Guten Abend zusammen,
ich interessiere mich seit kurzem sher für Photowiderstände. Soweit ich
mich nun umgesehen habe, liegt das Absorptionsmaximum wohl meist
zwischen 550 und 600 nm.
Ich würde allerdings auch gerne deutlich tiefere (UV, sprich bis ~200
nm) und etwas höhere (~900 nm) Bereiche abdecken können.
Ich habe leider keine Kennlinien gefunden (ok, diese selbst auszunehmen
wäre kein Thema), aber meine konkreten Fragen sind nun:
- hat jemand Tipps/Erfahrungen (vielleicht sogar etwa eine Liste mit
Herstellern?) mit den entsprechenden Produkten?
- fällt jemandem ein anderer Weg ein, den Bereich zwischen 200 und 900
nm zu "messen"? (kurze Erklärung für die, die es nicht sowieso schon
erkannt haben: ich möchte ein Photometer bauen und dazu den Widerstand
(gemessen amm LDR durch monochromatisches Licht) gegen die entsprechende
Wellenlänge auftragen.
viele Grüße,
Mark
Für eine Wirkliche Lichtmessung sind Photowiderstände ohnehin nicht so
die beste Wahl, da sie nicht besonders linear und temperaturabhängig
sind. Photodiode haben i.A. auch das bessere Signal-Rauschverhältnis.
Im Bereich von etwa 350-1000 nm sind Silizium Photodioden recht gut. Zu
den kleinen Wellenlängen muss man mit dem Fenster aufpassen, ggf. finden
sich auch da passende Si Dioden. Bis 900 nm sollten die meisten Typen
gehen zwischen etwa 900-1050 nm hängt es vom Type ab, wie gut es da noch
geht.
Für längere Wellenlänge gibt Germanium Photodioden und Photodioden aus
Verbindungshalbleitern. Da wären ann ggf. Photowiderstände aus
Bleisulfid für den Bereich bis rund 3500 nm als vergleichsweise günstige
Alternativen zu den teuren speziellen IR Dioden möglich.
Hi,
danke für die Antwort!
Das Problem bei einer Photodiode wäre aber doch dann, dass ich keine
Intensität messe, sondern eher einen "bool'schen" Wert?
Mit dem Widerstand kann ich (nach digitalisierung und
Software-kalibrierung) eben eine Intensität relativ zur Wellellänge
feststellen, bei einer Diode höchstens ob bei der entsprechenden
Wellenlänge das Licht an oder aus war?
Vielen Dank für die Datenblätter!!
Wird nun wohl auf ein Array aus verschiedenen Dioden hinauslaufen, damit
alle Bereiche möglichst gut abgedeckt sind.
Grüße
Mark schrieb:> Das Problem bei einer Photodiode wäre aber doch dann, dass ich keine> Intensität messe, sondern eher einen "bool'schen" Wert?
Das kommt drauf an, wie man sie betreibt.
Üblich ist es, den Photostrom zu messen und der ist über mehrere
Größenordnungen linear abhängig von der Bestrahlungsstärke.
In besseren Photometern sind Photomultiplier eingebaut. Die gehen von
190nm (Ozongrenze) bis über 800nm. Daten kann man bei Hamamatsu
besichtigen. Die Linearität ist hervorragend. Auch 2 Vakuum-Fotozellen
decken den Bereich ab. Der langwellige Bereich ist selten von Nöten, die
meisten Messungen finden im VIS und UV statt.
Wenn Du einen Typ ausgesucht hast, kann ich vielleicht aushelfen, ich
habe einige Seitenfenster-Multiplier aus Atomabsorptions-Geräten und
einige ältere Fotozellen.
Gruß - Werner
Mark schrieb:> ich interessiere mich seit kurzem sher für Photowiderstände.
Dann wäre es praktisch, wenn Du Dich anhand der Datenblätter
informierst. Wenn Du dann noch Fragen hast hilft man Dir sicher gerne
:-)
Falls Du eher Photodioden meinst - kannst Du auch danach (und den
entsprechenden Datenblättern) googlen - und anschließend gezielte Fragen
stellen.
Hast Du schon mal nach Photometer und z B. Arduino ge-googlet?
Hast Du Dich überhaupt schon mal informiert? Mach das bitte mal ... und
komm dann wieder :-)
Für den größten Teil des Bereichs sollte ein Si-Photodiode gut genug
sein.
Photowiderstände sind mehr eine Notlösung für Bereiche, wo man keine
guten Photodioden günstig bekommt, etwa den Bereich von 2000-3500 nm.
Für die Messung einer Intensität sollte man die Photodiode mit einem
Transimpedanzverstärker betreiben - dann ist sie gut linear über einen
großen Bereich.
Photomuliplier sind gut für sehr wenig Licht und im UV / blauen Bereich,
aber zunehmend schlechter im roten / NIR. Vor allem braucht man eine
Hochspannung und die Linearität / Stabilität der Empfindlichkeit ist
auch nicht unbedingt so gut.
Heayho,
ist ja super wie schnell und nett einem hier geholfen wird!
Die Eckdaten wie schon geschrieben:
Wellenlängenbereich von ~200 nm bis ~900 nm sollte komplett abgedeckt
sein, sowohl vom Emitter, als auch vom Detektor.
(Das dies gerade bei Verwendung von verschiedenen Widerständen/Dioden
eine gute -oftware-technische Eichung benötigt, ist kein Problem.)
dieser LDR hier sieht ganz gut aus:
http://www.pollin.de/shop/downloads/D120797D.PDF
Das Signal wird natürlich hinterher entsprechend Verstärkt und wie
gesagt auch digital prozessiert.
Werner H. schrieb:> Die gehen von 190nm (Ozongrenze) ...
Wohlgemerkt, dass ist die untere Ozongrenze. Die Ozonabsorption reicht
von irgendetwas um 190 bis 320nm (Fig.3)
http://www.atmos-meas-tech.net/7/609/2014/amt-7-609-2014.pdfMark schrieb:> Wellenlängenbereich von ~200 nm bis ~900 nm sollte komplett abgedeckt> sein> ...> dieser LDR hier sieht ganz gut aus:> http://www.pollin.de/shop/downloads/D120797D.PDF
Oberhalb von 750nm wird das schon recht mau. Das gleiche gilt im
UV-Bereich unterhalb von 350nm. Es kommt natürlich auf deine
Lichtquelle, deinen Monochromator und deine Ansprüche an. Üblicherweise
sind die verfügbaren Lichtintensitäten im UV eher gering (sofern man
z.B. keine Deuteriumlmpe verwendet) und dann hat man dort mit
Falschlicht zu kämpfen, d.h. für zuverlässige Messungen mit etwas
höherer Dynamik ist dort meist ein Doppelmonochromator pflicht.
...mit Ozongrenze meinte ich die 190nm, weil alle kürzere Strahlung von
der Luft unter Ozonbildung absorbiert wird. Die dann hohe
Ozonkonzentration erzeugt in kurzer Zeit heftiges Kopfweh.
Spektrometer für den unteren UV-Bereich arbeiten unter Schutzgas (N2,
Ar) oder am besten im Vakuum.
Alle handelsüblichen Spektrometer haben als Empfänger Photomultiplier
oder Si-Dioden mit Quarzfenster (auch bei Hamamatsu erhältlich), keine
anderen.
Als Lichtquellen dienen Glühbirnen, Halogenbirnen und für das UV
ausschließlich Deuteriumlampen. Die Halogenlampen sind bis etwa 320nm
brauchbar, aber nur die alten. Neuere, blau schimmernde aus dem Laden
haben einen UV-Absorber im Quarzglas und emittieren dort nicht mehr.
Die Strahlung der Deuteriumlampen ist für das Auge sehr gefährlich. Wenn
die Augen zu schmerzen anfangen sind sie bereits irreversibel
geschädigt!
D2-Lampen werden öfters bei ebay angeboten, man benötigt zum Betrieb ein
Netzteil, das 300 mA Konstantstrom bei 60 V liefert und eine
abschaltbare Versorgung für den Glühfaden.
Zur Optik: wegen des großen Wellenlängenbereichs werden ausschließlich
Optiken aus Hohl- und Planspiegeln verwendet. (Linsen-Achromate für den
Gesamtbereich sind nicht wirtschaftlich machbar).
Da die Meßgenauigkeit/Reproduzierbarkeit nur dreistellig, bestenfalls
vierstellig erreichbar ist, sind keine Doppelmonochromatoren (mehr)
üblich, wohl aber Tandem-Monochromatoren für höchste
Wellenlängen-Auflösung.
Ich kenne Spektrometer aller Art (IR bis Vakuum-UV) von meinem gesamten
Berufsleben und würde deshalb nie eines bauen wollen.
Ich würde mir ein Gebrauchtgerät, das ja von vielen Fachleuten
konstruiert worden war, zulegen und für meine Zwecke adaptieren.
Bei ebay werden zeitweise welche angeboten, Gebrauchtgeräte-Händler sind
meist teurer.
Eine Übersicht über das technisch machbare kann man im "Kohlrausch"
nachlesen. Dieses hervorragende Standardwerk kann man bei der PTB in
Braunschweig als PDF downloaden.
Ich empfehle die einzelnen Kapitel als PDF, das Gesamt-PDF wird wegen
der Größe zu langsam in der Betrachtung...
Gruß - Werner
Werner H. schrieb:> Alle handelsüblichen Spektrometer haben als Empfänger Photomultiplier> oder Si-Dioden mit Quarzfenster (auch bei Hamamatsu erhältlich), keine> anderen.
Soso, keine anderen. Dann frage ich mnich, wozu sich Hamamatsu die Mühe
macht, extra back-thinned CCDs für UV-Spektroskopie zu bauen, wenn man
da nur Dioden nimmt. Sollte man Hamamatsu mal sagen.
Oder Thermopiles in IR-Spektrometern. Wird völlig überbewertet,
schließlich kommt man mit Si locker bis 1100nm, und wen interessiert
schon MIR.
Mark schrieb:> dieser LDR hier sieht ganz gut aus:
Wie kommst Du darauf, dass der bis 200nm runter kann? Da ist ein "resin
glue" drauf, also irgendein Epoxykleber. Unter UV-Licht fängt der
erstens an zu fluoreszieren, sprich verändert Dein Messsignal, und dann
geht er kaputt.
Außerdem darf alles unter 350nm kein Glas-, sondern muss ein
Quarzfenster haben.
Unter 300nm nimmst Du entweder erwähnte back-thinned CCD, wenn Du ein
Spektrum messen willst, oder Du versuchst SiC-Dioden zu bekommen:
http://www.ifw-optronics.de/deutsch/produkte/sic-dioden/
Die messen aber nur im Bereich 200-400nm. Den Rest kannst Du mit
normalen Si-Photodioden abdecken.
Vergiß das mit den Photowiderständen! Vergiß es einfach! Vergiß es!
Macht kein Mensch und das hat seine Gründe.
Der Standart für UV/VIS Spectrometer sind nach wie vor Photodioden. Da
gibt es vom Hamamatsu die für den UV-Bereich bis 190nm optimiert sind.
Sie decken 190-1100nm ab mit einem deutlichen Empfindlichkeitsmaximum
bei 900nm aber immerhin noch fast 10% quanteneffizienz im UV.
Will man das ganze dann noch spektral aufgelöst werden in gängigen
System Photodiodenarrays verwendet. z.b. 1024er auch von Hamamatsu.
Ausgelesen werden die Photodioden zumeist über Transimpedanzverstärker
bzw. über integrierende Systeme. Dabei Kann die Photodiode entweder im
Kurzschlussbetrieb laufen oder aber über charge accumulation.
Die meissten Systeme messen Absorption, betreiben also relativmessingen
und es kommt mehr auf Auflösung und Drift an. Solltest du tatsächlich
"absolut" messen wollen, also z.b die Strahlungsleistung bestimmen dann
wird das ganze eine Nummer komplizierter.
Wie bereits erwähnt sind für den UV-bereich nur noch Quarz oder
Spiegeloptiken zu gebrauchen. Calciumflourid ist auch ab und an mal zu
sehen.
Mark schrieb:> Das Problem bei einer Photodiode wäre aber doch dann, dass ich keine> Intensität messe, sondern eher einen "bool'schen" Wert?
Im Gegenteil, Photodioden sind im Gegensatz zu Photowiderständen analoge
hochlineare Licht-Sensoren.
Was du meinst, sind Phototransistoren, die sind eher digital einsetzbar
weil der analoge Kennline mehr von der Temperatur als vom Licht abhängt.
Und wenn man UV nd IR abdecken will, braucht man eben 2 Photodioden
unterschiedlichen Halbleitermaterials.
Thomas B. schrieb:> Die BPX61 deckt ja schon mal einen relative großen Bereich ab.
Naja, wenn man Spektroskopie betreiben will, nimmt man eher weniger eine
Feld-Wald-und-Wiesen-PD.
Erstmal muß man sich im Klaren werden, auf welche Art man messen will,
sprich den Spektrometeraufbau, was man messen will, sprich die
Objekteigenschaften und wie schnell man messen will. Damit entscheiden
sich: Hab ich viel Licht, kann ich eine PD mit kleiner Fläche nehmen und
schnell messen, hab ich wenig Licht, brauche ich vielleicht eine große
Fläche, aber das hängt auch vom optischen Aufbau ab. Nicht viel hilft
viel, mit größerer Fläche steigt auch das Dunkelrauschen...
Und dann kann man sich bei sowas umschauen:
http://www.osioptoelectronics.com/standard-products/silicon-photodiodes/uv-enhanced-photodiodes/inversion-layer-photodiodes.aspx
Will ich gar Fluoreszenzspektroskopie betreiben, kann ich nach einen
Photomultiplier schauen. Aber ich kenne auch Leute, die haben schon vor
20 Jahren Fluoreszenzspektroskopie mit back-thinned,
multistage-peltiergekühlten (um das Rauschen zu drücken), mehrzeiligen
CCDs gemacht und konnten dabei 8 Kanäle gleichzeitig messen.
Also ohne genauere Definition der Aufgabenstellung ist das Stochern im
Trüben. Und dafür nimmt man dann wieder ATR-Sonden.
Wie sieht es denn mit diesen 4-poligen LEDs als Lichtquelle aus? Damit
sollte sich ja recht gut ein (nahezu) kontinuierliches Spektrum erzeugen
lassen, oder entgeht mir da etwas?
Dass die Ansteuerung nicht ganz einfach ist (da z.B. die roten LEDs
knapp ein Volt weniger Spannung brauchen, als die blauen) und die
"Übergänge" von einer zum nächsten Farbton ja auch entsprechend gut
ausgelegt sein muss... Das ist aber meiner Ansicht nach größtenteils
Software-Sache.
Ich habe hier eine Hand voll G005937 LEDs, zum Leuchten, auch mit
Mischfarben bringe ich sie nun schon (Yippie!), allerdings nur per
rumgestöpsel mit Widerständen auf dem Breadboard. Nun muss ich mich
daran machen, meinem Arduiuno beizubringen langsam von einer Farbe auf
die nächste oassende zu schwenken und dabei auch den richtigen
Widerstand zu erwischen.
Wenn das soweit ist, nehme ich mit allem was hier Photo- Widerständen
und Dioden herumliegt, auch mit den (ja ich weiß, falscher
Wellenlängenbereich) in einem abgedunkelten Raum (also eine
Stahlschatulle) eine Kennlinie auf und poste sie hier. Setzt nattürlich
vorraus, dass ich die Schaltung mit den LEDs hinbekomme :D Gute Nacht!
Mark schrieb:> Damit> sollte sich ja recht gut ein (nahezu) kontinuierliches Spektrum erzeugen> lassen, oder entgeht mir da etwas?
Ja, das hast du nicht verstanden.
Weisses Licht ist ein subjektiver Eindruck, der entsteht, wenn deine
Rezeptoren für die drei Grundfarben im Auge "gleichmäßig" gereizt
werden.
Das kann durch ein spektrales Kontinuum wie dem Licht der Sonne
geschen, oder durch die selektive Anregung auf den
Empfindlichkeitsmaxima der Farbrezeptoren.
Von letzerem machen die LED Hersteller Gebrauch und versuchen mittels
spektral genau passender LEDs Licht, das du gar nicht oder nur schlecht
sehen kannst, gar nicht erst herzustellen.
Z.B. also möglichst kein IR und kein UV, denn das würde nur Strom
kosten, und du hättest nichts davon.
P.S.:
Mark schrieb:> Wenn das soweit ist, nehme ich mit allem was hier Photo- Widerständen> und Dioden herumliegt, auch mit den (ja ich weiß, falscher> Wellenlängenbereich) in einem abgedunkelten Raum (also eine> Stahlschatulle) eine Kennlinie auf und poste sie hier.
Das kannst du gerne machen, denn dabei lernst du etwas, aber wirkliche
Messungen sind schwerer als du glaubst.
Weil das so ist, vertrauen die Profis da eher auf die vom Hersteller
gemachten Angaben im Datenblatt.
Instruktiver ist es vielleicht, wenn du dir die Lichtquellen in einem
Spektroskop anschaust.
Da das Auge einen sehr weiten Intensitätsbereich überdeckt, kannst du
dabei evtl. auch Farben finden, die eine LED in einem geringen Maße
erzeugt, die die Hersteller aber gerne unter den Tisch fallen lassen.
Es gibt preisgünstige Spektroskope, die i.W. aus einer Pappschachtel mit
aufgedruckter Wellenlängenskala und einer Beugungsgitterfolie bestehen,
und ganz Arme nehmen als Beugungsgitter eine CD oder DVD.
P.P.S.:
Mark schrieb:> ich interessiere mich seit kurzem sher für Photowiderstände. Soweit ich> mich nun umgesehen habe, liegt das Absorptionsmaximum wohl meist> zwischen 550 und 600 nm.
Das Absorptionsmaximum interessiert meist nicht, sondern das
Empfindlichkeitsmaximum.
Dafür gibt es unterschiedliche Angaben, je nachdem, ob man sich auf die
Stromausbeute pro Lichtleistung oder auf die Stromausbeute pro
Lichtquant bezieht.
Photowiderstände auf Basis von CdS werden meist als grünempfindlich oder
orange-empfindlich angeboten.
Ich besitzte allerdings ein uraltes Zeiss-Spektrometer, das für den
IR-Bereich bis 2,5µm einen PbS-Photowiderstand verwendet.
Für UV-VIS dann den 1P28A Photomultiplier.
Noch ein Wort zu diesen Spektralcharakteristiken:
Jemand schrieb:> LDR datasheet" bei Google:> http://www.gotronic.fr/pj-1284.pdf
Man kann an der Farbe erkennen, ob man es mit CdS oder CdSe zu tun hat,
oder irgend etwas dazwischen.
CdS ist honiggelb, CdSe ist rot.
Alle Mischungsverhältnisse von S und Se sind möglich und die Farbe
ändert sich entsprechend.
Wegen der schönen und reinen Farben hat man diese giftigen Substanzen
früher auch als Farbpigment verwendet um damit z.B. den Kunststoff von
Bierkästen einzufärben.
Eine tolle Sauerei !!!
Die LEDs (außer den weißen auf Basis blauer LED und gelbem Phosphor)
habe eine relativ schmales Spektrum 640-680 nm für eine Sorte rot) z.B.
Mit 4 LEDs halt man da also mehr 4 relativ schmale Linien und kein
kontinuierliches Spektrum.
Das geht eher in die Richtung das mit mit etwa 20 LED verschiedener
Wellenlänge eine Art einfache Spektrometer aufbauen kann, indem man das
Verhalten für die einzelnen LEDs misst.
Das Spektrometer legt auch über die Optik fest wie groß der Detektor
sinnvollerweise ist. Bei einem eher kleinen Spalt braucht man da i.A.
keinen großflächigen Detektor, außer man will parallel messen mit einem
ortaufgelösten Detektor.
