Moin, ich habe mit Elektrotechnik noch nie viel zu tun gehabt und arbeite momentan an einem Messaufbau mit Fotodioden, die ich als Fotoelement betreiben will. Die Dioden sollen an verschiedenen Positionen Helligkeitswerte in Beträgen der Leerlaufspannung aufnehmen und später software-intern die Werte miteinander vergleichen. Als Dioden verwende ich testweise die BPW21 und BPX65 aufgrund des v-Lambda-Filters. Ich weiß, dass man zur Helligkeitsmessung üblicherweise den Sperrstrom abnimmt, da dieser eine gute Linearität zur Helligkeit besitzt, aber ich möchte so wenig elektronische Bauteile wie nur möglich verwenden.Daher auch die direkte Messwertaufnahme, die momentan noch über ein Multimeter erfolgt. Mein problem ist das datenblatt der Dioden. die mv/lux-Kennlinie der Leerlaufspannung geht nur bis zu einer Helligkeit von 1,3klux. Leider liegen meine zu messenden Werte zwichen 30 und 60klux. daher hab ich einige Messungen mit Ulbrichtkugel und den Dioden aufgestellt um eine neue Kennlinie in diesen Bereichen zu erstellen, die nur eine geringe Linearität aufweist und leider nicht in etwa die Steigung beschreibt, wie die Kennlinie im Datenblatt. Daher einige Fragen: - ist dieses Verhalten normal bei den hohen Helligkeitswerten? - gibt es Dioden in ähnlicher bauform die auf diese Helligkeit ausgerichtet sind (konnte bisher keine finden) - ist die Kennlinie logarithmisch betrachtet wirklich in hohen Potenzen linear wie es oft beschrieben wird? Vielen Dank für eure Hilfe!
Sonny schrieb: > - ist dieses Verhalten normal bei den hohen Helligkeitswerten? Irgendwo ist immer eine Grenze. Schon mal Graufilter zur Abschwächung davor getetstet oder Lastwiderstand oder hilft Brückenschaltung? http://de.wikipedia.org/wiki/Wheatstonesche_Messbr%C3%BCcke
Die Leerlaufspannung der Diode zu messen ist keine gute Idee, weil sehr temperturabhaengig. Warum nimmst Du nicht Dein Multimeter, klemmst eine 9V Batterie in Serie mit der Diode (aufpassen, Diode muss in Sperrrichtung betrieben werden) , misst den Strom und das wars? 60kLux sind 600uA Sperrstrom bei der BPX65.
Momentan nehmen mehrere Dioden gleichzeitig die Helligkeit einer punktförmigen Lichtquelle auf und ein angeschlossenes System soll dann die Werte vergleichen. Da müsste man mal schauen, inwieweit sich da eine Stromversorgung realisieren lassen kann. generell wollte ich versuchen von mikrocontroller-schaltungen Abstand nehmen..daher auch die Voraussetzung so wenig Bauteile wie möglich zu verwenden. Aber eine zusätzliche Stromquelle müsste eigentlich noch drin sein...dumme frage: wenn ich eine 9V-Batterie mit der Diode in Serie schalte...bedeutet das nicht auch eine Parallelschaltung der Batterie und der Diode? oder stehe ich da gerade total auf dem Schlauch? Die Messzeit beträgt nur wenige Sekunden. Vielleicht kann man daher die Temperaturanfälligkeit bei einer Leerlaufspannungsmessung vernachlässigen.(?) wieweit kann ich denn meine Leerlaufspannungenskennlinien die ich ermittelt habe überhaupt noch nutzen? ist es generell möglich damit eine Vergleichsmessung anzuwenden? schon mal vielen Dank für die schnellen Antworten!
>>bedeutet das >>nicht auch eine Parallelschaltung der Batterie und der Diode? oder stehe >>ich da gerade total auf dem Schlauch? im Prinzip ja. Und nun denk Dir statt des einen Drahtes der die Parallelschaltung bewerkstelligt das Multimeter. Wenn Dir der Absolutwert der Lichtstaerke egal ist und Du nur zeitliche Differenzen messen willst (allerdings gibt es auch womoeglich Temperaturdifferenzen) kann nimm um Gottes Will die Spannung an der Diode ab. Wenn Du dafuer ein Multimeter einsetzt dann sehe ich aber nicht ein warum man dann nicht die Strommessung nehmen sollte. >>wieweit kann ich denn meine Leerlaufspannungenskennlinien die ich >>ermittelt habe überhaupt noch nutzen? Nur wenn Du einen Temperatursensor daneben stellst. Also nimm den Strom, der ist linear, nicht so temperaturabhaengig. machen alle Anderen auch.
Alles klar..wird gemacht... Aber ich fürchte ohne Verstärker komme ich nicht weit...Habe zum jetzigen Zeitpunkt nur ein Multimeter (Fluke 179) zur Verfügung. Wir schwer damit bei 10klux den Strom zu messen. Später soll Hardware von National Instruments verwendet werden..da bin ich noch auf der Suche. Hat vielleicht noch jemand einen Tipp was ich jetzt udn später zum messen benutzen kann? DANKE!
Aaaaahhhhh, National Instruments, ... dann kannste gleich einen Strick holen gehen. Was ist so schwierig einen Strom zu messen ? Der Bereich ist ja eher klein. Ein Verhaeltnis von 5:1. Ein AVR Mega32 ist gut fuer 8 kanaele. Dann noch eine serielle Schnittstelle und gut ist.
Na auf den Strick kann ich gut verzichten ;) Aber 8 Kanäle werden nicht ausreichen, weil ich parallel 9 Dioden bemessen will um die werte danach miteinander zu vergleichen...mache sowas zum ersten Mal...habt bitte Nachsicht ;)
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Vielleicht hilft für die vorläufigen Messungen mit dem Multimeter die im Anhang gezeigte primitive Schaltung weiter. Statt den Strom direkt zu messen misst du einfach den Spannungsabfall über einem Widerstand. Bei maximal 60 klx und einem typischen Wert von 10 nA/lx bei der BPW21 passt 1 kOhm zum 600 mV Messbereich deines Multimeters. Um etwas flexibler zu sein und unteschiedliche Empfindlichkeiten mehrerer Fotodioden ausgleichen zu können habe ich statt des Festwiderstandes einen 2k Spindeltrimmer eingezeichnet.
Das sieht doch super aus...Danke!...Kann ich dann aus der Spannungsabfall-Kurve die ich dann bei verschiedenen Helligkeiten erhalte den Sperrstrom herausrechnen um dann die Linearität zur Sperrstrom-Kennlinie im Datenblatt der Diode zu Überprüfen?
Nimm einen OPV. Beschalte ihn als Transimpedanz-Verstärker (Strom-Spannungswandler) und miß damit. Die Temperaturprobs sind dadurch wesentlich gelöst. Rauschärmer geht es, wenn der Transimpedanzverstärker als Brücke mit einem Instrumentenverstärker aufgebaut wird durch die doppelte Ausgangsspannung (z. B. INA 111).
Guten Morgen...also wird jetzt ein OPV gekauft. werde bei reichelt bestellen, aber bin bei der Auswahl ein wenig überfordert =( Habt ihr für mich noch eine Hilfestellung parat? Eine Schaltung werde ich (hoffentlich) noch hier in einem Forum finden... Danke!
Der OPV sollte ein niedriges Stromrauschen! (ca. 5 pA/sqrt(HZ)) (Spannungsrauschen rel. unwichtig) haben, das unterhalb des Dunkelstromes der PhotoDiode liegt. Sollten schnelle Signale zu übertragen sein, empfiehlt sich eine große Signalbadnbreite im MHz-Bereich (wegen der hohen Verstärkung). Meist erfüllen spezielle Videoverstärker oder aber OTAs diese Anforderungen. Gängig ist der LMH 6611 von National. Dazu wirst Du noch einen sehr hochohmigen Gegenkopplungswiderstand brauchen (> 10 Megaohm->RS). Die gesamte Schaltung ist in ein geschirmtes Gehäuse einzubauen, da hier Ströme bis in den fA-Bereich zu verstärken sind. Als Schaltung einfach mal nach Transimpedanzverstärker schauen oder hier: www.national.com/nationaledge/files/national_AN-1803.pdf
Danke für die Hilfe.... ich habe eben mal die Schaltung von Stefan mit dem 2k Widerstand aufgbaut und hab da ein paar Verständnisfragen: Der Wert den ich über das Multimeter abnehme liegt jetzt lichtabhängig zwischen 0 und 25 mV bei bewölkten Himmel. Allerdings macht es wertetechnisch keinen unterschied ob ich die externe Spannungsquelle angeschaltet habe oder nicht. Ist das normal oder habe ich da etwas falsch gebaut? entschuldigt bitte diese doofen Fragen, aber ich steh da gewaltig auf dem Schlauch und komme nicht vorwärts =(
Arne R. schrieb: > Danke für die Hilfe.... > > ich habe eben mal die Schaltung von Stefan mit dem 2k Widerstand > aufgbaut und hab da ein paar Verständnisfragen: > > Der Wert den ich über das Multimeter abnehme liegt jetzt lichtabhängig > zwischen 0 und 25 mV bei bewölkten Himmel. Allerdings macht es keinen > unterschied ob ich die externe Spannungsquelle angeschaltet habe oder > nicht. > > Ist das normal oder habe ich da etwas falsch gebaut? entschuldigt bitte > diese doofen Fragen, aber ich steh da gewaltig auf dem Schlauch =( Welche Schaltung? Gruss Harald
Arne R. schrieb: > diese oben im Thread: > > http://www.mikrocontroller.net/attachment/109639/B... > > gruß, Arne Ich dachte, Du hättest inzwischen einen OPV eingebaut. Gruss Harald
Nein..leider nicht...ich habe noch keinen organisieren können und muss vorerst mit dem Spannungsabfall über den Widerstand zurecht kommen...Nur verstehe ich das Wirkprinzp dieser Messart noch nicht so recht =( Ich messe zwar Werte die in meine Skalierung passen und die auch temperaturunabhängige Ergebnisse liefern, aber ich will das auch verstehen ;)
Arne R. schrieb: > Nein..leider nicht...ich habe noch keinen organisieren können und muss > vorerst mit dem Spannungsabfall über den Widerstand zurecht kommen...Nur > verstehe ich das Wirkprinzp dieser Messart noch nicht so recht =( > > Ich messe zwar Werte die in meine Skalierung passen und die auch > temperaturunabhängige Ergebnisse liefern, aber ich will das auch > verstehen ;) Du wandelst mit der Schaltung, allerdings etwas unvollkommen, den Strom in eine Spannung um. Ein OPV kann diese Aufgabe wesentlich vollkommener erledigen. :-) Da Du ja, wenn ich richtig verstanden habe, sehr grosse Signale verarbeiten willst, brauchst Du dir um solche Sachen wie Dunkel- stromkompensation und Offsetspannungsdrift keine Gedanken zu machen. Du brauchst nur leihweise ein kalibriertes Meßinstrument, mit dem Du Deinen eigenen Meßaufbau kalibrieren kannst. Gruss Harald
Guten Morgen, ich habe nun ein paar Messreihen durchgeführt (Widerstand 1,9kOhm / Sperrspannung 5V) und komme bei der Erstellung meiner Kennlinie nicht so ganz zurecht...und zwar verhält sich die Diode BPX65 hinsichtlich der Fotoempfindlichkeit wie erwartet: Bei 3300lux messe ich einen Spannungsabfall von 75,2mV. Bei einem Widerstand von 1.9kOhm müsste das einen Sperrstrom von 39,6µA ergeben. umgerechnet ergibt sich daher eine Abhängigkeit von 12 nA/lx. Das stimmt in etwa mit der Kennlinie der Diode überein. Mit der BPW21 komme ich aber auf ganz andere Ergebnisse. Da erhalte ich bei 3300lux einen Spannungsabfall von 588mV. Im ersten Moment habe ich den hohen Wert auf die größere Sensorfläche der Diode geschoben, aber die Sperrstromkennlinien sind bei beiden Dioden im Datenblatt identisch...heißt also dass ich bei der BPW21 eine Fotoempfindlichkeit messe, die fast 10mal so hoch ist...kann mir das jemand erklären? Die (Umrechnungsfaktoren waren bei allen Werten gleich) Gruß, Sonny
Hallo nochmal, das Verhalten der Dioden zueinander konnte ich inzwischen klären. Lag an den verschiedenen Wellenlängen-maxima. Aber mit den daraus errechneten Kennlinien komme ich nicht zurecht. Die sind einfach nicht linear abzubilden. Wenn ich den Sperrstrom(y_Achse) gegen die Helligkeit (X-achse] auswerte bekomme ich annähernd ein Polynom 3. Grades, welches sich nicht direkt invertieren lässt um dann später aus den gemessenen Strömen die Lux-Werte abzuleiten. Wenn ich aus der Trendlinie die Gleichung herleite und mit dieser versuche die bekannte Kennlinie zu reproduzieren, geht das auch ziemlich schief...liegt das an den Dioden? Ist es doch so, dass in den hohen klux Bereichen die Diode messtechnisch an ihre Grenzen gelangt? Wäre über Eure Hilfe sehr dankbar!!!
Was für eine Lichtquelle nutzt du für für die Aufnahme der Kennlinie und wie regelst und misst du die Helligkeit?
Arne R. schrieb: > Spannungsabfall von 588mV Mißt du einen ähnlich hohen Wert auch bei niedriger Lichtintensität? Das würde bedeuten, dass die Diode falsch gepolt ist. ;-) Zeig doch mal die Kurve.
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Im Anhang findet ihr die Kennlinie. Die 588 IST der Wert bei niedriger Intensität. Ich bin inzwischen auch darauf gekommen, dass ich die Diode falsch gepolt haben muss. Die Spannungsabfälle waren einfach zu gering um sie auslesen zu können. Mir wurde bei vermeintlich falscher Polung ein Spannungswert über den Widerstand von 4,3xx V angezeigt,der sich bei Lichteinfalländerungen nicht signifikant verändert hat. Also habe ich dann die Diode umgedreht und deutlich licht-abhängige Werte gemessen...aber dabei unwissenderweise nicht mehr den Sperrbetrieb genutzt...aber hinterher ist man ja immer schlauer.. Bin jetzt auch endlich dazu gekommen mir einen OP zu besorgen und werde heute Abend oder morgen eine neue Messschaltung aufbauen um den Sperrstrom direkt abzugreifen. Geht ja so nicht weiter ;-) als Lichtquelle dient ein Xenon-Kaltlichtprojektor mit 14 verschiedenen Helligkeitsstufen, die ich mittels Ulbrichtkugel und angeschlossenem Luxmeter ausgemessen habe. Daraus habe ich 6 Stufen gewählt um die [klux]-Bandbreite abzudecken.
Bei so hohen Spannungsabfällen über dem Widerstand wird's mit dieser einfachen Schaltung natürlich stark nichtlinear. Bei Dunkelheit liegt die vollen 5 V als Sperrspannug über der Diode. Wenn aber die Diode so sark beleuchtet wird, dass über dem Widerstand mehre Volt abfallen bleibt nur noch entsprechend weniger als Sperrpannug übrig. Bis zu vielleicht (einigen) hundert Millivolt Spannung am Widerstand sollte die Nichlinearitat nicht allzu groß sein. Wenn die Spannung mit dem 1,9 kOhm Widerstand (sind das wirklich 1,9 kOhm, den Wert gibts in keiner der üblichen Widerstandsreihen?) so hoch ist nimm einen kleineren Widerstand. Mit Transimpedanz-Verstärker geht's natürlich noch besser weil dann die Spannung über der Diode konstant Null ist.
Also die 4,3xx V erkläre ich mir mit dem normalen Spannungsabfall über einen Kreis mit einer Diode mit dem Wert 0,7V (soweit hat mir ein Kollege das erzählt..angeblich verhalten sich alle Dioden so.) Also bleibt mir als lichtabhängiger Abfall die Schwankung im Bereich +-ö 4,3 Volt zu messen, die aber so gering, bzw gar nicht messbar war, dass ich den Eindruck hatte, die Schaltung wäre soweit im eimer... Die 1,9kOhm kommen aus einer reihenschaltung von einem 1,5k Ohm Wiederstand und einem 500 Ohm Trimmer.Daher der Wert. die neue Messchaltung mache ich morgen...mal sehen ob das besser funktioniert!
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Aaaalso: ich habe mir von einem Kollegen eine Schaltung mit einem OP auslegen lassen und die mal aufgebaut. Nun messe ich mit einer LED-Taschenlampe im Wechsel mit einem sehr bewölkten Himmel testweise bei vermeintlich richtig gepolter Diode helligkeitsabhängig zwischen 4,2 und 4,7 mV. ist die Diode nicht angeschlossen messe ich 2,4mV.Die abgedeckte Diode misst 2,3mV Drehe ich die Polung der Diode um habe ich sehr stark lichtabhängige Schwankungen die auch offensichtlich von der Betriebspannung des OP´s abhängig sind. Damit bekomme ich Werte zwischen 0,8V und 3,7V. Wenn ich die Diode abdecke oder aus dem Stromkreis nehme, geht die Spannung ebenfalls auf 2,3mV. Bin mir unsicher welche Ausrichtung nun richtig ist =( Möchte nicht noch eine umfangreiche Messreihe in den Sand setzen. Ach ja...einer sagte vorher, dass die Spannung über der Diode konstant 0 sein soll...das ist niemals der Fall, egal wie rum ich die Diode pole ...
Die Schaltung würde ich mal als mmh.. "ungewöhnlich" bezeichnen. Wozu sind Widerstand und Poti zwischen der PD und dem OP gut. Normalerweise (tm) würde man den so aufbauen: http://www.mikrocontroller.net/articles/Lichtsensor_/_Helligkeitssensor#Konstantstromquelle_mit_Transimpedanzverst.C3.A4rker
Ich glaube, das war in Anlehnung an eine Verstärkerschaltung aus Wikipedia...werde mal eine zweite Schaltung nach den von dir geposteten Prinzip aufbauen und das gegenprüfen. Mal schauen was dabei rauskommt. Kannst du mir noch sagen, wie ich den kapazitiven Widerstand dimensionieren sollte? Bin da nicht so fit =( Gruß
Arne R. schrieb: > Kannst du mir noch sagen, wie ich den kapazitiven Widerstand > dimensionieren sollte? Der Kondensator C1 bildet mit dem Widerstand R1 einen Tiefpass (Formel für die Grenzfrequenz f_3dB steht direkt unter der Schaltung). Die Dimensionierung hängt also von Geschwindigkeit der zu messenden Helligkeitsschwankungen ab und muß auch zu deiner Abtastfrequenz passen.
Erstmal Danke für die schnelle Antwort! über die Frequenzen hab ich mir noch gar keine Gedanken gemacht. Letztenendes haben die Sensoren ein paar Sekunden Zeit zum Messen, da sich die Lichtquelle selbst noch einpendeln muss. Bisher habe ich immer etwa 5 Sekunden verstreichen lassen und darauf den Mittelwert der Helligkeit aus einem Zeitfenster von 5 Sekunden mit dem Multimeter bilden lassen. Würde also sagen, dass daher genügend zeit vorhanden ist...hilft mir das bei der Dimensionierung?
Hallo..ich mal wieder...ich habe das Projekt mal wieder rausgekramt und will endlich weiter kommen...inzwischen habe ich mir von NI einen datenaufnehmer organisiert (NI-USB 6363) und auch ein LabView Tool gebastelt, das die Werte aufnimmt. Strom-Spannungs-Schaltung mit LM324 und R=2,7k ist auch vorhanden und die Diode (BPW21 und BPX65) sind in Sperrrichtung eingesetzt... Ergebisse sind aber schwer zu deuten...messe ich ohne angeschalteten OPV gibt es Werete im -400mV Bereich..heißt für mich dass ich die Diode richtig eingesetzt habe und in Sperrrichtung betreibe oder? (Beleuchtet von einer LED-Taschenlampe) schalte ich die 5V Stromversorgung zu pendelt sich der Wert (Frequenz 1kHz;1000 Samples, Messwert wird aus den Samples gemittelt) irgendwo bei 56mV ein. Ein Multimeter (Fluke179) misst bei der selben Diode aber knappe 26mV mehr. Besonders ratlos bin ich aber bei der Auswertung der Samples. Wenn ich mir den zeitlichen Verlauf grafisch anschaue habe ich Amplituden die über den gesamten Zeitraum mit verschiedenen Stärken zwischen 10mV und 120mV laufen. Pole ich die Diode um, habe ich ein "stabiles" Signal mit sehr geringer Amplitude aber eine laut Schaltung falsch gepolte Diode...das kann dann doch auch nicht richtig sein um einen linearen Helligkeitsverlauf messen zu können.... Vielleicht könnt ihr mir ja helfen...Komme da einfach nicht weiter =(
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