Lock In Verstärker; Vibrometer

[Thomas M. (adazus)]

Hallo Forum,
ich habe einige Fragen zum Thema Lock In Verstärker...
Projektbeschreibung:
Ich möchte mittels Licht (Laser oder IR-LED----Oberfläche----Photodiode) 
einen Vibrometer aufbauen, welcher Frequenzen bis ca. 500Hz detektieren 
kann. Nun habe ich z.B. bei Halogenlicht ein sehr starkes 100Hz Rauschen 
im Signal. Wenn im freien eingesetzt ist Sonne die Störquelle. 
Abschirmen ist nur bis zu einem gewissen Grad möglich.
Als Lösung habe ich an einen Lock In Verstärker gedacht. Dazu würde ich 
das ADA2200-Evaluation Board nutzen.
Meine Fragen:
1.) Am Ende benötige ich die Frequenz und die Amplitude der vibrierenden 
Oberfläche. Kann ich diese Werte vom Lock In Verstärker erwarten? An P11 
(Noninverted demodulated output) und P12  (inverted demodulated output) 
wird das demodulierte Signal gemessen. Wenn ich hier also einen 
LowPassFilter (500Hz) einbaue, sollte ich mein Signal erhalten. Oder?
2.)  Vor den Ausgängen (P7, P8) ist ein 10Hz LowPassFilter eingebaut, 
sodass ein Gleichstrom am Ausgang anliegt. Was kann mit diesem 
Gleichstrom als Ausgangssignal generell angefangen werden?
3.)  Am P9 (Trigger or Lock to Reference Signal) kann ich eine PLL 
(PhaseLockLoop) anschließen. Diese erzeugt mir ein Signal, welches 
synchron mit der inneren Frequenz des ADA2200 läuft. Ist es nun richtig 
wenn ich dieses Signal (Ausgang PLL) als Takt für meine Lichtquelle 
nutze? (Das getaktete Licht fällt auf die vibrirende Oberfläche--- wird 
dadurch phasenmoduliert--- wird von der Photodiode aufgenommen, 
verstärkt und am Eingnag (P2,P3) angeschlossen)
4.)  Was passiert wenn die Oberfläche mit derselben Störfrequenz wie die 
Lampe vibriert (100Hz)? Kann ich die Signale unterscheiden? Wie gut kann 
ich z.B. 103Hz der vibrierenden Oberfläche erkennen, bei der 100Hz 
Störung?

Verzeiht meine Anfängerfragen!
Im Anhang noch eine Skizze zur Veranschaulichung und die User Guide des 
ADA2200-EVALZ.

Vielen Dank
Grüße
Thomas

[Wolfgang H. (Firma: AknF) (wolfgang_horn)]

Hi, Thomas,

> Ich möchte mittels Licht (Laser oder IR-LED----Oberfläche----Photodiode)
> einen Vibrometer aufbauen, welcher Frequenzen bis ca. 500Hz detektieren
> kann.
> ... Rauschen [der Lichtquelle]
> Als Lösung habe ich an einen Lock In Verstärker gedacht.
> 1.) Am Ende benötige ich die Frequenz und die Amplitude der vibrierenden
> Oberfläche. Kann ich diese Werte vom Lock In Verstärker erwarten?

Die Vorzugslösung für die beschriebene Anwendung ist wohl der Laser und 
nach der Reflexion ein Interferometer, welches das Licht des Läsers mit 
dem reflektierten Signal korreliert. Natürlich komplex.

Aber den Aufwand willst Du nicht.

Sennheiser hat ein Mikrofon entwickelt, bei dem ein Lichtstrahl die 
Membran abtastet. Such deren Patentschrift und bau es nach.

Der Lock-In-Verstärker ("LIV") ist besonders vorteilhaft, wenn die 
Frequenz des Generators schwankt - und der Verstärker der Schwankung 
nachgesteuert werden kann.
Aber wenn das Generatorsignal bereits rauscht, das Rauschen kriegt auch 
der LIV nicht mehr raus.nn braucht es dazu besondere Maßnahmen.

Mehr Erfolg könnte ich mir von dieser Lösung vorstellen: Zwei 
Fotoempfänger! Der erste empfängt das (schwankende) Licht der Quelle 
direkt (Referenz), der zweite über die Relektion an der Membran - und 
eine Auswerteschaltung berechnet den Quotienten.
Oder die Referenz steuert eine Art AGC. Bei Halbleiterlasern regelt die 
Referenz auch deren Ansteuerung.

Also - es gibt Möglichkeiten.

Ciao
Wolfgang Horn

[Uwe B. (uwe_beis)]

Hallo Thomas,

ich habe mich nicht mit dem ADA2200 befasst, aber ich habe hier einen 
Versuchsaufbau, der einiges mit dem gemeinsam hat, was du vorhast. Mein 
Ziel war, die Annäherung einer Person auf ca. 1 m per IR-Sende- und 
Empfangsdiode zu erkennen. Mir muss mal jemand den Unterschied zwischen 
einem Lock-In-Verstärker und einem Synchrongleichrichter erklären, aber 
auch ich arbeite mit einer Trägerfrequenz von ca. 10 kHz, im Versuch aus 
einem Funktionsgenerator, der direkt die Sendediode und den 
Synchrongleichrichter ansteuert, einer BPV10, einem Vorverstärker 
(einfacher OPV), einem Synchrongleichrichter (1/3 74HC4053) und einem 
nachgeschalteten Verstärker/Tiefpassfilter. Aus der Erfahrung würde ich 
sagen, dass das, was du erreichen willst, damit auch erreichbar ist, 
wenn deine Ansprüche nicht zu hoch sind.

D. h., wie groß ist dein Hub und wie groß die Entfernung der Dioden von 
der Oberfläche? Wie linear muss das sein, denn lediglich aufgrund von 
Helligkeitsunterschieden auf eine Auslenkung zu schließen ist nicht sehr 
genau? Das Trägerfrequenzverfahren ist, sagen wir mal, "ziemlich" 
Fremdlicht-unempfindlich, sofern das Fremdlicht außerhalb des 
Empfangs-Frequenzbandes liegt.

Thomas M. schrieb:
> 2  (inverted demodulated output)
> wird das demodulierte Signal gemessen. Wenn ich hier also einen
> LowPassFilter (500Hz) einbaue, sollte ich mein Signal erhalten. Oder?
Ich denke schon.
> Was kann mit diesem
> Gleichstrom als Ausgangssignal generell angefangen werden?
Mittlere Signalstärke anzeigen?
> 3.)  Am P9 (Trigger or Lock to Reference Signal) kann ich eine PLL
> (PhaseLockLoop) anschließen. Diese erzeugt mir ein Signal, welches
> synchron mit der inneren Frequenz des ADA2200 läuft.
Den Sinn einer PLL hier kenne ich nicht.
> Ist es nun richtig wenn ich dieses Signal (Ausgang PLL) als Takt für
> meine Lichtquelle nutze?
Tja, wie gesagt...
> (Das getaktete Licht fällt auf die vibrirende Oberfläche--- wird
> dadurch phasenmoduliert--- wird von der Photodiode aufgenommen,
> verstärkt und am Eingnag (P2,P3) angeschlossen)
Wieso wird es phasenmoduliert? Ich denke, da hast du etwas falsch 
verstanden. Oder ich?
> 4.)  Was passiert wenn die Oberfläche mit derselben Störfrequenz wie die
> Lampe vibriert (100Hz)? Kann ich die Signale unterscheiden?
Ja. Nur Lichtfrequenzen von z. B. 10 kHz +/- 500 Hz würden stören. Das 
kann aus ESL- oder LED-Lampen kommen und durchaus auch kritisch werden.
> Wie gut kann ich z.B. 103Hz der vibrierenden Oberfläche erkennen,
> bei der 100Hz Störung?
Siehe Antwort vorher und außerdem hängen die Auswirkungen von Störungen 
extrem von deinen Voraussetzungen ab. Selbst wenn du sie genau 
beschreiben könntest, würde ich kaum mehr als "könnte klappen" oder "oh 
oh oh..." schätzen.

Eine Versuchsschaltung dazu ist relativ schnell auf einem Steckbrett 
aufgebaut.

Grüße, Uwe

[Achim S. (Gast)]

Thomas M. schrieb:
> 2.)  Vor den Ausgängen (P7, P8) ist ein 10Hz LowPassFilter eingebaut,
> sodass ein Gleichstrom am Ausgang anliegt. Was kann mit diesem
> Gleichstrom als Ausgangssignal generell angefangen werden?

Die Unterdrückung von Störungen durch Lock-In geschieht dadurch, dass 
die Störungen durch die phasensynchrone Gleichrichtung auf hohe 
Frequenzen hochgespiegelt werden und dann durch den Tiefpass 
weggefiltert werden. Deine 100Hz Störung wird am Demodulator-Ausgang bei 
~6kHz liegen. Wenn du mit einem einfachen RC-Tiefpass der Grenzfrequenz 
500Hz arbeitest, wird die Störung also grade mal um einen Faktor 10 
unterdrückt. Wenn dir das reicht: gut so. Wenn nicht, benötigst du 
entweder einen Tiefpass höherer Ordnung oder einen Tiefpass mit 
niedrigerer Grenzfrequenz. Dazu dient der 10Hz Tiefpass (der würde deine 
100Hz-Störung, die auf 6kHz hochmoduliert wurde, immerhin um ca. den 
Faktor 200 abschwächen. Dass dabei keine Bandbreite mehr für deine 
Vibrationsmessung übrig bleibt, ist leider auch klar. Also: gibt dir 
Mühe, dass dein 500Hz Tiefpass was taugt. Eine andere Option wäre, den 
ADA2200 bei einer höheren Frequenz demodulieren zu lassen als bei den 
6kHz, die als Default genutzt werden.

Thomas M. schrieb:
> 4.)  Was passiert wenn die Oberfläche mit derselben Störfrequenz wie die
> Lampe vibriert (100Hz)? Kann ich die Signale unterscheiden?

Ja: Das reflektierte Lampenlicht oder Tageslicht ist nur mit 100Hz 
moduliert und wird vom Lock-In weggefiltert. Das reflektierte Licht der 
LED, die selbst mit 6kHz von der Lichtquelle und mit 100Hz von der 
Vibration moduliert ist, zeigt die 100Hz bei 5900Hz und bei 6100Hz: das 
wird vom Lock-In durchgelassen.

Thomas M. schrieb:
> Am P9 (Trigger or Lock to Reference Signal) kann ich eine PLL
> (PhaseLockLoop) anschließen.

Wie schon geschrieben wurde: du brauchst keine PLL, du kannst direkt P9 
nutzen um die Modulation deiner LED anzusteuern.

Thomas M. schrieb:
> Das getaktete Licht fällt auf die vibrirende Oberfläche--- wird
> dadurch phasenmoduliert--- wird von der Photodiode aufgenommen

Auch das wurde schon angemerkt: du bekommst durch die vibrierende 
Oberfläche hoffentlich eine Intensitätsmodulation an der Photodiode. 
Wie stark die Intensitätsmodulation ist hängt vom optischen Aufbau ab, 
und hier liegt womöglich der größte Schwachpunkt von deinem ganzen 
Konzept.

Uwe B. schrieb:
> Mir muss mal jemand den Unterschied zwischen
> einem Lock-In-Verstärker und einem Synchrongleichrichter erklären

Ein Synchrongleichrichter kann -wie beim ADA2200- ein Teil von einem 
Lock-In sein (muss aber nicht: stattdessen kann der Lock-In auch mit 
einem Sinus multiplizieren und unterdrückt dann auch Harmonische, die 
beim Synchrongleichrichter nicht unterdrückt werden).

Damit man es einen Lock-In nennen darf gehört aus meiner Sicht 
mindestens noch ein Tiefpass dazu. Viele Lock-Ins bieten dann noch etwas 
Sonderzubehör neben Gleichrichter und Tiefpass (wie einen 
Eingangsverstärker, evtl. einen groben Bandpass im Eingangssignal um 
Clippen aufgrund der Störsignal zu vermeiden, einen Phasenschieber und 
eine PLL um z.B. nur auf höheren Harmonischen zu demodulieren)

[U. M. (oeletronika)]

Hallo,
> Thomas M. schrieb:
> Ich möchte mittels Licht (Laser oder IR-LED----Oberfläche----Photodiode)
> einen Vibrometer aufbauen, welcher Frequenzen bis ca. 500Hz detektieren
> kann. Nun habe ich z.B. bei Halogenlicht ein sehr starkes 100Hz Rauschen
> im Signal. Wenn im freien eingesetzt ist Sonne die Störquelle.
Rauschen ist ein eher breitbandiges und vor allem zufälliges Signal. Die 
100 Hz sind sicher nicht zufällig, sondern eine Störspannung, die von 
außen einwirkt. Einerseits durch elektrisches Überkoppeln oder durch 
Modulation von Beleuchtungen.
Gegen elektrisches Übersprechen helfen diverse Maßnahmen, wie 
sorgfäliger und kompakter Aufbau, kurze Leitungen zwischen Photodiode 
und Verstärker und geschirmte Signalleitungen.
Einwirkungen durch Umgebungslicht kann man durch die optische Anordnung 
und abdecken reduzieren. Außerdem kann man das Sendesignal rel stark 
machen, so dass das SNR sehr günstig wird.

> Abschirmen ist nur bis zu einem gewissen Grad möglich.
Warum nicht? Man muß auch nicht alles mögliche abschirmen?

> Als Lösung habe ich an einen Lock In Verstärker gedacht. Dazu würde ich
> das ADA2200-Evaluation Board nutzen.
Wir scheint das heftig übertrieben. Du versuchst vermutlich große Fehler 
im design durch erhebliches Over Engineering zu beheben.

> 4.)  Was passiert wenn die Oberfläche mit derselben Störfrequenz wie die
> Lampe vibriert (100Hz)?
Eine Störung, die genau die Nutzfrequenz hat, kannst du systembedingt 
nicht wegfiltern. Auch deshalb ist die Idee suboptimal.

Das Gleichlicht aus der Umgebung (Sonne) kann man auch auf verschiedenen 
Wegen reduzieren.
1) Durch passende Optik (Öffnungswinkel nicht viel größer als 
Signalquelle
2) Rel. starkes Senderlicht -> gutes SNR
3) Farbfilter vor Empfänger (z.B. Bandfilter für rotes Laserlicht)
4) Abdecken gegen direkte Sonneneinstrahlung in Empfangsrichtung
5) Optimierung der Struktur und Farbe der Reflektionsfläche (Aufkleber)
6) Hochpass in Messverstärkerschaltungen

Da kann man z.B. so was machen (siehe links, Transimpedanzverst. mit 
Gleichlichtunterdrückung):
http://uwiatwerweisswas.schmusekaters.net/Uwi/ELEKTRONIK/Opto_Laser/Fotoverst%e4rker.PDF
Gruß Öletronika

[Achim S. (Gast)]

U. M. schrieb:
> Eine Störung, die genau die Nutzfrequenz hat, kannst du systembedingt
> nicht wegfiltern.

Dadurch, dass das LED-Licht mit 6kHz geschaltet wird, hat das Nutzsignal 
(reflektiertes LED-Licht mit 100Hz Vibration) an der Fotodiode die 
Frequenzen 5900Hz und 6100Hz. Die 100Hz Störung der Halogenlampe bleibt 
bei 100Hz (na ja, durch die Vibration kommt vielleicht auch ein 200Hz 
Anteil, aber auch der ist weit weg von der Modulationsfrequenz der LED).

Deshalb sind Nutzsignal und Störung schon per Lock-In zu trennen. Die 
Frage ist nur, wie gut die Störunterdrückung wird (und wie stark sich 
die Vibration überhaupt auf die Intensität der Reflektion auswirkt).

[U. M. (oeletronika)]

Hallo,
> Achim S. schrieb:
> Dadurch, dass das LED-Licht mit 6kHz geschaltet wird, hat das Nutzsignal
> (reflektiertes LED-Licht mit 100Hz Vibration) an der Fotodiode die
> Frequenzen 5900Hz und 6100Hz.
Warum sollte das Licht auf dem Weg vom Sender zum Empfänger seine 
Frequenz ändern? Diese Physik kann ich nicht ganz nachvollziehen.

Wenn das mit 6kHz ausgesendet wird, dann wird das auch mit genau 6kHz 
empfangen, nur die Intensität des Lichtsignales ändert sich z.B. mit 100 
Hz.

Ob diese Intensitätsänderung aber Messeffekt durch Vibration oder 
Störung von außen durch Lampenlicht ist, kann der Empfänger nicht 
unterscheiden.

> Deshalb sind Nutzsignal und Störung schon per Lock-In zu trennen. Die
> Frage ist nur, wie gut die Störunterdrückung wird (und wie stark sich
> die Vibration überhaupt auf die Intensität der Reflektion auswirkt).
Das kann ich leider nicht nachvollziehen.
Gruß Öletronika

[Achim S. (Gast)]

U. M. schrieb:
> Wenn das mit 6kHz ausgesendet wird, dann wird das auch mit genau 6kHz
> empfangen, nur die Intensität des Lichtsignales ändert sich z.B. mit 100
> Hz.

Genau: du hast einen Träger von 6kHz und machst eine 
Amplitudenmodulation mit 100Hz, da sich die Reflektion (hoffentlich) mit 
der Vibration verändert. Das Amplitudenmodulierte Signal hat im 
Frequenzbereich dann Seitenlinien bei 6kHz + der Vibrationsfrequenz und 
bei 6kHz - der Vibrationsfrequenz. Siehe den Abschnitt "Spektrale 
Darstellung" von
https://de.wikipedia.org/wiki/Amplitudenmodulation

Das ist der eigentliche Kniff bei Lock-In Messungen: man transformiert 
das Nutzsignal in einen Frequenzbereich, in dem man möglichst wenig 
Störungen hat.

[Uwe B. (uwe_beis)]

Achim hat recht, ich mache es noch etwas genauer als er schrieb:
> Genau: du hast einen Träger von 6kHz und machst eine
> Amplitudenmodulation mit 100Hz, da sich die Reflektion (hoffentlich) mit
> der Vibration verändert.
Das mit 6 kHz getaktete Licht wird mit den 100 Hz der Reflektion 
amplitudenmoduliert und ergibt an der Empfangsdiode 5900 und 6100 Hz. 
Die werden dort von den 100 Hz der Fremdbeleuchtung und, nicht zu 
vergessen, von deren teilweise heftigen Oberwellen überlagert.

Der Synchrongleichrichter macht jetzt noch einmal die selbe 
Amplitudenmodulation. Die 5900 und 6100 Hz werden zu 100 Hz (und 11900 
und 12100 Hz). Die 100 Hz der Fremdbeleuchtung werden zu 5900 und 6100 
Hz. Der Tiefpass lässt nur die tiefen Frequenzen durch bzw. schwächt die 
5900 und 6100 Hz der Fremdbeleuchtung erheblich ab. "Erheblich" muss 
natürlich ausreichend sein.

So der Idealfall. Aber was in der Praxis das vermutlich größte Problem 
sein wird, ist, dass moderne Lampen (ESL und LED) in einem breiten 
Spektrum und nicht nur bei n * 50 Hz moduliertes Licht senden. Da können 
sich durchaus einige der Spektrallinien der Fremdbeleuchtung in dem 
demodulierten Frequenzband von 500 Hz wiederfinden bzw. aufgrund des 
nicht idealen Filters auch außerhalb desselben erhebliche Amplituden 
aufweisen.

Dazu kommt, dass nicht mit Sinus moduliert und demoduliert wird, sondern 
(wahrscheinlich) mit Rechteck. Also nicht nur mit 6 kHz, sondern auch 
mit 18, 30, ... kHz. Das ist in Bereichen, in denen das Licht von 
LED-Lampen teilweise ganz erheblich moduliert ist.

Abhilfe: Empfangsdiode mit Gehäuse, dass fast nur IR-Licht durchlässt 
nehmen und ggf. möglichst viel IR-Licht zur Reflektion erzeugen. Also z. 
B. LEDs nahe dran, und eine hoch-fokussierende Sende-LED einsetzen.

Grüße, Uwe

[U. M. (oeletronika)]

Hallo,
> Uwe B. schrieb:
> Das mit 6 kHz getaktete Licht wird mit den 100 Hz der Reflektion
> amplitudenmoduliert und ergibt an der Empfangsdiode 5900 und 6100 Hz.
Kann sein, dass ich für das Thema blind bin, aber das entspricht 
irgendwie nicht meiner Erfahrung. Damit will ich natütlich nicht 
behaupten, dass das LockIn-Verfahren nicht funktionieren würde.

Ich entwickle seit Jahrzehnten optoelektronische Messgeräte, die 
natürlich auch mit getaktetem Licht (z.B. 10 kHz) arbeiten.
Nach meiner Meinung kommt das mit 6 KHz getaktetes Lichtsignal erstmal 
am Empfänger (also Empfangsoptik mit Photodiode) genau mit 6 KHz an, 
natürlich mit leicht modulierter Amplitude.

> Die werden dort von den 100 Hz der Fremdbeleuchtung und, nicht zu
> vergessen, von deren teilweise heftigen Oberwellen überlagert.
Ich kann das leider immer noch nicht ganz einsehen.
Auch deine Darstellung geht davon aus, dass die Störung irgend wo im 
Signalweg einwirkt. Praktisch sieht aber der Empfänger nur das getaktete 
Licht mit einer Amplitudenmodulation.
Die Empfangsoptik kann nicht unterscheiden, ob diese Modulation von der 
Vibration, also vom Messeffekt kommt oder vom Flackern der 
Halogenlampen.
Damit sind IMHO alle Versuche, das weiter hinten im Signalweg wieder 
raus zu bekommen untauglich, sofern man die Vibration auch genau bei der 
Störfrequenz messen will.

Wenn die Störung und die Nutzfrequenz gleich sind, kann man also an der 
Stelle nix einfach wegfiltern oder wegrechnen.
Deshalb meine ich, das man diese Art von Störung so nicht weg bekommt, 
ohne dass die Messung genau auf der Störfrequenz quasi blind sein muss.

Man es aber kompensieren, indem man an einer benachbarten Stelle, wo das 
Messlicht nicht auftrifft, nur das Störlicht mit einer 2. Optik aufnimmt 
und dann vom gestörten Signal subtrahiert.

Meine (Streulicht-)Messgeräte arbeiten auch mit sehr hoher Verstärkung 
und sind trotzdem weitgehend unempfindlich gegen äußere Störungen, wie 
z.B. Lampemlicht und auch direkte Sonneneinstrahlung. In industriellem 
Umfeld käme man sonst nicht sehr weit.
Was man alles am Design berücksichtigen sollte, um die Problem und 
daraus resultierende Umständlichkeiten zu vermeiden, habe ich oben 
geschrieben.
Gruß Öletronika

[Achim S. (Gast)]

U. M. schrieb:
> Kann sein, dass ich für das Thema blind bin, aber das entspricht
> irgendwie nicht meiner Erfahrung.

Wenn du dir das Empfangssignal mit dem Oszi anschaust und die Periode 
misst, siehst du natürlich 6kHz. Aber wenn du mit dem Spektrumanalyzer 
auf das Signal schaust, dass erkennst du, dass es nicht nur 6kHz enthält 
sondern aus 5900Hz und 6100Hz.

Ein Signal das nur aus 6kHz besteht (nur eine Linie im Spektrum) ist ein 
reiner Sinus. Jede Abweichung vom reinen Sinus macht sich dadurch 
bemerkbar, dass weitere Komponenten im Spektrum auftreten. Wenn der 
Sinus z.B. verzerrt ist, dann beinhaltet das Spektrum Oberwellen. Und 
wenn der Sinus amplitudenmoduliert ist, dann beinhaltet das Spektrum 
Seitenlinien. Diese Seitenlinien beinhalten die Information über die 
Amplitudenmodulation (d.h. die Vibration) und die transformiert der 
Lock-In am Ausgang in das Passband seines Tiefpasses.

U. M. schrieb:
> Man es aber kompensieren, indem man an einer benachbarten Stelle, wo das
> Messlicht nicht auftrifft, nur das Störlicht mit einer 2. Optik aufnimmt
> und dann vom gestörten Signal subtrahiert.

Nichts dagegen einzuwenden: wenn der optische Aufbau es erlaubt, ein 
sinnvolles Differenzsignal zu bilden, dann ist das eine gute Möglichkeit 
(und sie funktioniert unabhängig von der Lock-In Anwendungen und kann 
parallel zu dieser eingesetzt werden). Damit das was bringt muss der 
zweite Detektor das Störlicht gleich empfindlich sehen wie der 
Hauptdetektor, darf aber vom LED-Licht nichts mitkriegen - schwer zu 
sagen, ob das im optischen Aufbau des TO sinnvoll machbar ist.

[Thomas M. (adazus)]

Hallo an alle.

Es freut mich, dass das Thema auf reges Interesse stößt und für 
Diskussionen sorgt. :)
Die Idee einer zweiten Fotodiode hatte ich auch schon mal. Bin über das 
Prinzip der Active Noise Cancellation darauf gekommen. Habe damals aber 
andere (einfachere) Wege verfolgt. Wir könnten dies auch wieder 
aufrollen und gezielt darauf eingehen.
Trotzdem möchte ich mich in diesem Thread mal vorerst auf den LIA 
konzentrieren:
Ich denke zuerst sollte man mal klären, wie die Trägerfrequenz durch die 
vibrierende Oberfläche überhaupt moduliert wird?
Habe dazu mal eine Skizze angefertigt. Seht oben.

Warum ich von einer Phasenmodulation ausgegangen bin:

Wir nehmen an, die Membran bewegt sich um 5mm aus einer Nullstellung 
heraus (2,5mm nach oben und 2,5mm nach unten). Dann wäre der Weg der das 
Licht zurücklegt einmal länger und einmal kürzer. Dies würde bedeuten 
das Licht bräuchte einmal mehr Zeit und einmal weniger Zeit zur 
Photodiode. Durch die zeitliche Differenz würde dann die Phase der 
Trägerfrequenz, welche am Sensor ankommt verändert werden.

Ja auch die Amplitude würde sich ändern, denn wie in der Skizze 
ersichtlich bewegt sich das Licht um den exakten Auftrittspunkt der 
Photodiode. Ich würde aber von der Auswertung der Amplitudenmodulation 
absehen, denn in diese gehen ja Fremdlicht, Störquellen und -reflexionen 
voll ein.

Soweit meine Behauptung.

[Uwe B. (uwe_beis)]

Hallo thomas,

dir ist klar, dass du bei einer Streckenänderung von insgesamt 10 mm 
eine Phasendifferenz von 33 ps nicht nur erkennen, sondern sogar noch 
mit einigermaßen hoher Genauigkeit bestimmen willst?

Ich will nicht ausschließen, dass das geht, aber mit den Möglichkeiten 
eines Bastlers... Nehmen wir mal an, du kannst ohne große Klimmzüge noch 
bis zu einer Trägerfrequenz von 10 MHz (100 ns bzw. 30 m Wellenlänge) 
arbeiten, dann ist dein Hub 1/3000stel davon. Man multipliziert zur 
Detektion den Träger mit dem empfangenen Signal, wobei beide im 
Ruhezustand 90° phasenversetzt sein sollten, um 0 zu ergeben. Der 
Multiplizierer sollte auch kein großes Problem sein (im einfachsten Fall 
ein XOR) und könnte dann ungefähr 1/3000stel seiner maximalen 
Ausgangsspannung für vollen Hub liefern... hmmmm... das wäre in der 
Größenordnung von 1 mV. Das könnte mit ausreichender Stabilität und 
Rauscharmut klappen. Auch mit digitaler Verarbeitung könnte das ganze 
Verfahren gehen, aber mit ein bisschen Glück sind kaum mehr als ein paar 
Gatter und ein Verstärker/Filter notwendig.

Bei den gegebenen Voraussetzungen halte ich dagegen die Bedenken gegen 
die Intensitätsmodulation und deren Auswertung für gegenstandslos. Dein 
Licht würde heller als das Sonnenlicht reflektiert werden, dazu eine 
IR-Empfangs-LED, die viel Fremdlicht fern hält, der Hub ist riesig(!)... 
Nein, also da hätte ich wirklich keine Bedenken und würde gar nicht 
weiter über Phasenmodulation nachdenken. Das müsste sogar einigermaßen 
sicher ohne Trägerfrequenz gehen.

Aber wozu 90° Versatz der Dioden? Egal welches Verfahren, warum nicht 
parallel?

[Achim S. (Gast)]

Uwe B. schrieb:
> bei einer Streckenänderung von insgesamt 10 mm
> eine Phasendifferenz von 33 ps nicht nur erkennen, sondern sogar noch
> mit einigermaßen hoher Genauigkeit bestimmen willst?

das halte ich mit diesem Aufbau auch für ziemlich aussichtslos. Außerdem 
bräuchtest du zur Bestimmung der Phasenlage imho zwei von deinen 
ADA2200, weil man mit dem immer nur eine Phasenkomponente messen könnte 
(I oder Q), zur Bestimmung der Phase aber beide gleichzeitig nötig 
wären.

Thomas M. schrieb:
> Ich würde aber von der Auswertung der Amplitudenmodulation
> absehen, denn in diese gehen ja Fremdlicht, Störquellen und -reflexionen
> voll ein.

Fremdlicht und Störungen gehen zwar in das Fotodiodensignal mit ein, 
würden aber von einem "idealen Lock-In" weggefiltert (nur die Störungen 
um 6kHz herum kommen durch den Lock-In). Dass der reale Lock-In nicht 
ideal ist, ist klar. Und dass der Frequenzabstand zwischen Nutzsignal 
(6kHz +/- 500Hz) und Störungen (hauptsächlich 100Hz, aber hochgestreckt 
bis zur "mechanischen Grenzfrequenz" der Vibrationen) nicht sehr groß 
ist, und deswegen die Anforderungen an das TP-Filter hoch wären um eine 
gute Störunterdrückung zu erhalten, wurde schon erwähnt.

Uwe B. schrieb:
> Bei den gegebenen Voraussetzungen halte ich dagegen die Bedenken gegen
> die Intensitätsmodulation und deren Auswertung für gegenstandslos. Dein
> Licht würde heller als das Sonnenlicht reflektiert werden, dazu eine
> IR-Empfangs-LED, die viel Fremdlicht fern hält, der Hub ist riesig(!)

Bei der gegebenen Geometrie würde ich auch sagen: alles, was an 
optischen Signalverbesserungen gemacht werden kann hilft dir viel mehr 
als "Nachbesserrungen" am empfangenen Signal. Also: Abbildung von Sender 
und Empfänger, um bei Vibrationen einen maximale Intensitätsmodulation 
zu erhalten (am "unteren Ende der Vibration" müsste der Lichtfleck und 
der Nachweisfleck möglichst identsich sein, am oberen Ende der Vibration 
sollten sie sich möglichst wenig decken). Spektralfilter mit 
abgestimmtem Sender und Empfänger. Optische Abschirmung des relativ 
kleinen Aufbaus gegen Fremdlicht. Wenn du so nahe an das Messobjekt ran 
kommst musst du in der Lage sein, das gewünschte Licht deutlich stärker 
zu machen als das Störlicht.

[U. M. (oeletronika)]

Hallo,
Die Funktion des LockIn-Verstärkers habe ich nicht bezweifelt und die 
genannten Zusamenhänge sind sicher alle korrekt.

> Achim S. schrieb:
> Diese Seitenlinien beinhalten die Information über die
> Amplitudenmodulation (d.h. die Vibration)
Und wo steht geschrieben, dass diese Information von der Vibration 
kommen muss?
100Hz sind 100Hz! Egal ob von einer Vibration oder von Lampenflackern.
Gruß Öletronika

[U. M. (oeletronika)]

Hallo,

> Thomas M. schrieb:
> Wir nehmen an, die Membran bewegt sich um 5mm aus einer Nullstellung
> heraus (2,5mm nach oben und 2,5mm nach unten). Dann wäre der Weg der das
> Licht zurücklegt einmal länger und einmal kürzer. Dies würde bedeuten
> das Licht bräuchte einmal mehr Zeit und einmal weniger Zeit zur
> Photodiode. Durch die zeitliche Differenz würde dann die Phase der
> Trägerfrequenz, welche am Sensor ankommt verändert werden.
mal ehrlich: Den einfachen Massnahmen zur Schaffung eines stabilen 
Messaufbaus traust du nicht, aber dafür fällt dir immer noch eine viel 
aufwendigere und kompliziertere Methode ein, um ver,eintliche Probleme 
zu beheben?

Nun sind wir also bei analogen Messchaltungen mit fs-Auflösung?

Viel Erfolg bei der Umsetzung. Da wäre ich gespannt, welches Design du 
für den optischen Emfängers und nachfolgender Verstärker wählst, damit 
die unvermeidlichen Laufzeitfehler und deren Drift nicht 1000 mal größer 
werden, als die auszuwertenden Phasendifferenzen des Messeffektes.

> Ja auch die Amplitude würde sich ändern, denn wie in der Skizze
> ersichtlich bewegt sich das Licht um den exakten Auftrittspunkt der
> Photodiode. Ich würde aber von der Auswertung der Amplitudenmodulation
> absehen, denn in diese gehen ja Fremdlicht, Störquellen und -reflexionen
> voll ein.
Und du meinst, dass das Phasemmessverfahren keine Störungen haben wird?

An deiner Stelle würde ich mal nach alternativen Designvorschlägen 
fragen und nicht immer nur nach Teillösungen eigener Ideen, die in einer 
Sackgasse enden.
Gruß Öletronika

[Achim S. (Gast)]

U. M. schrieb:
> Und wo steht geschrieben, dass diese Information von der Vibration
> kommen muss?
> 100Hz sind 100Hz!

Das steht in der Erklärung weiter oben geschrieben ;-)

Die 100Hz von der Halogenlampe sind bei 100Hz und bleiben bei 100Hz. Sie 
sind nicht als Nebenlinie der 6kHz bemerkbar, weil das Licht der 
Halogenlampe nicht mit dem Licht der LED interagiert.

Die 100Hz von der Vibration interagieren mit dem Licht der 6kHz-LED, 
indem sie deren Reflektion modulieren. Deshalb zeigt sich die 100Hz 
Vibration als Nebenlinie der 6kHz.

Die Intensitätsmodulation des LED-Lichts aufgrund der 100Hz-Vibration 
ist im Spektrum des Fotodiodensignal bei 5,9kHz und 6,1kHz zu finden 
(und nicht bei 100Hz), die Störung durch die Halogenlampen ist im 
Spektrum des Fotodiodensignals bei 100Hz zu finden (und nicht als 
Nebenlinien der LED-Modulation).

[cableer (Gast)]

Im Allgemeinen besteht die Wechselwirkung bei Vibrometern aber eben 
NICHT aus einer Amplitudenmodulation sondern aus der 
Frequenzverschiebung mittels Dopplereffekt. Es handelt sich eben nicht 
um eine Amplitudenmodulation des Trägers sondern um eine 
Frequenzmodulation durch den Dopplereffekt. Normal wird die Auswertung 
über ein Interferometer realisiert. Dabei verwendet man im Referenzarm 
Akustooptische Modulatoren um eine Schwebung zu erzeugen.

Lock in ist also nicht zwingend der richtige Ansatz.

[cableer (Gast)]

http://www.polytec.com/us/solutions/vibration-measurement/basic-principles-of-vibrometry/


Ist eine interessante Quelle zu den Grundlagen

[Uwe B. (uwe_beis)]

U. M. schrieb:
> 100Hz sind 100Hz! Egal ob von einer Vibration oder von Lampenflackern.
Nein, ganz und gar nicht. Die 100 Hz der Lampe kommen als 100 Hz an der 
Rx-LED an. Von der Sende-LED kommen zunächst mal z. B. 6 kHz an der 
Rx-LED an. Kommt das Objekt näher, wird die Intensität dieses 6 
kHz-Signals größer. Ich denke, dass damit schon klar ist, dass es sich 
um Amplitudenmodulation des 6 kHz-Trägers handelt.

Es ist richtig, dass von der Reflektion auch ein 100 Hz Spektral-Anteil 
an der Rx-LED ankommt, vorwiegend aber der 6 kHz-Träger. Aber durch die 
Amplitudenmodulation entstehen die Seitenbänder mit ±100 Hz. Das zähle 
ich jetzt mal zu Grundlagenwissen, dass ich hier nicht zu erklären 
brauche, aber warum das so ist, lässt sich grafisch sehr leicht 
erklären. (Addition eines 6 kHz-Sinus mit hoher Amplitude mit drei 
Sinus-Signalen mit schwacher Amplitude und 100, 5900 und 6100 Hz ergibt 
genau den Verlauf des Lichts an der Rx-LED.)

Was danach passiert, ist das, was ich oben beschrieb: Eine weitere 
Multiplikation mit 6 kHz bildet die durch Modulation entstandenen 
Seitenbänder auf 100 Hz ab, den Träger auf 0 Hz (DC) und die 100 Hz des 
Fremdlichts und der 100 Hz des reflektierten Signals auf 6 kHz ±100 Hz. 
Das lässt sich wunderbar filtern.

Das ist jetzt aber wirklich alles nur Grundlagenwissen!

------------------------------------

Weil ich zufällig selber mit LEDs und ähnlichen Verfahren hier 
experimentiere, habe ich mal Versuche mit dem Verfahren mit der 
Phasenmodulation, dass ich ja durchaus nicht für zum Scheitern 
verurteilt sehe, bei 1,5 MHz Trägerfrequenz gemacht. Ich habe sie aber 
in einem frühen Stadium aufgegeben, weil folgendes passiert:

Es gibt ein unvermeidliches Übersprechen, kapazitiv und induktiv, von 
Sender auf Empfänger. Diese Übersprechen erfolgt mit einer Phasendrehung 
von 90°. Das wird überlagert vom reflektierten Licht, was im Idealfall 
keine oder nur eine geringe Phasendrehung aufweist. Da bei der 
Verschiebung des Objekts die Signalstärke des reflektierten Licht 
schwankt, die des Übersprechens aber nicht, ergibt sich am 
Ausgangssignal der LED neben der Amplitudenmodulation auch eine relativ 
starke Phasenmodulation. Relativ heißt, in jedem Fall viel, viel stärker 
als die Phasenmodulation, die durch die Laufzeit entsteht würde. Sender 
und Empfänger so stark gegen kapazitives und vor allen Dingen induktives 
Übersprechen abzuschirmen, dass der Effekt der "echten" Phasenmodulation 
(<<33 ps!) den der "unechten" deutlich über steigt, scheint mir, sagen 
wir mal, einfach viel zu anspruchsvoll, um diesen Weg weiter zu 
verfolgen.

U. M. schrieb:
> Nun sind wir also bei analogen Messchaltungen mit fs-Auflösung?
Es geht um ps, nicht fs. Ich meine nach wie vor, dass ohne das 
Übersprechen die Chancen groß wären, dass das Verfahren mit einfachen 
Mitteln klappt. Die Linearität würde bei der Phasenmodulation deutlich 
besser sein, was ja vielleicht sehr wichtig ist, aber ansonsten scheint 
mir die Auswertung der Intensitätsmodulation deutlich robuster und 
einfacher.

Grüße, Uwe

[Achim S. (Gast)]

cableer schrieb:
> Im Allgemeinen besteht die Wechselwirkung bei Vibrometern aber eben
> NICHT aus einer Amplitudenmodulation sondern aus der
> Frequenzverschiebung mittels Dopplereffekt.

Mag schon sein, dass Vibrometer oft als Laser-Doppler Vibrometer 
aufgebaut sind. Darauf lief ja auch schon die erste Antwort von Wolfgang 
Horn raus.

Der Aufbau des TO ist aber halt kein Laser-Doppler Vibrometer, und es 
darf durchaus bezweifelt werden, ob er die Möglichkeiten hätte, ein 
solches zu bauen. Vergleiche den dafür nötigen Aufwand mal mit seinem 
aktuellen Messaufbau. Sein aktueller Messansatz entspricht nicht dem 
"Allgemeinen" Ansatz sondern beruht auf einer Intensitätsmodulation 
(auch wenn er selbst dachte, dass auch bei ihm die Phasenmodulation der 
relevante Teil wäre. Wobei der TO von der Phase des 6kHz-Trägers 
spricht, du von der Phase der kohärenten Lichtwelle).

[U. M. (oeletronika)]

Hallo,
ich denke, du hast recht. Da hatte ich einen fehlerhaften Gedanken, von 
dem ich irgend wie weg kam :-( .
> Uwe B. schrieb:
> Die 100 Hz der Lampe kommen als 100 Hz an der
> Rx-LED an. Von der Sende-LED kommen zunächst mal z. B. 6 kHz an der
> Rx-LED an. Kommt das Objekt näher, wird die Intensität dieses 6
> kHz-Signals größer.

> Es geht um ps, nicht fs
Das hängt ja davon ab, wie gut die Auflösung sein soll.
Wenn 3% bei 10,mm Hub reichen, dann geht es eben um 1 ps.
Falls auch Vibrationen mit z.B. 0,1mm Hub noch detektiert werden 
sollten, dann müßte man doch deutlich in den fs-Bereich, nicht wahr?

=================================================================
Ich würde noch mal über andere Messaufbauten nachdenken.

Man kann bei so rel. großen Hüben auch noch alternative Methoden der 
optischen Detektion verwenden, die ohne diese aufwendige Klimmzüge bei 
der Auswertung auskommen.

1) Wenn man einen Lichtfleck mit einer Optik deren Öffnungswinkel 
definiert ist, auf die Oberfläche projeziert, dann ist die Größe der 
Abbildung vom Abstand abhängig. Das könnte man auswerten (z.B. mit 
Kamera).

2) Wenn man einen Lichtfleck mit definierter Leistung auf eine geeigente 
Öberfläche projiziert und das reflektierte Licht misst, wird diese auch 
vom Abstand abhängig sein. Dafür brauch man aber wahrscheinlich eine 
Folie als Reflexionsfläche 
(http://reflexfolie.de/Reflexfolie/Hochreflexfolien/3M-Hochreflexfolie-7610.html).

3) Wenn man mit kollimierten Laserstrahl auf eine Fläche strahlt, kann 
man den Hub auch durch Messung der örtlichen Abweichung des Lichtflecks 
gegenüber der Empfangsoptik detektieren (Prinzip der Triangulation).
Da bieten sich Positionsempfindliche Sensoren an
(z.B. 2 Segmentdioden oder Quadrantendioden oder positionsempfindliche 
Fotowiderstände oder Kamera usw.).

4) Wie 3) nur dass man eine Empfangsoptik hin und her schwenk, um die 
Grenzen der Auslenkung zu finden.

5) Wie 3) nur dass man die Sende- und Empfangsoptik in einem def. Winkel 
nebeneinander anordnet, so dass die Aperturen beider Optiken sich im 
interessierenden Bereich nur teilweise überdecken. Die Intensität des 
Empfangslichtes ist dann ein Mass für den Abstand (Prinzp der 
Hintergrundausblendung bei Lichtschranken, etwas modifiziert als 
Abwandlung des Triangulationsprinzips.

Dass es bei Sennheiser optische Mikrofone gibt, das wurde wohl schon mal 
weiter oben bemerkt, oder?
Gruß Öletronika

[Uwe B. (uwe_beis)]

U. M. schrieb:
>> Es geht um ps, nicht fs
> Das hängt ja davon ab, wie gut die Auflösung sein soll.
> Wenn 3% bei 10,mm Hub reichen, dann geht es eben um 1 ps.
Wer von uns hat sich um den Faktor 10³ geirrt? Ich mache solche Fehler 
und rechne deshalb noch mal ganz vorsichtig nach:
Lichtgeschwindigkeit 300 000 km/s = 0,3 * 10^6 km/s = 0,3 * 10^9 m/s.
Strecke = 10 mm = 0,01 m.
Laufzeit = Strecke / Lichtgeschwindigkeit = 0,01 m / (0,3 * 10^9 m/s)
= 0,01 / 0,3 * 10^-9 s
= 0,01 * 3,3 * 10^-9 s
= 0,033 * 10^-9 s
10^-9 = 1 n, also 0,033 ns = 33 ps für 10 mm Strecke, 1 ps für 3% davon.

Wär' jetzt echt peinlich für mich, wenn ich das jetzt doch noch verkackt 
hätte. Das muss ich dann mit Fassung tragen :-)

Wie auch immer, die der Phasenmodulation überlagerte 
Amplitudenmodulation wird in jedem Fall so groß sein, dass sie sich bei 
weitem nicht gut genug trennen lässt, so dass es absehbar ist, dass ein 
Phasendetektor erheblich mehr von "Schmutzeffekten" der 
Amplitudenmodulation als von der echten Phasenmodulation sieht.

Ja, Sennheiser wurde erwähnt. Ich habe mich recht intensiv mit deren 
HF-Technologie befasst. Diese Mikrofone kann man ja als kapazitive 
Wegaufnehmer mit ungeheurer Empfindlichkeit, fast ausreichend, um das 
thermische Rauschen der Luftmoleküle zu erfassen, betrachten. Daraus 
kann man lernen, dass, wenn die Oberfläche metallisch und geerdet ist, 
ein kapazitives Messverfahren auch problemlos und mit hoher Genauigkeit 
realisierbar sein muss. Das braucht dabei auch kein HF-Verfahren zu 
sein. Die simple Capacitive-Touch-Technologie sollte reichen.

Grüße, Uwe

[Thomas M. (adazus)]

Hallo Forum,
weil hier schon zweimal vorgeschlagen.
Der Einsatz eines Michelson Interferometers oder ähnliche optische 
Verfahren habe ich auch angedacht. Jedoch ist hier der Aufbau sehr 
aufwendig und im Vergleich kostenintensiver. Sprich Optik teurer als 
elektronische Komponenten. Danke jedenfalls für die Tipps (Wolfgang Horn 
und cableer)!

U. M. schrieb:
>An deiner Stelle würde ich mal nach alternativen Designvorschlägen
>fragen und nicht immer nur nach Teillösungen eigener Ideen,
>die in einer Sackgasse enden.

Zum Aufbau:
Oben ein Schema dazu. Die Materialien welche getestet werden sollen, 
können auch durchsichtig sein. Die Störquellen sind immer oberhalb der 
zu testenden Materialien. Der Vibrometer befindet sich unterhalb der 
Oberfläche. Dies ist mechanisch so vorgegeben und kann nicht verändert 
werden.

Uwe Beis schrieb:
>Aber wozu 90° Versatz der Dioden? Egal welches Verfahren,
>warum nicht parallel?

Ich hatte auch parallel angefangen. Die 90° Versatz sind dadurch zu 
Stande gekommen, da ich den Empfänger etwas besser vom Licht von oben 
abschirmen konnte. Jedoch war das Störlicht noch immer um ein vielfaches 
größer als das Signal.

U. M. schrieb:
>Das Gleichlicht aus der Umgebung (Sonne) kann man auch auf verschiedenen
>Wegen reduzieren.
>1) Durch passende Optik (Öffnungswinkel nicht viel größer als
>Signalquelle
>2) Rel. starkes Senderlicht -> gutes SNR
>3) Farbfilter vor Empfänger (z.B. Bandfilter für rotes Laserlicht)
>4) Abdecken gegen direkte Sonneneinstrahlung in Empfangsrichtung
>5) Optimierung der Struktur und Farbe der Reflektionsfläche (Aufkleber)
>6) Hochpass in Messverstärkerschaltungen

Habe schon einige Versuche durchgeführt:
LED: 3x SFH485. Von IR-Lasern habe ich mal abgesehen wegen 
Missbrauchsgefahr.
Photodiode: SFH203FA, nimmt schmalbandig im IR auf; bei 900nm größte 
Empfindlichkeit

Oder rotes Licht:
Laser: APCD-650-02-C2, 650 nm, <1 mW, focusable, 6.2 x 11 mm, laser 
class II
Photodiode: EPD-660-5-0.9 605-705 nm Epoxy 5mm

In beiden Fällen ist das Störlicht viel größer als die aufgenommenen 
Vibrationen des Fells.

UV Licht klang vielversprechend da im Halogenlicht sehr wenig enthalten.
LED: XSL-355-5e
Photodiode: Analog UV Light Sensor Breakout GUVA S12SD

Hier war die Ausbeute der Vibrationen zu gering. Schwaches Sonnenlicht 
ist 10 mal stärker als das gemessene Signal. UV-Laser sind sehr teuer 
und auch gefährlich. 405nm wäre eine Lösung: Durch BlueRay Technik sind 
die Sender ohne weiteres erschwinglich. Doch die Empfängerseite 
gestaltet sich als kostspielig. Schmalbandige 405nm Photodioden sind 
teuer. Andere sind breitbandig und es müsste noch ein optischer Filter 
hinzu kommen was das ganze wieder kostspieliger macht.

Es dürfen leider keine Spiegelaufkleber zum Einsatz kommen!

Zum Verbesserungsvorschlag:

Achim S. schrieb:
>...optischen Signalverbesserungen...Abbildung von Sender und
>Empfänger, um bei Vibrationen einen maximale Intensitätsmodulation
>zu erhalten (am "unteren Ende der Vibration" müsste der Lichtfleck
>und der Nachweisfleck möglichst identsich sein, am
>oberen Ende der Vibration sollten sie sich möglichst wenig decken).

Hierzu habe ich eine Skizze erstellt „Abbildung_Sender_Empfänger.jpg“. 
Ist das so gemeint, dass das Licht wenn vom unteren Ende der Vibration 
gespiegelt voll auf die Diode treffen sollte und am oberen Ende der 
Vibration an der Photodiode vorbei scheinen sollte. Richtig verstanden?

Uwe Beis schrieb:
>..der Hub ist riesig(!)... Nein, also da hätte ich wirklich
>keine Bedenken und würde gar nicht weiter über
>Phasenmodulation nachdenken. Das müsste sogar einigermaßen
>sicher ohne Trägerfrequenz gehen.

In meiner Skizze ist der Hub mit 5mm zur Veranschaulichung dargestellt. 
In Realität ist es er geringer. Wie viel kann ich nicht genau sagen (1mm 
vielleicht?).

Eine elektronische Lösung mit Trägerfrequenz möchte ich trotzdem weiter 
verfolgen.
Ok werten wir also die Amplitude aus (Amplitudenmodulation).

Uwe Beis schrieb:
>So der Idealfall. Aber was in der Praxis das vermutlich größte
>Problem sein wird, ist, dass moderne Lampen (ESL und LED)
>in einem breiten Spektrum und nicht nur bei n * 50 Hz
>moduliertes Licht senden. Da können sich durchaus
>einige der Spektrallinien der Fremdbeleuchtung in dem
>demodulierten Frequenzband von 500 Hz wiederfinden bzw.
>aufgrund des nicht idealen Filters auch außerhalb
>desselben erhebliche Amplituden aufweisen.

Gibt es Frequenzen wo man weiß, dass sie sich nicht mit den modernen 
Lampen kreuzen? Ich muss nicht an die 6kHz Trägerfrequenz des ADA2200 
festhalten und könnte auch eine höhere wählen. Vorteil Tiefpassfilter 
muss nicht so genau werden:

Achim S schrieb:
>Also: gibt dir Mühe, dass dein 500Hz Tiefpass was taugt.
>Eine andere Option wäre, den ADA2200 bei einer höheren
>Frequenz demodulieren zu lassen als bei den 6kHz,
>die als Default genutzt werden.

Uwe Beis schrieb:
>Dazu kommt, dass nicht mit Sinus moduliert und demoduliert wird,
>sondern (wahrscheinlich) mit Rechteck. Also nicht nur mit 6 kHz,
>sondern auch mit 18, 30, ... kHz. Das ist in Bereichen,
>in denen das Licht von LED-Lampen teilweise ganz erheblich
>moduliert ist.

Ich kann auch einen Sinus als Trägerfrequenz erzeugen, wenn diese hier 
gemeit ist.

Uwe Beis schrieb.
>Mir muss mal jemand den Unterschied zwischen einem Lock-In-Verstärker
>und einem Synchrongleichrichter erklären, aber auch ich arbeite
>mit einer Trägerfrequenz von ca. 10 kHz, im Versuch
>aus einem Funktionsgenerator, der direkt die Sendediode
>und den Synchrongleichrichter ansteuert,
>einer BPV10, einem Vorverstärker (einfacher OPV),
>einem Synchrongleichrichter (1/3 74HC4053)
>und einem nachgeschalteten Verstärker/Tiefpassfilter.
>Aus der Erfahrung würde ich sagen, dass das, was du erreichen
>willst, damit auch erreichbar ist, wenn deine Ansprüche
>nicht zu hoch sind.

>D. h., wie groß ist dein Hub und wie groß die Entfernung der
>Dioden von der Oberfläche? Wie linear muss das sein,
>denn lediglich aufgrund von Helligkeitsunterschieden auf
>eine Auslenkung zu schließen ist nicht sehr genau?
>Das Trägerfrequenzverfahren ist, sagen wir mal, "ziemlich"
>Fremdlicht- unempfindlich, sofern das Fremdlicht außerhalb des
>Empfangs- Frequenzbandes liegt.

Gibt es hierzu Literatur oder einen Schaltplan nachdem ich mich richten 
und verstehen könnte? Die Teile wären wesentlich leichter zu beschaffen 
und billiger.

Zur Linearität: Ein Zusammenhang zwischen Vibrationshub und Signalstärke 
sollte schon da sein. Aber das ist hier ja der Fall würde ich sagen, 
oder? (kleiner Vibrationshub = kleine Bewegung um die Photodiode. Großer 
Vibrationshub = Große Bewegung um die Photodiode)

Der AD630 wäre auch eine Option, wobei ich hier noch nicht verstanden 
habe, was nun der Vorteil zu der oben genannten Schaltung wäre?

Ein Bespiel-Klassiker, welcher meiner Anwendung sehr nahe kommt: 
http://mail.blockyourid.com/~gbpprorg/mil/cavity/lock/index.html

Grüße
Thomas

[Thomas M. (adazus)]

Die letzten beiden postings muss ich mir noch genauer durchlesen. Bin 
noch nicht soweit gekommen. Danke inzwischen!!

[Achim S. (Gast)]

Thomas M. schrieb:
> Oben ein Schema dazu. Die Materialien welche getestet werden sollen,
> können auch durchsichtig sein.

eine nicht ganz unwichtige Info, die die Sache natürlich nicht leichert 
macht.

Thomas M. schrieb:
> Die Störquellen sind immer oberhalb der
> zu testenden Materialien.

Und es ist ausgeschlossen, oberhalb der Folie einen "Schattenspender" 
anzubringen (nur für die Richtung, in die der Detektor schaut)?

Thomas M. schrieb:
> Ist das so gemeint, dass das Licht wenn vom unteren Ende der Vibration
> gespiegelt voll auf die Diode treffen sollte und am oberen Ende der
> Vibration an der Photodiode vorbei scheinen sollte. Richtig verstanden?

Das wäre die Abbildung mit fast parallelem Laserlicht und mit einer 
spiegelnden Folie. Du hast eher ein halbwegs divergentes Licht von 
deiner Quelle (wobei ein möglichst geringer Divergenzwinkel vorteilhaft 
wäre). Und dein Detektor hat auch einen Öffnungswinkel, in dem er 
empfindlich ist (auch hier hilft ein geringer Öffnungswinkel um optische 
Störungen klein zu halten).

Außerdem hast du nach meinem Verständnis keine (gerichtet) 
reflektierenden sondern diffus streuende Oberflächen, oder? In dem Fall 
wäre die oben angehängte Abbildung vielleicht treffender: rot ist der 
Lichtkegel vom Sender, rot gestrichelt der beleuchtete Fleck auf der 
Folienoberfläche, grün der Öffnungskegel des Detektors. Für die gezeigte 
Abbildung hättest du den "maximalen Kontrast" zwischen den beiden 
Extremstellungen der Folie. Linear wäre die Intensitätsmodulation bei 
dieser Abbildung allerdings nicht (eine kontinuierliche Verschiebung der 
Oberfläche ergibt keine lineare Abhängigkeit des Detektorsignals. Ideal 
ist, wenn du die geringen Öffnungswinkel gleich durch die Auswahl 
passender LED/Fotodiode bekommst. Ein kollimierendes Röhrchen kann auch 
helfen.

Thomas M. schrieb:
> Ich kann auch einen Sinus als Trägerfrequenz erzeugen, wenn diese hier
> gemeit ist.

Entscheiden ist nicht, wie du die LED ansteuerst. Entscheidend ist, ob 
bei der Demodulation mit einem Sinus oder mit einem Rechteck 
multipliziert werden. AD630 und 74HC4053 multiplizieren mit einem 
Rechteck. ADA2200 macht was einigermaßen exotisches (analog abtasten und 
dann bestimmte Samples verlängern). Ich kann aus dem Stand ehrlich nicht 
sagen, ob das die Störungen bei den Harmonischen mitnimmt oder nicht.

Thomas M. schrieb:
> Gibt es Frequenzen wo man weiß, dass sie sich nicht mit den modernen
> Lampen kreuzen?

Kannst ja mal eine FFT von deinem Fotodiodensignal machen. Ich schätze, 
die 10kHz von Uwe sind vielleicht keine schlechte Idee. Aber wenn du in 
allen möglichen Umgebungen misst findest du sicher auch eine 
Leuchtstoffröhre (oder eine LED-Lampe, oder einen Plasmafernseher) der 
genau da stört. Ein gewisser Trost ist, dass Leuchtstoffröhre und 
Beleuchtungsleds nicht sonderlich viel im IR strahlen: wenn du dein 
System auf IR auslegst und entprechende Spektralfilter beim Detekor 
einsetzt bleibt dein Hauptproblem "nur" Halogen und Sonnenlicht. (und 
die sind beide nur niederfrequent moduliert).

Thomas M. schrieb:
> In meiner Skizze ist der Hub mit 5mm zur Veranschaulichung dargestellt.
> In Realität ist es er geringer. Wie viel kann ich nicht genau sagen (1mm
> vielleicht?).

OK, habe ich erst gelesen, als ich meine Zeichnung schon gemacht hatte 
:-) Wenn der Hub gering ist (z.B. im Verhältnis zur Größe des 
Leuchtflecks) dann lass den Detektor nur auf den "Rand" des Lichtflecks 
schauen. Entscheidend ist für dich nicht, dass du möglichst viel Licht 
von LED zum Detektor bringst, sondern dass sich die Intensität des 
Reflexes möglichst stark ändert, wenn sich die Folie verschiebt.

[Achim S. (Gast)]

Ach ja, noch ganz vergessen: ein dezenter Bandpass für deinen 
Fotodiodenverstärker als "Vorfilter" kann auch helfen. Muss imho nichts 
besonders steiles sein (dafür ist der Lock-In und der nachgeschaltete TP 
da), aber ein Bandpass niedriger Ordnung, der auf die 
Modulationsfrequenz zentriert ist, kann dir schon auch mal 1-2 
Größenordnungen bei der Störunterdrückung helfen.

[Uwe B. (uwe_beis)]

Hallo Thomas,

das war sehr viel Text, zu viel um ausführlich darauf einzugehen. 
Zumindest nicht im Moment.

Das, was Achim schrieb, kann ich auch nur unterstützen. Insbesondere die 
Situation mit dem kreuzenden Strahlengang, durch die ein ausgeprägter 
Effekt erzeugt wird. Und etwas Transparentes optisch zu vermessen... 
**kopfkratz* Für beide Effekte würde eine parallele Anordnung der LEDs 
sehr hilfreich sein! Außerdem schrillen bei mir die Alarmglocken: 
Unterschiedliche Materialien bedeuten unterschiedliche 
Reflexionsfaktoren bedeuten unterschiedliche Empfindlichkeiten und das 
bedeutet: Für jedes Material muss das System neu kalibriert werden. Ein 
klarer Vorteil für eine Phasenmessung, wenn man sie unter diesen 
extremem Bedingungen hinbekäme.

Weshalb ich jetzt antworte, ist die Befürchtung, dass bei deinen 
bisherigen Versuchen grundsätzliche Fehler gemacht wurden. Ich kann mir 
nicht vorstellen, dass die Störungen, die du beschreibst, sich so heftig 
auswirken, wenn du alles korrekt machst. Die Messabstände und damit die 
Intensität des eigenen Lichtes ist viel zu hoch.

Also habe ich auf die Schnelle einen Versuch gemacht. Wie schon 
geschrieben, habe ich hier einen Versuchsaufbau, mit dem ich mit dem 
Trägerfrequenzverfahren das Vorbeigehen von Personen in ca. 1 m Abstand 
sicher detektieren kann. Und das auch unter widrigen Umständen. Ich habe 
lediglich die Empfindlichkeit des Empfängers drastisch reduziert und 
meinen nachgeschalteten 0,5 Hz- Tiefpass + 60 dB Verstärker durch eine 
einfache RC-Kombination mit einer Grenzfrequenz deutlich größer 500 Hz 
ersetzt.

Ansonsten ist der Aufbau: Die Sende-LED (abgeschirmt, noch vom Versuch 
vorher) wird direkt durch einen Funktionsgenerator mit ca. 10 kHz 
angesteuert. Die 50 Ohm Ausgangswiderstand des Generators bilden den 
Vorwiderstand für die LED. Um das dynamische Verhalten (Grenzfrequenz) 
des Empfängers zu testen, habe ich mit einem zweiten Generator 200 Hz 
Rechteck überlagert, so dass die Sende-LED 10 kHz-Bursts mit 200 Hz 
sendet, siehe Oszillogramm.

Die Empfangs-LED wird mit 1 kOhm (statt 1 MOhm für meinen 
Original-Versuch) an 5 V vorgespannt und, wie üblich, auf einen 
Transimpedanz-Verstärker gegeben, danach folgt ein weiterer, 
AC-gekoppelter Verstärker * 100. Eine HC4053 und 2 x 1 µF bilden den 
Synchrongleichrichter, der durch den Funktionsgenerator gesteuert wird 
und dessen Ausgang direkt auf den Oszi geht. Nur die Kabelkapazität ist 
der Ausgangs-Filter, deswegen ist noch etwas Ripple im Signal. Das hätte 
ich für's Foto besser machen können.

Die beiden Signalverläufe sind bei ca. 5 mm Versatz des Objekts 
aufgenommen worden. Eine ESL hat die Szene intensiv beleuchtet, aber im 
Ausgangssignal war nichts von Störungen der ESL zu erkennen.

Das ist nur ein flüchtiger Versuch. Das lässt sich deutlich verbessern, 
aber es zeigt, dass sich Fremdlichtstörungen nur sehr gering auswirken, 
hier also gar nicht sichtbar. Wenn du allerdings einen Hub von 1 µm 
erkennen willst...

Alternativ, statt mit 10 kHz, könnte es im MHz-Bereich gut klappen. Ich 
hatte im Versuch vorher der Empfangs-LED 100 nH parallel geschaltet und 
damit eine Resonanzfrequenz von 1,5 MHz bekommen. Auch dieses Signal 
müsste sich noch durch einen Synchrongleichrichter (74HC4053) gut 
dekodieren lassen, ggf. wird eine Phasenkorrektur erforderlich. 
Fremdlichtquellen werden in diesem Bereich sicherlich noch viel, viel 
weniger moduliert sein, aber vielleicht ist mit mehr HF (EMV) aus der 
Umgebung zu rechnen. Um das Ergebnis dieses Verfahrens abzuschätzen, 
reicht es, die Sende-LED an den Generator und die Empfangs-LED samt L an 
den Oszi direkt anzuschließen. Da sieht und erfährt man schon sehr viel.

Grüße, Uwe

[Thomas M. (adazus)]

Hallo,

Achim S. schrieb:
>Und es ist ausgeschlossen, oberhalb der Folie einen
>"Schattenspender" anzubringen (nur für die Richtung,
>in die der Detektor schaut)?

Ja leider ein Schattenspender ist ausgeschlossen.

Achim S. schrieb:
>OK, habe ich erst gelesen, als ich meine Zeichnung
>schon gemacht hatte :-) Wenn der Hub gering ist
>(z.B. im Verhältnis zur Größe des Leuchtflecks)
>dann lass den Detektor nur auf den "Rand" des
>Lichtflecks schauen. Entscheidend ist für dich
>nicht, dass du möglichst viel Licht von LED zum
>Detektor bringst, sondern dass sich die Intensität
>des Reflexes möglichst stark ändert, wenn sich die
>Folie verschiebt.

Habe verstanden. Werde das in meinem nächsten Aufbau beachten.

Achim S. schrieb:
>Ein gewisser Trost ist, dass Leuchtstoffröhre und
>Beleuchtungsleds nicht sonderlich viel im IR
>strahlen: wenn du dein System auf IR auslegst
>und entprechende Spektralfilter beim Detekor
>einsetzt bleibt dein Hauptproblem "nur" Halogen
>und Sonnenlicht. (und die sind beide nur
>niederfrequent moduliert).

Ok das Problem mit den LED und Leuchtstofflampen sehe ich mal als 
gelöst. Die Photodiode ist schon von Haus aus optisch gefiltert. Dazu 
Diagramm der Diode und die Spektren der Lampen im Anhang.


Uwe Beis schrieb:
>Und etwas Transparentes optisch zu vermessen... **kopfkratz*

Ich muss punktuelle Messungen vornehmen nur am Objekt. Deshalb das Licht 
als Medium.

Uwe Beis schrieb:
>Für beide Effekte würde eine parallele Anordnung
>der LEDs sehr hilfreich sein!

Könntest du auf den Punkt noch ein wenig eingehen? Was wäre hier der 
Vorteil?
(Wenn parallel angeordnet scheint das Störlicht von oben ja direkt auf 
die Photodiode. Wenn ich sie schiefstelle dann habe ich wenigstens nur 
das Licht von der Seite drinnen. Den Tipp von Achim.
>dann lass den Detektor nur auf den "Rand" des
>Lichtflecks schauen.
kann  ich soweit nachvollziehen.)

Uwe Beis schrieb:
>Außerdem schrillen bei mir die Alarmglocken:
>Unterschiedliche Materialien bedeuten unterschiedliche
>Reflexionsfaktoren bedeuten unterschiedliche
>Empfindlichkeiten und das bedeutet: Für jedes Material
>muss das System neu kalibriert werden. Ein
>klarer Vorteil für eine Phasenmessung, wenn
>man sie unter diesen extremem Bedingungen hinbekäme.

Ja immer wieder neu kalibrieren müsste man dann… richtig. Ich möchte an 
dieser Stelle Versuche durchführen um dann Schlüsse daraus zu ziehen, ob 
man sich auf die Phasenmessung konzentrieren sollte.

Uwe Beis schrieb:
> Also habe ich auf die Schnelle einen Versuch gemacht.

Wou!! vielen Dank für den Einsatz!!. Ich möchte dies gerne nachbauen.

Ich habe hier mal ein Blockdiagramm gezeichnet. Ok so?


Grüße
Thomas

[Uwe B. (uwe_beis)]

Thomas M. schrieb:
>>Für beide Effekte würde eine parallele Anordnung
>>der LEDs sehr hilfreich sein!
>
> Könntest du auf den Punkt noch ein wenig eingehen? Was wäre hier der
> Vorteil?
Ich versuche es kurz: Die LEDs haben Linsen, ihr Licht (Rx und Tx) ist 
gebündelt. Bei 90°-Anordnung wir das meiste Licht nur bei einer 
bestimmten Entfernung von Rx/Tx empfangen, und die ist von der 
Entfernung des Objekts abhängig. (Beispiel: Wenn das Objekt ganz nahe 
ist, sieht der Empfänge nix mehr.)

Eine koaxiale Anordnung wäre ideal, geht aber nicht, parallel so nahe 
bei einander wie möglich ist daher das beste. Leichtes Anwinkeln würde 
für einen bestimmten Bereich die Linearität verbessern, könnte aber 
überflüssig sein. Und wenn die Auslenkungen viel kleiner sind als 
LED-Abstand kann, je nach Fokussierung, der Effekt auch vernachlässigbar 
sein. Andere Lösungsidee, falls doch erforderlich: Mehrere Tx-LEDs so 
anordnen, dass sich eine Art "Lichtstrich" auf dem Objekt ergibt.

> (Wenn parallel angeordnet scheint das Störlicht von oben ja direkt auf
> die Photodiode. Wenn ich sie schiefstelle dann habe ich wenigstens nur
> das Licht von der Seite drinnen.
Also, ich verspreche dir, dass das Gleichlicht von der Sonne oder was 
auch immer absolut und überhaupt keine Rolle in deiner Situation 
spielt. Auch mit 100 Hz moduliertes Glühlicht nicht. Bestenfalls 
höherfrequent moduliertes Licht von LEDs, ESLs oder Röhren mit EVG. Ich 
beobachte erste Störungen in dem Signal des obigen Versuchsaufbaus, wenn 
ich die Tx-LED ganz schwach senden lasse, die Verstärkung entsprechend 
hoch mache und mit einer ESL direkt frontal in die Rx-LED hinein 
strahle.

Das Blockschaltbild ist perfekt. Mehr habe ich dazu nicht zu sagen.

[U. M. (oeletronika)]

Hallo,
ich habe immer mehr den Eindruck, dass sich ein Messverfahren, welches 
das Triangulationsverfahren in irgend einer Form ausnutzt, für den Zweck 
am besten zu nutzen wäre.

Natürlich soll man die Lichtquelle modulieren.

Als Empfängerschaltung benutze ich bei ziehmlich empfindlichen 
Streulichtmessgeräten solche Modifikation eines 
Transimpedanzverstärkers:
http://uwiatwerweisswas.schmusekaters.net/Uwi/ELEKTRONIK/Opto_Laser/Fotoverst%e4rker.PDF
Der hat schon mal eine sehr gute Unterdrückung von Gleichlicht und auch 
Störungen um 50Hz/100Hz lassen sich mit dem Hochpass gut filtern.
Das ist es, was Achim oben schon schrieb:
>ein dezenter Bandpass für deinen
>Fotodiodenverstärker als "Vorfilter" kann auch helfen.
Damit erreiche ich bei Messverstärkungen, die deutlich höher sind als 
die, die du bei deiner Anwendung benötigst, schon eine sehr hohe 
Unempfindlichkeit gegen Sonnenstrahlung und Lampenlicht.

Als Sender macht sich eine Laserdiode gut, z.B. um 655nm (rot)
Die kann man gut modulieren. 10kKz und mehr sind gar kein Problem.
Wegen der Problematik der Lasersicherheit sollte man aber bei 
Laserklasse 2 bleiben.
Wenn möglich, würde ich immer sichtbares Licht nehmen. Es ist im ganzen 
Entwicklungsprozess und auch später immer angenehem, wenn man sehen 
kann, was da passiert. Eine ordentliche Kollimation ist natürlich auch 
klar.

Als Filter vor dem Empfänger kann man auch passende Filter setzen.
Z.B. ein billiger Filter RG610 oder RG630 nimmt schon mal einen 
erheblichen Anteil vom sichtbaren Spektrum weg:
https://www.pgo-online.com/de/katalog/kurven/optische_glasfilter/RG610_RG630_RG645_665_695.html

Man kann sich aber auch sehr schmalbandige Filter mit ca. 5...10nm 
Bandbreite beschaffen, die genau auf die Laserdiode abgestimmt sind.
Damit kann man noch effitiver Fremdlicht reduzieren.

Als Fotodiode muß man dann natürlich einen positionsempfindlichen Sensor 
nehmen. Ich verwende z.B. 4Q-Dioden zur 2D-Positionsüberwachung und 
Selbstfustage von Geräten.
https://www.hamamatsu.com/jp/en/product/category/3100/4010/4156/S5991-01/index.html
Sehr hochwertige Photodioden bekommt man auch bei "First Sensor".
http://www.first-sensor.com/de/produkte/optische-sensoren/detektoren/

Damit kann man ohne großen Aufwand bis in den Bereich von 1/100 grad 
Auflösung kommen.
Die Berechnungen zum Abstand sind natürlich nicht linear, aber das kann 
man durch entsprechende Korrekturen mit einem uC leicht linearisieren.

Du bräuchtest nur eine zweigeteilte Photodiode oder sogenannte PSD.
4Q-Dioden gehen aber auch, man kann ja immer 2 zusammenschalten.

Dann braucht man nur noch eine ordentliche abbildene Optik.
Wichtig ist, dass der Lichtfleck auch der geteilten Photodiode nicht 
winzig klein abgebildet wird, sondern eher rel groß, so dass sich aus 
dem Lichtsignal der geteitlen Photodiodenflächen immer ein ordentliches 
Verhältnis bilden läßt. Deshalb auch die Laserkollimation entpsrechend 
einstellen.

Unter solchen Vorraussetzungen kann das Lichtsignal eine hohe Varianz 
haben. Bei Bedarf kann man sich durch Leistungsanpassung der Quelle und 
notfalls auch durch Verstärkungumschaltung im Empfangszweig dem mat. 
anpassen.
Gruß Öletronika

[Uwe B. (uwe_beis)]

Hallo Öletronika,

Triangulation auf die eine oder andere Weise könnte m. E. wirklich 
vorteilhaft sein, wenn der Aufwand nicht zu hoch wird. Die Technik, 
insbesondere die Hamamatsu-Photodiode, die du vorschlägst, ist mir neu. 
Für mein Verständnis frage ich dich:

Diese Photodiode besteht aus 4 Einzeldioden. Das kenne ich als 4 
separate Dioden in den 4 Quadranten. Aber ich verstehe nicht und kann 
nicht erkennen, wie das zur Positionserkennung verwendet werden könnte, 
wenn der Lichtfleck sehr viel kleiner als einer der 4 Quadranten ist. 
Hamamatsu spezifiziert die Genauigkeit bei einem Light Spot Durchmesser 
von 0,2 mm. Das würde doch bedeuten, dass der Lichtfleck innerhalb von 
0,2 mm von einem Quadranten komplett in den anderen wechselt. Verstehen 
würde ich es, wenn der Lichtfleck ungefähr so groß wie ein Quadrant 
wäre. Ist es das, was du mit "eher rel groß" meinst? Was hat es dann mit 
den 0,2 mm im Datenblatt auf sich?

Theoretisch könnte es ja auch eine Element sein, bei denen die 4 
Photodioden verschachtelt auf der gesamten Fläche so verteilt sind, dass 
sie abhängig davon, wo das Licht auftrifft, unterschiedlich viel Strom 
liefern. Das ist aber wohl kaum der Fall.

Bei  Thomas' Anwendung kann der Hub ja relativ groß werden. Es wäre dann 
die Frage, in wie weit Probleme mit der Defokussierung eine Rolle 
spielen würden.

Ich überlege, ob es möglich wäre, z. B. mit 2 normalen Photodioden so 
eine Art Triangulation hinzubekommen. Ein großes Problem: Deren 
Richtwirkung, idealerweise eine saubere Keule, ist nach meiner Erfahrung 
teilweise weit von diesem Ideal entfernt. Auch würde nicht der gesamte 
Lichtstrom erfasst, was zur korrekten Eliminierung unterschiedlicher 
Intensitätsverhältnisse erforderlich wäre.

Grüße, Uwe

[sigma9 (Gast)]

Ohne den ganzen Thread im Detail gelesen zu haben, nur als weiterer Tip:
Laserlicht ist i.a.R. linear polarisiert, quasi alle Störquellen (Sonne 
etc.) sind isotrop. Daher lässt sich das S/N-Verhältnis drastisch 
verbessern, wenn man polarisations-selektiv detektiert.
Einfache Variante: lineares Pol-Filter.
Komplexe Variante (noch mehr S/N-Gewinn möglich): geschickte Kombination 
von
Zirkular-Polarisation(en).

just my few cents.

[Achim S. (Gast)]

Uwe B. schrieb:
> Diese Photodiode besteht aus 4 Einzeldioden. Das kenne ich als 4
> separate Dioden in den 4 Quadranten.

die Hamamatsu ist keine 4-Quadranten Diode. Sie hat eine 
zusammenhängende aktive Fläche, und der Strom teilt sich zwischen den 
Elektroden "links und rechts" auf. Aus dem Verhältnis der Ströme 
(passend normiert) bekommt man den Schwerpunkt der Strahlung, die auf 
das PSD fällt.

Das Teil von first sensors ist eine 4-Quadrantendiode. Sie gibt 
tatsächlich nur ein lineares Signal, wenn der Lichtfleck groß genug ist, 
um alle Quadranten zu treffren.

[U. M. (oeletronika)]

Hallo,
leider habe ich den falschen Link zu der vermeintlichen 4Q-Diode 
gesetzt.
Das ist eine PSD.
Ich meinte aber diese:
https://www.hamamatsu.com/jp/en/product/category/3100/4001/4204/4106/S5980/index.html

> Uwe B. schrieb:
> wie das zur Positionserkennung verwendet werden könnte,
> wenn der Lichtfleck sehr viel kleiner als einer der 4 Quadranten ist.
Der muß eben so groß sein, dass der Lichtfleckt innerhalb der örtlichen 
Verschiebung immer auf den beiden Segmenten bleibt.
Siehe meine skizze oben.
Dann kann man die Position aus den Verhältnissen der Lichtsignale aus 
beiden Segmente bestimmen.
Ein mögliches Problem will ich nicht verschweigen. Die Messgenauigkeit 
hängt von der Homogenität der Lichtreflektion ab.
Leider wissen wir nix genaues über die konkrete Anwendung.

Bei dieser Anordnung wäre es dann auch sehr zweckmäßig, dass der 
ausgesendete Lichtfleck auf der Reflektionsfläche eine gewisse 
Ausdehnung hat.
Um da nicht mit der rel. geringen Leistung bei Laserklasse 2 in Konflikt 
zu kommen und überhaupt um einen möglichst homogenen Lichtfleck zu 
erzeugen bietet sich als Sendeoptik auch eine HP-LED an.

> Hamamatsu spezifiziert die Genauigkeit bei einem Light Spot Durchmesser
> von 0,2 mm. Das würde doch bedeuten, dass der Lichtfleck innerhalb von
> 0,2 mm von einem Quadranten komplett in den anderen wechselt.
Das bezieht sich wohl auf diese PSD-Sensoren. Das funktioniert etwas 
anders als mit einem Diodenarray.
Gruß Öletronika.

[cableer (Gast)]

Wenn du Amplitudenmodulation durch Abstandsänderungen im Strahlengang 
vorsiehst, wirst du mit massiven Verzerrungen des Signals rechnen 
müssen. Das ist sicherlich keine zum Abstand lineare Modulation mit nur 
einer festen Frequenz.

Ich würde auch über Triangulation nachdenken. Wenn du nur eine 
eindimensionale Änderung erfassen willst und nur bis 100Hz kann man 
sicher mit einer PSD bzw. einem einfachen Diodenarray arbeiten. 
Allerdings ist die Optik da auch nicht ganz soo easy. Scheimpflug 
Kriterium etc.


Was du dir auch mal überlegen könntest sind die Laserentfernungsmesser 
die u.A. in Mobiltelefonen verwendet werden. Ich kenne deren genaue 
Datenraten nicht aber die wären eine on-Chip Lösung zur Abstandsmessung. 
Wenn du nah genug ran kannst und die Bandbreite reicht wärst du fein 
raus

[cableer (Gast)]

sigma9 schrieb:
> Ohne den ganzen Thread im Detail gelesen zu haben, nur als weiterer Tip:
> Laserlicht ist i.a.R. linear polarisiert, quasi alle Störquellen (Sonne
> etc.) sind isotrop. Daher lässt sich das S/N-Verhältnis drastisch
> verbessern, wenn man polarisations-selektiv detektiert.
> Einfache Variante: lineares Pol-Filter.
> Komplexe Variante (noch mehr S/N-Gewinn möglich): geschickte Kombination
> von
> Zirkular-Polarisation(en).
>
> just my few cents.

Das würde ich so ohne weiteres nicht unterschreiben da die Amplitude des 
Störlichts so oder so Größenordnungen über dem Messlicht liegt und durch 
die zufällige Polarisation auch Anteile in Polarisationsrichtung das 
Analysators enthält. Auf der gleichen Seite der Medaille verlierst du 
aber auch massiv Sendeleistung und von der ohnehin schon geringen 
Intensität nach der Reflektion an der Messoberfläche.

Der Charme des Interferometers wäre, wenn es nicht genauer als Lambda/2 
sein muss, dass man nur Nullübergänge zählt. Das ist an sich schon 
Welten besser was die SNR angeht.

Ich würde mir mal die Triangulationssensoren von Keyene anschauen. Die 
sind mehr als ausreichend schnell und genau. Ausgang als RS232.

[Thomas M. (adazus)]

Hallo,
ich bedanke mich für die interessante Diskussion und die vielen inputs.
Wie schon gesagt konzentriere ich mich jetzt mal auf dem Aufbau des 
LIAs. Ist für mich auch schon eine tolle Herausforderung und die daraus 
resultierenden Ergebnisse werden zeigen wie es weiter geht...

Die Sendestufe habe ich in der Theorie bereits fertiggestellt.

Beim TIA möchte ich mich danach richten:
https://www.mikrocontroller.net/articles/Lichtsensor_/_Helligkeitssensor

Hier hab ich jedoch schon einige Probleme mit der Berechnung:
CI = Sperrschichtkapazität der Photodiode + Eingangskapazität des OPV
Im Datenblatt des SFH203FA steht unter Kapazität 11pF. Kann ich dies als 
Sperrkapazität annehmen? Wenn nein welcher Wert kann angenommen werden?

Die Eingangskapazität des OPV wird in der Anleitung mit 30pF angenommen. 
Ist dies richtig? Denn in einem anderen Thread habe ich diese Info 
gefunden.

Beitrag "Anfänger braucht Hilfe bei OPV-Berechnung"
mrc schrieb:
>Die eingangskapazität des OPVs kannst mit ca. 2-5 pF annehmen...

Auch für den Sperrschichtwiderstand der Photodiode konnte ich keine 
Angabe finden. Habt ihr hier einen Richtwert?
Habe C1 (Kompensationskapazität) mal ausgerechnet wenn RD 
(Sperrschichtwiderstand) mit 10MOhm angenommen werden würde.

$$C_D =11pF$$

$$C_\text{OPV}=30pF$$

$$C_I=30pF+11pF=41pF$$

$$R_1=1MOhm$$

$$R_D=10MOhm$$

$$C_1=\frac{R_D}{R_1}*C_I$$

$$C_1=\frac{10MOhm}{1MOhm}*41pF=410pF$$

Ist der Wert ok, denn er deckt sich nicht mit der Aussage der 
Anleitung.. einstelliger pF Bereich:
>Hier muss man mit C1 experimentieren, vor allem weil er meist sehr
>klein ist (einstelliger pF-Bereich) und das Layout eine wesentlichen
>Rolle spielt.

Beste Grüße
Thomas

[Axel R. (Gast)]

Bei uns wurde die Sendediode (roter Laser) mit 640Mhz gepulst. Diese 
Frequenz wurde dann auf direktem Weg und über den Messweg mit zwei 
Empfängern empfangen. Die Diode wurde aber mit über 70Volt 
vorgespannt!!!
beide Empfangsfrequenzen wurden auf 1.2Ghz verdoppelt und über einen 
Ringmischer herunter gemischt. Die Mischfrequenz ging bis 40 Mhz. Das 
ging auf einen diskret aufgebauten IQ-Demodulator.
Damit konnten man sowas messen. Auch kleinste Bewegungsänderungen.
Der Abgleich war einmal und sehr kompliziert. der AD-Wandler war als 
Flash Wandler mit diskreten Komparatoren aufgebaut. Die Schaltschwellen 
der Komparatoren mit I2C Potis einstellbar.
Was nen Aufwand... Stand ca.Jahr 2000, 15 Jahre her.
Wurde damals für Jena entwickelt. ZLM300 / ZLM500.
Danke für die schöne Zeit, als die Osziröhren von HP noch grün waren :)
Axelr.
http://www.ifq.ovgu.de/zlm_500.html

[Axel R. (Gast)]

die 640 Mhz waren die Pumpfrequenz vom Laser...

die PIN-Dioden gab es damals hier:
http://www.first-sensor.com/en/contact/sales/index.html

[U. M. (oeletronika)]

Hallo,
> Thomas M. schrieb:
> Ist der Wert ok, denn er deckt sich nicht mit der Aussage der
> Anleitung.. einstelliger pF Bereich:
diese Berechnungen im pF-Bereich sind problematisch.

Da gibte es einige Einflussfaktoren, die nicht so leicht zu bestimen 
sind, sofern man nicht ein aufwendiges Modell mit allen kontruktiven 
Details hat.

Zuerst ist die Kapazität der Diode von der Vorspannung abhängig.
Außerdem sind allerlei parasitäre Kapazitäten zu berücksichtigen.
Vor allen die Verbindungsleitung zwischen Photodiode und OPV und deren 
konstruktive Auslegung können erheblichen Einfluss haben.
Am Ende ist es einfacher, C1 in der Schaltung durch Ausprobieren zu 
bestimmen. C1 mu0 zuerst so dimensioniert werden, dass die Schaltung 
nicht schwingt und stabil arbeitet, dann kann man den Tiefpass so tief 
wie möglich eingestellt wird, um Störgen und Rauschen zu minimieren.
Weiter oben hatte ich auf eine erweitere Schaltung verlinkt, die z.B. 
auch die Gleichlichtunterdrückung deutlich erhöht.
Gruß Öletronika

[Thomas M. (adazus)]

Hallo,
war leider viel los die letzten Wochen und ich hatte so gut wie keine 
Zeit mich ums Projekt zu kümmern.
Vielen Dank nochmals für die Erinnerung an den Transimpedanzverstärker 
mit Gleichlichtunterdrückung. Diese würde ich gerne besser verstehen…
Hierzu die Fragen:

-Für meinen Mikrocontroller benötige ich einen Wert von 0-5V. Null Linie 
ist also 2,5V und das Signal soll um diesen Punkt schwingen.
Kann ich deshalb die -5V Einspeisung weg lassen und auf Ground setzen, 
oder habe ich dann andere Einbußen? Wenn ich auf GND setzen kann,kann 
ich dann C3 einfach weglassen?

-Ist C4 der Kondensator den ich durch Ausprobieren einstellen muss (C1 
in der Standartschaltung)?

-R2 = R1 in der Standartschaltung?

-Was bedeuten die Doppelminus (--)5V am Anfang der Schaltung?

-Was ist C2?

-Was kann mit R7 eingestellt werden?

-Ist das CR Glied ein Tiefpassfilter?


Unabhängig von obiger Schaltung habe ich folgenden IC gefunden:
http://www.avagotech.com/products/optical-sensors/proximity-sensors/apds-9700
Was haltet ihr davon? Dieser würde die selben Aufgaben erfüllen wie 
obige Schaltung, oder besser?
-operational in sunlight conditions
-artificial light immunity
Seht Blockdiagramm.
Was ein Problem sein wird ist das Löten. Die Pins sind nur 0,25mm breit 
und ragen nicht von der Fläche heraus wie bei SOIC z.B. sodass man über 
die Füßchen von oben verlöten könnte.
Habt ich hier eventuell Tipps dazu, wie man dies als Bastler 
bewerkstelligen könnte?


Schönes WE
Grüße Thomas

[Bernd K. (prof7bit)]

Thomas M. schrieb:
> Vielen Dank nochmals für die Erinnerung an den Transimpedanzverstärker
> mit Gleichlichtunterdrückung. Diese würde ich gerne besser verstehen…

Die oben gepostete Schaltung hat eigentlich keine brauchbare 
Gleichlichtunterdrückung, bei einer Transimpedanzverstärkung von 1MOhm 
wirst Du beobachten daß der linke Operationsverstärker schon in die 
Begrenzung knallen wird wenn Du auch nur die Schreibtischlampe 
einschaltest, von Sonnenlicht ganz zu schweigen.

Wenn Du Dir jedoch das Blockschaltbild des ADPS-9700 anschaust dann ist 
dort in der Mitte diese mysteriöse box "sunlight cancellation" welche 
direkt zum TIA-Eingang geht. Was die macht ist einen zusätzlichen 
entgegengesetzt gerichteten Gleichstrom zu dem Photostrom der Diode zu 
addieren (diese Box ist eine Stromquelle) so daß der resultierende 
Gleichstrom 0 beträgt und nur noch das Nutzsignal (die 
Wechselstromkomponente) übrigbleibt. So kann man die Verstärkung des TIA 
sehr hoch machen ohne beim geringsten Umgebungslicht schon in die 
Begrenzung zu kommen.

Ich schlage vor Du schnappst Dir zwecks Erkenntnisgewinn erstmal ein 
Stück Lochraster, irgendeinen Operationsverstärker, das Hühnerfutter für 
die simplelst mögliche Schaltung des Transimpedanzverstärkers aus dem 
Wiki, einen Lötkolben und ein Oszilloskop (und eine Lichtquelle die ein 
Rechtecksignal aussendet) und beobachtest wie sich die Schaltung 
verhält:

Dazu fängst Du erstmal mit kleinen Werten für R1 an (vielleicht 10k oder 
so) und einem C1 von vielleicht 100pF.

Nun beobachte folgendes:

* Verkleinern von C1 erhöht die obere Grenzfrequenz des TIA, die Flanken 
des Rechtecks am Ausgang werden steiler

* Noch weiteres Verkleinern führt evtl irgendwann zu Überschwingern und 
letztendlich zu unkontrolliertem Schwingen des ganzen TIA, wähle C1 
gerade so groß daß die Überschwinger noch nicht auftreten.

* Beobachte wie die Offsetspannung am Ausgang des TIA bei Gleichlicht 
sich verändert und irgendwann bei + (oder -, je nach Polung der Diode) 
an die Grenze des Arbeitsbereichs des OPV stößt.

* Beobachte wie ein Vergrößern des R1 zwar die Verstärkung erhöht aber 
auch die Anfälligkeit für Fremdlicht, er stößt noch früher an die 
Begrenzung.

* Beobachte auch wie ein Ändern von R1 evtl. auch das erneute Finden 
eines optimalen C1 erforderlich macht.

* Beobachte auch wie insbesondere bei hohen Verstärkungen (großes R1) 
die Verdrahtung zur Photodiode hin (oder generell der ganze Aufbau) als 
Antenne für alle möglichen unerwünschten elektromagnetischen 
Einstrahlungen ein immer stärker ins Gewicht fallender Störfaktor wird 
(allein das Annähern der Hand kann man schon auf dem Oszi als 
zunehmenden Störteppich erkennen)

Nach einer Weile bekommst Du ein Gefühl dafür wie die Schaltung sich 
verhält, wie sie funktioniert und was die eigentlichen Herausforderungen 
bei dieser Schaltung sind, was Du gewinnst und was Du im Gegenzug 
verlierst bei Änderungen in der Dimensionierung verschiedener 
Komponenten. Das solltest Du unbedingt tun bevor Du zu komplizierteren 
Varianten davon übergehst die auf die Verbesserung einzelner Aspekte 
abzielen.

[U. M. (oeletronika)]

Hallo,
> Thomas M. schrieb:
> -Für meinen Mikrocontroller benötige ich einen Wert von 0-5V. Null Linie
> ist also 2,5V und das Signal soll um diesen Punkt schwingen.
> Kann ich deshalb die -5V Einspeisung weg lassen und auf Ground setzen,
Ja, man kann auch drauf verzichten.
> oder habe ich dann andere Einbußen?
OPV-Schaltungen funktioneren mit einer bipolaren Spannungsversorgung oft 
etwas besser bzw. einfacher.
Man kann aus +5V aber mit einer Ladungspumpe (z.B. ICL7660) rel. leicht 
eine neg. Spannung erzeugen. Es werden ja nur paar mA benötigt.

>Wenn ich auf GND setzen kann,kann
> ich dann C3 einfach weglassen?
Ja logisch.

> -Ist C4 der Kondensator den ich durch Ausprobieren einstellen muss (C1
> in der Standartschaltung)?
Ja, hängt unter anderem von der Kapazität der Photodiode und auch 
parasitären Kapazitäten von Leiterzügen und Verbindungskabel ab.
Grundsätzlich ist es empfehlenswert, die Fotodiode dicht wie möglich an 
den OPV zu setzen.

> -R2 = R1 in der Standartschaltung?
Ja, wobei du sicher kleinere Werte benötigen wirst.
Meine Schaltung ist für sehr hohe Empfindlichkeit zur Detektion von 
Streulicht in Staubmessgeräten eingestellt.

> -Was bedeuten die Doppelminus (--)5V am Anfang der Schaltung?
Das ist ein Schreibfehler -> Die Photodiode wird mit -5V vorgespannt.
Diese Vorspannung hat eine geringere Sperrschichtkapazität der 
Photodiode zu Folge. Das verbessert die Dynamik der Schaltung.

> -Was ist C2?
Dient zum Abblocken der positiven Betriebsspannung.
https://de.wikipedia.org/wiki/Blockkondensator

> -Was kann mit R7 eingestellt werden?
Damit kann man die Verstärkung der nachfolgenden Verstärkerstufe 
einstellen.
Es ist so:
Um das Rauschen der Gesamtschaltung zu minimieren, sollte man in der 1. 
Verstärkerstufe eine möglichst hohe Verstärkung haben, weil das 
thermische Rauschen dort nur der Wurzel zur Verstärkung eingeht. In 
nachfolgenden Stufen wird das Rauschen linear mit verstärkt.
Aber man kann auch in der 1. Stufe nicht unbegrenzt hohe Verstärkung 
erzeugen, weil dann z.B. diese Stufe z.B. gegen Umgebungslicht zu 
emfindlich wird.

> -Ist das CR Glied ein Tiefpassfilter?
Nein, das ist ein Hochpass.
Brauchst du aber evtl. gar nicht, wenn du das Signal mit einem uC 
einliest.
https://de.wikipedia.org/wiki/RC-Glied
Auch C6 stellt einen Hochpass dar. Damit wird nur das Wechsellicht der 
Verstärkungsstufe ausgekoppelt. Gleichtlicht wird damit abgeblockt.

Auch R4 und C5 ist ein Hochpass.
Um die Gleichlichtunterdrückung zu erhöhen, kann man R2 kleiner machen 
und das Verhältniss R3/R4 deutlich größer machen (z.B. R3=10k und R4=1k)

Für Gleichlicht (Sonnenschein) hat C5 einen unendlichen Widerstand.
In dem Fall wirkt als Rückkopplung nur R2 + R3.
Für Wechsellicht mit ausreichend hoher Frequenz hat C5 einen Widerstand, 
der gegen Null geht.
In diesem Fall wird die Verstärkung für das Wechsellicht durch den 
Spannungsteiler R3 und R4 deutlich höher (z.B. für 10k/1k um den Faktor 
11 gegenüber der Gleichtlichtverstärkung).
Der Hochpass R4 und C5 ist auch so eingestellt, dass niedrige 
Frequenzen, wie 50Hz/100Hz von Netzbrummen und Glühlampenflackern auch 
nicht durchkommen und deshalb nur mit niedriger Verstärkung wie 
Gleichlicht verstärkt werden.

Die Gleichlichtunterdrückung ist dann schon sehr hoch.
Wenn an der Photodiode ein Signal z.B. mit 10kHz empfangen wird und 
dieses am Ausgang des 1. OPV angenommen mit 100mV Amplitude anliegt, 
dann würde Gleichlicht der gleichen Intensität nur einen Spannungshub 
von ca. 10mV erzeugen.
Wenn das Gleichlicht 500-fach stärker wäre, dann gibt das einen 
Spannungshub von knapp 5V an U1A. Das wäre aber kein Problem, weil der 
1. OPV mit 12V Betriebsspannung bis ca. 10V Aussteuern kann.
Wie gesagt, die 100mV vom Wechsellicht werden in der 2. Stufe weiter 
verstärkt, das Gleichlicht kommt nicht durch.
Mit den konstruktiven Massnahmen (Einbau in ein Tubus, abbildende Optik 
vor der Photodiode, evtl. Filter) wird die Umgebungslichtempfindlichkeit 
weiter erheblich verbessert.
Wenn dann noch die Lichtquelle rel- hell leuchtet, könntest du so eine 
Lichtschranke auch locker über mehrere hundert meter bei vollem 
Sonnenschein betreiben.

Ein Problem muss ich aber noch ansprechen.
Deine Modifikation wird so noch nicht funktionieren.
Wenn die negative Spannung fehlt, müssen für die OPV passenden 
Arbeitspunkte festgelegt werden. An die Eingänge 3 und 5 muß eine 
Gleichspannung z.B. ca. 2,5V angelegt werden, damit die OPV korrekt 
arbeiten können.
Du könntest auch 5V als positive Versorgungsspannung nehmen, aber dann 
sollten auch OPV für solche kleinen Betriebsspannungen ausgesucht 
werden, am besten sogenante Rail-to-Rail OPV.

Aber wie schon geschrieben, wäre der Betrieb mit einer neg. 
diesbezüglich einfacher.

> Unabhängig von obiger Schaltung habe ich folgenden IC gefunden:
> http://www.avagotech.com/products/optical-sensors/proximity-sensors/apds-9700
> Was haltet ihr davon?
Ganz interssant.

> Dieser würde die selben Aufgaben erfüllen wie
> obige Schaltung, oder besser?
Damit habe ich noch nicht gearbeitet.

> Habt ich hier eventuell Tipps dazu, wie man dies als Bastler
> bewerkstelligen könnte?
http://uwiatwerweisswas.schmusekaters.net/Uwi/ELEKTRONIK/Opto_Laser/Lasersteuer_2_kl.jpg
Gruß Öletronika

[Thomas M. (adazus)]

Hallo,
werde mich erst am WE im Detail mit den Antworten beschäftigen können. 
Vielen Dank vorerst an Beiden! Aber vielleicht kurz zum letzten Bild. 
Wie hast du das geschafft bzw. welches Werkzeug ist dafür notwendig? Ich 
habe zu bieten: Gleichstromlötapparat (24V) mit runder Spitze, Lötdraht 
0,8mm und Lupe mit Krokodilen.. ;)

[U. M. (oeletronika)]

Hallo,
> Thomas M. schrieb:
> welches Werkzeug ist dafür notwendig?
professionelle Löttechnik macht sich da gut.
Ich habe eine JBC-Lötstation mit z.B. 0,5mm Lötspitze.
Gruß Öletronika

[Thomas M. (adazus)]

Hallo vielleicht kann mir jemand bei etwas ganz grundlegenden 
weiterhelfen.
Habe meinen TIA schon aufgebaut. Er funktioniert nicht. Bin bei der 
Fehlersuche.
Sind die Anschlüsse am TL082 so schon richtig? (siehe Bild) Es fehlt der 
Aushub und ich bin mir nun nicht ganz sicher. Ausgegangen bin ich von 
den Bildern auf dieser Seite:
http://de.aliexpress.com/item/Free-shipping-10pcs-TL082-DIP-Amplifier-DIP8-TL082CN/32344914672.html
Hier ist Aushub und Kreisfläche auf dem IC.

[U. M. (oeletronika)]

Hallo,
> Thomas M. schrieb:
> Sind die Anschlüsse am TL082 so schon richtig? (siehe Bild)
die Pin1-Markierungen sind nicht einheitlich.

Es kann so eine Kerbe/Ecke oder runde Vertiefung sein, oder eine 
Lasermarkierung.

Außerdem ist auf der Pin1-Seite das Gehäuse oft angeschrägt und auch die 
Orientierung der Beschriftung sollte normal so sein, dass diese nicht 
auf dem Kopf steht, wenn man das Pins 1 unten links hat.
https://www.mikrocontroller.net/attachment/286066/74hc4066.jpg
http://www.conrad.de/medias/global/ce/1000_1999/1800/1830/1832/183271_BB_00_FB.EPS_1000.jpg

Es gibt bei den vermeintlichen Pin1-Markerunge aber ein echte 
Kasparfalle, nämlich das Firmenlogo von AD.
Das interpretieren Laien gerne mal falsch, wenn es so wie hier am Pin 4 
steht.
http://sigma.octopart.com/10958278/image/Analog-Devices-OP27GS.jpg

Gruß Öletronika

[Thomas M. (adazus)]

Hallo ich verstehe. Die Kreisfläche kennzeichnet bei meinem IC also 
Pin1. Also stimmt das so wie im Bild eingezeichnet. (Schrift steht auch 
nicht auf dem Kopf). Nun gut, dann mal weiter mit der Fehlersuche.

[Thomas M. (adazus)]

Habe die Schaltung so wie im Bild zusammengelötet. Ist diese richtig so, 
oder habe ich hier einen gröberen Denkfehler drinnen?
(Ich messe am Ausgang 11,65V Gleichspannung.?? (Das Netzteil liefert 
12,35V))…

[U. M. (oeletronika)]

Hallo,
> Thomas M. schrieb:
> Habe die Schaltung so wie im Bild zusammengelötet. Ist diese richtig so,
> oder habe ich hier einen gröberen Denkfehler drinnen?
lese mein Posting vom 06.05.2016 -> siehe Problem Arbeitspunktfestlegung 
bzw. ng. Betriebsspannung.
Gruß Öletronika

[Thomas M. (adazus)]

Guten Abend, ok habe ich im Eifer des Gefechts vergessen. phuu.
Die Schaltung ist nun wie im Bild erweitert.
Am Ausgang messe ich aber immer noch 11,65V Gleichspannung mit dem 
Multimeter. Mit dem Oszilloskop sehe ich keine Veränderung wenn ich 
einen Spiegel über die Led und Fotodiode (parallel angeordnet) halte. 
Ich müsste einen Ausschlag feststellen.
Wenn die Schaltung im Bild nun richtig ist muss ich wohl einen Fehler 
beim Löten gemacht haben oder ein Teil funktioniert nicht richtig.?! 
Oder muss ich noch etwas mit den noch freien Füßchen (6,7)  machen damit 
der TIA (eine Stufe) überhaupt funktioniert?

PS.: Zum Testen habe ich übrigens auch eine andere Schaltung aufgebaut:
https://www.mikrocontroller.net/articles/Lichtsensor_/_Helligkeitssensor
 siehe: Konstantstromquelle mit Arbeitswiderstand
und mit einem Signalverstärker erweitert. Diese funktioniert 
grundlegend. Vibrationen werden aufgenommen.

Das selbe Ziel müsste ich auch mit dem TIA erreichen. Vielleicht klappt 
es morgen!

[U. M. (oeletronika)]

Hallo,
> Thomas M. schrieb:
> Am Ausgang messe ich aber immer noch 11,65V Gleichspannung mit dem
> Multimeter.
Der hängt also auf Anschlag.
> Mit dem Oszilloskop sehe ich keine Veränderung wenn ich
> einen Spiegel über die Led und Fotodiode (parallel angeordnet) halte.
Zuerst mal solltest du die Fotodiode komplett abdunkeln oder mal 
abklemmen. Dann sollte der Ausgang etwa auf das Potential des 
eingestellen Arbeitspunktes ca. 2,4V gehen.
Wenn du die Fotodiode mal durch einen hochohmigen Widerstand ersetzt, 
sollte der Ausgang entsprechend aussteueuern. Mit z.B. 1 MOhm etwa auf 
ca. 4,8V, mit 2,2 MOhm auf ca. 7,6V.
Der OPV versucht am Eingang die Differenzspannung auf 0V zu halten, 
sofern er funktioniert und nicht an seine Austeuergrenzen kommt.

Welcher Pegel liegt an der Fotodiode an (Pin2 des OPV)?
Ist die evtl. falsch rum drin?
Bei abgedeckter Fotodiode müßten beide Eingänge etwas gleiches Potential 
haben (konkret die 2,4V).
Die ca. 2,4V über -Uss sollten eigentlich reichen, damit der OPV 
problemlos arbeiten kann (evtl. auch noch mal etwas höher einstellen 
(3...4V).

> Oder muss ich noch etwas mit den noch freien Füßchen (6,7)  machen damit
> der TIA (eine Stufe) überhaupt funktioniert?

Offene Eingänge floaten und können unkontrolliertes Schwingen des OPV 
verursachen. Der 2. +In (Pin5) auch auf Arbeitspunkt ist ok.
Den 2. -In (Pin6) dann am besten an Out(Pin7) als invertierender 
Verstärker mit Gain=(-1). Da kannst du dann auch prüfen, ob der 
wenigstens der 2. OPV normal arbeitet. Der Ausgang (Pin7) muß dann auch 
auf ca. 2,4V liegen.

> Das selbe Ziel müsste ich auch mit dem TIA erreichen. Vielleicht klappt
> es morgen!
Ich meine, das muß gehen. Der TL082 ist eingentlich ein gutmütiger und 
einfacher OPV, den nutze ich auch seit Jahrzehnten für viele Zwecke.
Gruß Öletronika