Hallo, ich bin dabei einen optischen Entfernungsmesser zu bauen und möchte statt einer Laserdiode, eine LED verwenden. Meine LED soll mit einem 25MHz Sinus moduliert werden, was jedoch nur möglich ist, wenn diese eine akzeptable Anstiegszeit aufweist, um Verzerrungen zu vermeiden. Bei einem Hub von 0,1V und 25MHz wären dies 64ns Anstiegszeit (größte Steigung des Sinus im Nullpunkt). Allerdings habe ich bisher außer Infrarot-LEDs keine LEDs im sichtbaren Bereich finden können, die meine Anforderungen erfüllen. Habt ihr eine Idee, wo ich die beziehen kann, bzw. wie diese genannt werden? Vielen Dank!
Ich wuerd mal ein paar ausmessen. Ist ja eine einfache Sache.
Pascal O. schrieb: > Meine LED soll mit einem 25MHz Sinus moduliert werden, was jedoch nur > möglich ist, wenn diese eine akzeptable Anstiegszeit aufweist, um > Verzerrungen zu vermeiden. Bei einem Hub von 0,1V und 25MHz wären dies > 64ns Anstiegszeit (größte Steigung des Sinus im Nullpunkt). Die Rechnung verstehe ich nicht. Eine LED ist ja kein OPV mit maximaler Slew-Rate. Eine Bandbreite >25MHz sind immernoch tau<6,4ns bzw. t_10%/90%<14ns. > Allerdings habe ich bisher außer Infrarot-LEDs keine LEDs im sichtbaren > Bereich finden können, die meine Anforderungen erfüllen. RC-LEDs bei 650nm kann man mit 100-500MHz modulieren (Optowell, Firecomms), allerdings liefern diese nur 1-2mW. Ansonsten muss ich mich "hacky" anschließen. Es arbeiten derzeit einige Firmen daran, "normale" LEDs (welche eigentlich nur für Beleuchtungszwecke gedacht und vor allem spezifiziert sind), für die Datenübertragung zu nutzen. Auch diesen bleibt nichts anderes übrig, als zahlreiche LED-Muster durchzumessen. Ein paar Hinweise: LEDs mit kleinem Chip bevorzugen (haben geringere Serienwiderstände und natürlich auch geringe Kapazitäten), keine High-Power-LEDs (da kommt man mit viel Know-How auf 10MHz), keine weißen LEDs (da ist nur der blaue Anteil einigermaßen schnell). Stromansteuerung ist zu langsam, daher entweder Spannungsansteuerung oder Stromsteuerung mit Peaking verwenden.
Was hast du denn eigentlich gegen Laserdioden? Und wie genau sieht denn dein Messaufbau aus? Also über welche Entfernungen reden wir denn? Die Lichtleistung nimmt ja quadratisch zur Entfernung ab. Also ich stell mir das Einlesen des reflektierten Signals schwierig vor, vor allem bei der geringen Lichtleistung von LED´s. Und grad im Infrarot Bereich gibts tolle optische Filter, die dir das Rücklesen deutlich vereinfachen. Aber wie gesagt, beschreib mal bitte deine Anwendung etwas genauer. Klingt nach einem interessanten Projekt! Grüße Basti
Hallo, erstmals vielen Dank für eure Antworten! @John: Vielleicht habe ich das Wort Anstiegszeit hier falsch verwendet. Ich möchte die LED nicht mit Impulsen oder Rechtecken speisen, sondern mit einem Sinus. Deshalb stimmt die Berechnung der Slewrate für einen OP hier nicht, da diese die Anstiegszeit von 10% - 90% bei steilen Flanken berücksichtigt. Ein Sinus hat jedoch in Abhängigkeit seiner Frequenz und der Spitzenspannung eine veränderliche Steigung. Diese ist im Nullpunkt am größten. Deshalb kann man die Ableitung des Sinus durchführen und man erhält: U´(t = 0) = 2*pi*f*Û*cos(0) = 2*pi*25MHz*0,1V*1 = 64ns. Im übrigen beträgt die Bandbreite in meinem Fall 1Hz, da ich die LED mit einem reinen Sinus bei 25MHz modulieren möchte. @Basti: Also ich habe nichts gegen Laserdioden :-) Ich möchte nur aus Kostengründen, Experimentierfreudigkeit und der einfacheren Ansteuerung LEDs nutzen. Später sollen gegebenfalls Laserdioden eingesetzt werden, aber erstmal möchte ich, dass es so funktioniert. Die PIN-Diode die ich nutzen möchte, hat ihre maximale Empfindlichkeit im Infrarotbereich, aber zur Ausrichtung und Probe möchte ich erst einen Leuchtpunkt haben, den ich auch sehe. Bei diesem Projekt soll mit einem Phasenvergleichsverfahren die Entfernung (max. 3m) zu einem Objekt gemessen werden. Der Empfänger wird eine PIN-Photodiode sein, die an einem Schwingkreis angeschlossen das Signal empfangen soll. Durch die extreme Empfindlichkeit dieses Aufbaus, sind selbst geringste Leistungen detektierbar und dadurch spart man sich auch Filter zur Entstörung anderer Frequenzen (Leuchtstoffröhren, Tageslicht usw.). In facto brauche ich nicht soviel Sendeleistung. Ok gut, dann werde ich mal nach LEDs mit kleinen Flächen suchen und die genannten Hersteller durchforsten :-) Vielen Dank schonmal! Falls es noch Verbesserungsvorschläge oder Fragen gibt, würde ich mich freuen :-) Viele Grüße, Pascal
da die LEDs aber keinen Linearen wirkungsgrad haben, was hilft es dir da wenn du ein sauberen Sinus auf die LED gibtst aber die helligkeit der LED eh nicht sinusförmig wird?
@Peter II Er wird die LED sicher nicht bis 0V runterregeln, sonder schon im "eingeschalteten" Zustand den Sinus aufmodulieren.
LEDs haben einen linearen Bereich, in dem man mit einem geeigneten Vorstrom reinrutscht. In dem möchte ich auch arbeiten! Klar, der Spannungshub ist sehr klein, aber je nach LED ist die Strom bzw. Intensitätsänderung groß. Das selbe Problem hat man mit dem Laser im übrigen auch. Der arbeitet erst ab einem gewissen Schwellenstrom linear, dafür aber in einem wesentlich größeren Bereich. Edit: Wenn euch das Thema mit dem Messverfahren näher interessiert, kann ich regelmäßig Neuerungen posten.
@ Pascal O. (raven761) >LEDs haben einen linearen Bereich, Ja eben. > in dem man mit einem geeigneten >Vorstrom reinrutscht. Wozu Vorstrom? LEDs sind über recht weite Bereichziemlich linear. Einen Schwellenstrom braucht man nur bei Laserdioden. > In dem möchte ich auch arbeiten! Klar, der >Spannungshub ist sehr klein, aber je nach LED ist die Strom bzw. >Intensitätsänderung groß. Der Spannungshub ist vollkommen egal, es wird so oder so der STROM geregelt, mit einer 25MHz Konstantstromquelle, wahrscheinlich auf Basis eines Bipolartransistors. MFG Falk
Pascal O. schrieb: > > [Durchwegs verständliche Erklärung] > > U´(t = 0) = 2*pi*f*Û*cos(0) = 2*pi*25MHz*0,1V*1 = 64ns. Ich möchte nicht aus Besserwisserei darauf herumreiten. Aber wenn du dir LEDs mit tr<=64ns raussuchst, so werden diese unter Umständen* zu langsam sein. Dein Denkfehler wird dir vielleicht klarer, wenn du in der obigen Formel die richtigen Einheiten hinschreibst. Dann würde das Ergebnis nämlich 16E6V/s bzw. der Kehrwert 64ns/V lauten. So einen Wert wirst du in LED- oder Laser-Datenblättern nicht finden. *) Diesbezügliche Angaben in Datenblättern sind oft zu pessimistisch, da sie oft mit sehr einfachen Ansteuerschaltungen ermittelt werden. > > Also ich habe nichts gegen Laserdioden :-) Ich möchte nur aus > Kostengründen, Experimentierfreudigkeit und der einfacheren Ansteuerung > LEDs nutzen. Lustig. Ich würde den umgekehrten Weg gehen. Ich würde mit Laserdioden anfangen, da diese fast ebenso billig sind wie LEDs, einfacher angesteuert werden können und rasch gute Ergebnisse erzielen... Falls für eine Massenfertigung jeder Cent zählt oder Augensicherheit ein Thema ist, würde ich dann auf LED umdesignen. > Bei diesem Projekt soll mit einem Phasenvergleichsverfahren die > Entfernung (max. 3m) zu einem Objekt gemessen werden. Der Empfänger wird > eine PIN-Photodiode sein, die an einem Schwingkreis angeschlossen das > Signal empfangen soll. Durch die extreme Empfindlichkeit dieses Aufbaus, > sind selbst geringste Leistungen detektierbar und dadurch spart man sich > auch Filter zur Entstörung anderer Frequenzen (Leuchtstoffröhren, > Tageslicht usw.). In facto brauche ich nicht soviel Sendeleistung. OK. Nur ein Hinweis dazu: Filterung bedeutet auch Phasenverschiebung! Diese kann man natürlich kompensieren (fixe Phasenverschiebung dazuaddieren/subtrahieren, zweiten identischen Empfangskanal zur Generierung der Phasenreferenz vorsehen), aber die Kompensation wird nie 100%ig gelingen und von der Temperatur, der empfangenen Leistung (=Abstand), dem Hintergrundlicht (je nach Empfängerschaltung), etc. abhängen. Ich bin sicher, dass du damit einen netten Abstandssensor aufbauen kannst, aber erwarte dir keine extreme Messgenauigkeit...
>> 25MHz Konstantstromquelle > >Leider ist ein "1" zuviel im Datum... Aber du hast schon verstanden, was er gemeint hat??
@John Ja du hast Recht, ich habe die Einheiten nicht ganz richtig hingeschrieben und mir ist auch bewusst, dass ich solch eine Angabe nicht im Datenblatt finden werde. Aber es ist ein guter Richtwert für das, was ich suche. Allerdings ist mir grad nicht klar, wieso Laserdioden günstiger sind. Ich würde gerne lieber LD nutzen, nur habe ich bisher keine günstigen finden können (<5€). Kannst du mir eine gute Quelle nennen? Das wäre super! Falls das Projekt nämlich hinhaut, würde ich gerne eine Art LED/LD Array aufbauen, um ggf. Flächen auszumessen. An Polygonspiegel habe ich auch gedacht, aber ich würde am liebsten keine beweglichen Teile nutzen. Du hast schon Recht mit der Phasenverschiebung, darüber habe ich mir auch bereits Gedanken gemacht, da dies der Knackpunkt ist. Aber eine Filterung ruft doch nur eine Phasenverschiebung für Signale hervor, die gedämpft werden. Läge z.B. ein Bandpass genau auf 25MHz, so wird mein Nutzsignal nicht verschoben, oder? Wenn ich mich nicht irre, würden aber Störsignale trotz der Abdämpfung durchkommen und mein Signal verschmutzen/verrauschen. Dieses Problem könnte man mit Mittelung der Messungen ein wenig verringern. Die Genauigkeit soll 1cm betragen. Ich denke, dass dies hier schaffbar ist. Danke für die guten Hinweise!
Elena schrieb: >>> 25MHz Konstantstromquelle >> >>Leider ist ein "1" zuviel im Datum... > > Aber du hast schon verstanden, was er gemeint hat?? Ich kann's vermuten. Aber das ist nicht viel besser... Aber wieder zur techn. Seite: Wenn die Quelle hinreichend schnell ist (VCSEL, Kantenemitter-LD oder RCLED), reicht es diese mit einem (OHz) Konstantstrom zu versorgen. Parallel zur LED/LD schaltet man dann einen Transistor, welchen man mit 25MHz taktet. Simpelste Möglichkeit. Wenn's mit der Geschwindigkeit knapp wird, muss man für ein schnelleres Ein/Ausschalten Stromimpulse in die LED hineinjagen (Peaking). Oder man versorgt die LED mit Konstantstrom und steuert sie gleich niederohmig und kapazitiv gekoppelt an. So kann man auch ein einigermaßen brauchbares Sinussignal generieren - obwohl das für die genannte Anwendung vollkommen unnötig ist. Mit einem Pre-Equalizer kann man noch Bandbreite gewinnen, verliert aber (je nach Signal und Definition der LED-Grenzwerte) optische Ausgangsleistung.
Pascal O. schrieb: > > Allerdings ist mir grad nicht klar, wieso Laserdioden günstiger sind. > Ich würde gerne lieber LD nutzen, nur habe ich bisher keine günstigen > finden können (<5€). Kannst du mir eine gute Quelle nennen? Das wäre Nein. Aber über 5-50€ bei einem Einzelstück denke ich nicht groß nach. Sorry - da haben wir andere Herangehensweisen. > super! Falls das Projekt nämlich hinhaut, würde ich gerne eine Art > LED/LD Array aufbauen, um ggf. Flächen auszumessen. An Polygonspiegel > habe ich auch gedacht, aber ich würde am liebsten keine beweglichen > Teile nutzen. Das macht man überlicherweise "anders herum". Nämlich mit einem Fotodioden-Array. > Die Genauigkeit soll 1cm betragen. Ich denke, dass dies hier schaffbar > ist. Mein Kollege war gerade ein wenig verwundert, weil ich laut "Uff" von mir gegeben habe. OK, vielleicht <=10cm. Aber dafür musst du einen Referenzkanal verwenden; also einen gleichartigen Empfangskanal, in den du ein wenig Licht des Senders einkoppelst. Das Licht im Referenzkanal hat einen konstanten Pegel, das im Empfangskanal hängt von von der Entfernung ab. Daher müssen alle Baugruppen der Empfänger entweder eine hinreichend kleine oder eine von der Empfangsleistung unabhängige Phasenverschiebung haben.
>> super! Falls das Projekt nämlich hinhaut, würde ich gerne eine Art >> LED/LD Array aufbauen, um ggf. Flächen auszumessen. An Polygonspiegel >> habe ich auch gedacht, aber ich würde am liebsten keine beweglichen >> Teile nutzen. > > Das macht man überlicherweise "anders herum". Nämlich mit einem > Fotodioden-Array. Wieso andersherum? Ich schätze du meinst Triangulation. Aber wie kann ich mit einem Fotodiodenarray eine Fläche messen? Ich benötige trotzdem weiterhin eine Ausleuchtung der Fläche, ein einzelner Punkt bringt mir ja nichts. Aber das ist jetzt noch nicht das Ziel des ganzen, erst muss die Messung mit einer einzige Fotodiode funktionieren funktionieren. Wieso bist du skeptisch was die Genauigkeit angeht? Die Rückkopplung des Referenzsignals mit der gleichen Aufbauweise wie beim Empfänger ist mir bekannt, allerdings strebe ich an, den systematischen Fehler über die Kalibrierung wenigstens teilweise zu unterdrücken. Soweit ich weiß, sind mit der richtigen Nachverarbeitung sogar Messungen im mm-Bereich möglich. Die empfangene Leistung sollte auch nicht ausschlaggebend sein. Das Verfahren ist doch unabhängig von der Leistung. Ich könnte mir höchstens vorstellen, dass bei geringen Eingangsleistungen durch die größere Verstärkung mehr Rauschen dazukommt, was das SNR und somit die Genauigkeit verschlechtert. Ich strebe aufgrund des Bandbreitenproblems die Verwendung eines Sinus an. Ich weiß, dass auch ein Rechteckimpuls möglich sind, doch steigt das Rauschen im Produkt mit der Bandbreite an. Schonmal danke für die interessante Diskussion!
Hallo, ich habe inzwischen einen guten Händler finden können, der alle möglichen optischen Sendequellen vertreibt! Von RC-LEDs bis über normale LEDs, VCSel und Laserdioden. Die Preise und Datenblätter sind auch super! http://www.roithner-laser.com/ Viele Grüße, Pascal
Du kannst mal bei Optodiode schauen. Schnell sind auch die TSHF54xx - aber IR. Hamamatsu vielleicht noch.
Früher zu tiefsten DDR-Zeiten habe ich mal sowas ähnliches gemacht mit einer normalen LED, nur nicht so schnell. Dabei wurde die LED nicht komplett zum Leuchten gebracht sondern nur mit einem sehr kleinen Spannungspegel angesteuert. Damit waren dann schnelle Datenübertragungen möglich.
Mit Spannung wird das nix. Die muß natürlich stromgesteuert werden! Da es schwierig ist zum Entladen der internen Sperrschichtkapazität den Strom umzudrehen, kann es sinnvoll sein, das Teil mit einem Vorstrom zu betreiben.
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