähigkeit, bei 
Wikipedia nach "Steradiant" zu suchen.

Zitat von https://de.wikipedia.org/wiki/Steradiant:
"Auf einer Kugel mit 1m Radius umschließt ein Steradiant eine Fläche von 
1m² auf der Kugeloberfläche. Der Raumwinkel der gesamten Kugeloberfläche 
beträgt 4π sr."

Für deine IR-LED sagt das Datenblatt, daß die Angabe in mW/cm² für eine 
Entfernung von 15mm gilt. Gemäß Wikipedia schneidet 1sr aus der 
Oberfläche der Kugel mit Radius 1.5cm eine Fläche von (1.5cm)² = 
2.25cm². Speziell für diese Meßanordnung gilt also 1sr = 2.25cm²

War das jetzt wirklich zu schwer?

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Ralf schrieb:
> Wenn ich das richtig verstehe, müsste ich die Leistungsangabe aus dem
> Datenblatt durch den berechneten Raumwinkel teilen, um auf mW/sr
> umzurechnen, ist das korrekt?

Nicht ganz: Du musst sie durch den Raumwinkel dividieren und mit der
Detektorfläche multiplizieren. Das ist das, was die Formel aussagt.

> 2) Wozu brauche ich den in der AN angegebenen Umrechnungsfaktor (im
> Beispiel mit 2.255 angegeben)? -> Ich kann nicht erkennen, wo dieser
> verwendet werden soll.

Dieser Umrechnungsfaktor ist einfach der Quotient aus Detektorfläche und
Raumwinkel, also der Faktor, mit dem der flächenbezogene Datenblattwert
multipliziert werden muss, um auf die W/sr zu kommen.

Die Detektorfläche ist im Datenblatt in der Fußnote angegeben. Den
Raumwinkel musst du daraus und aus dem ebenfalls angegebenen Messabstand
berechnen. Die Formeln dafür sind in der AN ebenfalls angegeben.

Axel S. schrieb:
> Ich habe die AN nicht gelesen. Muß ich auch nicht.

Um die Frage des TE verstehen zu können, hättest du das vielleicht tun
sollen ;-)

> Für deine IR-LED sagt das Datenblatt, daß die Angabe in mW/cm² für eine
> Entfernung von 15mm gilt. Gemäß Wikipedia schneidet 1sr aus der
> Oberfläche der Kugel mit Radius 1.5cm eine Fläche von (1.5cm)² =
> 2.25cm². Speziell für diese Meßanordnung gilt also 1sr = 2.25cm²

Das ist die Näherungslösung, die davon ausgeht, dass die Detektorfläche
kugelförmig gekrümmt ist. Tatsächlich ist der Detektor aber eben. Im
konkreten Beispiel ist der Unterschied sehr gering (0,36%), da der
Raumwinkel (0,015) klein ist. Bei der OP293 (Detektordurchmesser 6,35mm,
Messabstand 10,7mm => Raumwinkel 0,28) liegt die Näherung aber immerhin
schon 6,6% daneben.

Ok bei den typischen Streuungen solcher LEDs spielen auch die 6,6% in
der Praxis keine Rolle. Aber es ging ja darum, das der TE die AN und das
Datenblatt verstehen wollte, wo eben nicht mit dieser Näherung gerechnet
wurde.

: Bearbeitet durch Moderator
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