Вот в этом и беда, даже, можно сказать, трагедия лазеров от DVD. Нужно состряпать сложнейший блок управления или все время проверять спектр, даже во время экспозиции (хотя бы отражением от стеклянной пластинки).
Для Gallа - недавно посмотрел запасной фотоприемник OPT - а он оказался вообще без инструкции. Может, отсканируете график его чувствительности - многим полезен будет.
Мои начинания
-
Gall
Мои начинания
Вот фирменный Datasheet с графиками:
http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/opt101.pdf
Внимание, в документации опечатка - неверно пересчитана чувствительность в А/(мВт/см^2). Верить нужно значению в А/Вт и пересчитывать самостоятельно.
http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/opt101.pdf
Внимание, в документации опечатка - неверно пересчитана чувствительность в А/(мВт/см^2). Верить нужно значению в А/Вт и пересчитывать самостоятельно.
-
holos
Мои начинания
Типичная кремниевая структура. У ФД7к чувствительность около 0,3 мкА/мкВт, для фотодиода OPT - 0,45 мкА/мкВт (перешел к удобоваримым размерностям). Немного лучше. Если учесть площадь фотодиода – 0,052 кв. см, удельная светочувствительность по напряжению (т. е. какое напряжение создается на выходе усилителя при освещении 1 кв. см фотопластинки) на выходе операционного усилителя будет равна [0,45 (В/мкВт)]/0,052 = 8,65 В/(мкВт*кв.см). Очень неплохо, но хотелось бы узнать, каков все же коэффициент усиления усилителя и каковы будут пересчетные коэффициенты. Обратимся к важному условию измерения параметров OPT, а именно к значению сопротивления нагрузки.
В первой строчке спецификации находим R = 10 кОм. Тогда 1 вольт сигнала на выходе усилителя создаст ток через нагрузку I = V/R = 100 мкА, а 0,45 вольт создадут ток 45 мкА, следовательно, токовая чувствительность на выходе операционного усилителя будет равна 45 мкА/(мкВт). Сравниваем с чувствительностью фотодиода и видим, что коэффициент усиления равен 100. Тоже неплохо, хотя могло быть и побольше. Ну, а что же с удельной токовой чувствительностью? Получается, тоже, в 100 раз больше, чем у самого фотодиода, т. е., 865 мкА/(мкВт*кв. см). В спецификации действительно опечатка, но только в единицах измерения этого параметра.
А сейчас, самое важное – как все-таки правильно измерять освещенность голограммы этой игрушкой? Можно измерять освещенность по выходному току усилителя и по выходному напряжению. Рассмотрим оба варианта.
Измерение по току. Мне он, лично более импонирует из-за более высокой точности измерения и независимости от выходных нагрузок, хотя, по-видимому, все прелести операционного усилителя не используются на 100%. Нужно просто в цепь стандартной нагрузки 10 кОм последовательно включить микроамперметр с низким сопротивлением (а у микроамперметров и амперметров вообще, как правило, собственные сопротивления очень низкие).
Для токовой чувствительности S = 45 мкА/мкВт и площади фотодиода A = 0,052 кв. см пересчетный коэффициент К будет равен 0,43 мкВт/(мкА*кв. см) (методика его расчета приведена в Уроке № 7 раздела «25 уроков голографии» http://www.holography.ru/les7rus.htm). В чем прелесть пересчетного коэффициента? В том, что замерив ток и умножив его значение на пересчетный коэффициент, мы СРАЗУ получаем величину удельной освещенности голограммы в данной точке. А от известного значения освещенности до расчета времени экспозиции – рукой подать (см. тот же урок).
Например, при токе через нагрузку 100 мкА мы получим значение освещенности 43 мкВт/кв.см. Это близко к освещенности голограммы в схеме Денисюка для He-Ne лазера. В моей схеме копирования с пропускающей голограммы на отражающую голограмму, освещенность находится в пределах от 5 до 10 мкВт/кв.см.
Теперь об измерении по напряжению. Тут возникает опасность уменьшения точности измерения, если входное сопротивление вольтметра отличается от заданного значения сопротивления нагрузки (10 кОм). Тогда режим работы операционного усилителя изменится, и говорить о паспортной чувствительности уже не приходится. Например, опасно подключать обычные универсальные тестеры – у них может быть сильный разброс входных сопротивлений. Выход один – шунтировать выход операционного усилителя сопротивлением 10 кОм и подключать вольтметры с заведомо большим входным сопротивлением (сотни и тысячи кОм). Для измерительной головки, описанной в статье «Самодельный измеритель освещенности фотопластинки» в разделе «Публикации» http://www.holography.ru/files/hollum.htm входное сопротивление равно 1 мОм, что более чем достаточно для точного измерения.
Для такого случая можно определить и пересчетный коэффициент К = 43 мкВт/(В*кв.см). Если, например, при измерении освещенности мы получили 1 В на выходе усилителя, значит, освещенность опять будет равна 43 мкВт/кв. см.
И будем надеяться, что заявленный разброс значений параметров прибора от Unit to Unit не будет превышать 5%.
В первой строчке спецификации находим R = 10 кОм. Тогда 1 вольт сигнала на выходе усилителя создаст ток через нагрузку I = V/R = 100 мкА, а 0,45 вольт создадут ток 45 мкА, следовательно, токовая чувствительность на выходе операционного усилителя будет равна 45 мкА/(мкВт). Сравниваем с чувствительностью фотодиода и видим, что коэффициент усиления равен 100. Тоже неплохо, хотя могло быть и побольше. Ну, а что же с удельной токовой чувствительностью? Получается, тоже, в 100 раз больше, чем у самого фотодиода, т. е., 865 мкА/(мкВт*кв. см). В спецификации действительно опечатка, но только в единицах измерения этого параметра.
А сейчас, самое важное – как все-таки правильно измерять освещенность голограммы этой игрушкой? Можно измерять освещенность по выходному току усилителя и по выходному напряжению. Рассмотрим оба варианта.
Измерение по току. Мне он, лично более импонирует из-за более высокой точности измерения и независимости от выходных нагрузок, хотя, по-видимому, все прелести операционного усилителя не используются на 100%. Нужно просто в цепь стандартной нагрузки 10 кОм последовательно включить микроамперметр с низким сопротивлением (а у микроамперметров и амперметров вообще, как правило, собственные сопротивления очень низкие).
Для токовой чувствительности S = 45 мкА/мкВт и площади фотодиода A = 0,052 кв. см пересчетный коэффициент К будет равен 0,43 мкВт/(мкА*кв. см) (методика его расчета приведена в Уроке № 7 раздела «25 уроков голографии» http://www.holography.ru/les7rus.htm). В чем прелесть пересчетного коэффициента? В том, что замерив ток и умножив его значение на пересчетный коэффициент, мы СРАЗУ получаем величину удельной освещенности голограммы в данной точке. А от известного значения освещенности до расчета времени экспозиции – рукой подать (см. тот же урок).
Например, при токе через нагрузку 100 мкА мы получим значение освещенности 43 мкВт/кв.см. Это близко к освещенности голограммы в схеме Денисюка для He-Ne лазера. В моей схеме копирования с пропускающей голограммы на отражающую голограмму, освещенность находится в пределах от 5 до 10 мкВт/кв.см.
Теперь об измерении по напряжению. Тут возникает опасность уменьшения точности измерения, если входное сопротивление вольтметра отличается от заданного значения сопротивления нагрузки (10 кОм). Тогда режим работы операционного усилителя изменится, и говорить о паспортной чувствительности уже не приходится. Например, опасно подключать обычные универсальные тестеры – у них может быть сильный разброс входных сопротивлений. Выход один – шунтировать выход операционного усилителя сопротивлением 10 кОм и подключать вольтметры с заведомо большим входным сопротивлением (сотни и тысячи кОм). Для измерительной головки, описанной в статье «Самодельный измеритель освещенности фотопластинки» в разделе «Публикации» http://www.holography.ru/files/hollum.htm входное сопротивление равно 1 мОм, что более чем достаточно для точного измерения.
Для такого случая можно определить и пересчетный коэффициент К = 43 мкВт/(В*кв.см). Если, например, при измерении освещенности мы получили 1 В на выходе усилителя, значит, освещенность опять будет равна 43 мкВт/кв. см.
И будем надеяться, что заявленный разброс значений параметров прибора от Unit to Unit не будет превышать 5%.
-
holos
Мои начинания
Нет, все-таки со значением удельной чувствительности фотодиода в спецификации присутствует какая-то заморочка. Я получил значение 865 мкА/(мкВт*кв.см) для ВЫХОДА операционного усилителя. Для фотодиода этот показатель будет в сто раз меньше, 8,65 мкА/(мкВт*кв.см). Если ошибка есть, то это не очень хорошо для такой солидной фирмы, если нет, то пусть меня поправят.
-
Игорь
Мои начинания
А почему операционны усилитель именно 100 раз?.. Может там другое усиление. Тогда производитель указал всё правильно.
-
holos
Мои начинания
По данным из спецификации получается коэффициент усиления 100. Все расчеты я привел в предыдущей заметке.
Но вот что меня сильно смущает. В статье «Самодельный измеритель освещенности» у меня получился пересчетный коэффициент (путем сравнения с калиброванной парой ФД7к + Ф195) равный 4 мкВт/(В*кв.см) (!?). А расчетный коэффициент получился равным 43 мкВт/(В*кв.см). Немыслимо разные значения.
Я еще раз перечитал статью и нашел в ней небольшую ошибку. Предел измерения вольтметра не 20 В, а всего 5-1 = 4 В. 5 вольт дает блок питания, из этого напряжения вычитается один вольт согласно той же спецификации. Т. е. коэффициент 4 получился как бы для относительного предела измерений в 20 у. е. (не путать с вечнозелеными). В чем и преимущество калибровки методом сравнения – значения «делений» не так важны, важно их количество. Но можно перейти и непосредственно к вольтам. Раз для 20 условных вольт коэффициент получился равным 4, то для реального предела 4 вольта он будет в пять раз больше (чувствительность вольтметра как бы возросла). т. е. 20 мкВ/(В*кв.см). Получили величину пересчетного коэффициента уже в два раза меньшую расчетной. Полегчало, но все равно до полного спокойствия еще далеко. Такую разницу между расчетным коэффициентом и коэффициентом, полученным методом калибровки случайной не назовешь. Где-то еще скрыта причина ошибки
Но вот что меня сильно смущает. В статье «Самодельный измеритель освещенности» у меня получился пересчетный коэффициент (путем сравнения с калиброванной парой ФД7к + Ф195) равный 4 мкВт/(В*кв.см) (!?). А расчетный коэффициент получился равным 43 мкВт/(В*кв.см). Немыслимо разные значения.
Я еще раз перечитал статью и нашел в ней небольшую ошибку. Предел измерения вольтметра не 20 В, а всего 5-1 = 4 В. 5 вольт дает блок питания, из этого напряжения вычитается один вольт согласно той же спецификации. Т. е. коэффициент 4 получился как бы для относительного предела измерений в 20 у. е. (не путать с вечнозелеными). В чем и преимущество калибровки методом сравнения – значения «делений» не так важны, важно их количество. Но можно перейти и непосредственно к вольтам. Раз для 20 условных вольт коэффициент получился равным 4, то для реального предела 4 вольта он будет в пять раз больше (чувствительность вольтметра как бы возросла). т. е. 20 мкВ/(В*кв.см). Получили величину пересчетного коэффициента уже в два раза меньшую расчетной. Полегчало, но все равно до полного спокойствия еще далеко. Такую разницу между расчетным коэффициентом и коэффициентом, полученным методом калибровки случайной не назовешь. Где-то еще скрыта причина ошибки
-
holos
Мои начинания
Для полноты картины хочу написать, уважаемые коллеги, как я калибровал свой фотодиод ФД7к. Может, эта информация будет кому-нибудь полезной.
В старо-давние, совково-застойные времена каждый более-менее солидный НИИ имел метрологический отдел, в котором была лаборатория поверки измерительных приборов, а в ней, учитывая уже нашу специфику, была группа поверки оптических измерительных приборов. Жизнь тогда текла спокойно и без проблем. Был график поверки всех взятых в отделе приборов (вольтметры, амперметры, осциллографы, усилители, и т.д.). Тебе вежливо звонили каждый месяц (квартал, полугодие…), чтобы принести прибор на поверку, и через день-другой выдавали с поверочным протоколом. Можно было спокойно работать дальше, уверенным в своих измерениях.
С оптическими измерениями тогда было туговато. Туговато с фотоприемниками. ФЭУ, селеновый фотоэлемент, вот и все. ФЭУ, сами понимаете, штука сложная и предельно чувствительная, его мы не использовали. Ну, а селеновый фотоэлемент выдавал слабый ток и дикую нелинейность. Его нагружали на зеркально-гальванический микроамперметр М95. По его шкале бегал зайчик от зеркала, подвешенного на тоненькой проволоке, которое отклонялось магнитным полем от проходящего фототока. Прибор был очень нежным, от малейшего сотрясения зайчик покидал пределы шкалы, и приходилось долго его искать. К микроамперметру прилагались графики зависимости тока от освещенности фотоэлемента - живописные кривые для каждого предела измерения, демонстрирующие выдающиеся нелинейные способности селенового фотоэлемента. Ты меряешь ток гальванометра, потом, по графику, определяешь освещенность. Тоска зеленая.
Мне, тогда еще молодому специалисту, все это очень не нравилось, и я стал искать другие способы измерения. К счастью для меня, в то время (конец семидесятых) стали появляться кремниевые и германиевые ФОТОДИОДЫ, а существующая система снабжения в НИИ позволяла, не без настырности со стороны разработчиков, доставать эти и другие новинки электронной промышленности (наш институт входил в это министерство). Кстати, тогда же появились и первые лазерные диоды, исключительно инфракрасные.
Вообще, в течении всей работы в институте (кроме последних двух лет – времени начала фатального развала) меня поражала наша система снабжения. При окладе в 160 руб. я мог, при наличии любой темы – поисковый НИР (самый благодатный вид работы – исследуешь все, что хочешь, в рамках заданной темы, а в отчете только указываешь РЕКОМЕНДАЦИИ для последующего НИРа), НИР или ОКР, я мог заказать любой прибор, иногда, за очень приличные деньги, и мне его ДОСТАВАЛИ. Как списывались деньги за приборы – для меня была загадка. За несколько лет моя измерительная комната в лаборатории была до потолка заставлена различными, очень полезными, порой, очень дефицитными приборами, например, спектрально-вычислительный комплекс КСВУ-23 или один из первых отечественных «персональных» компьютеров, ДВК-2. Впрочем, я отвлекся.
За довольно короткий срок у меня уже появилось около десятка разных фотодиодов и фотосопротивлений (есть и такой вид фотоприемников). Начались их испытания. В начале все было не очень радужно – фотодиоды имели очень маленькие светочувствительные площадки и линейность их была тоже не на высоте. Но, в конце концов, повезло – на заводе «Сапфир» мне достали пару кремниевых фотодиодов ФД7к (для военных целей эти фотодиоды именовались, как ФД24к).
Мне он сразу понравился – и площадка была более чем достаточной, и чувствительность неплохая. Но линейность на гальванометре М95 было не очень хорошей. Тут опять повезло – уже в нашем метрологическом отделе достал современный микроамперметр Ф195. Он имел встроенный усилитель и мог измерять токи до десятков наноампер по обычной, стрелочной, шкале. Первые же эксперименты показали – это то, что надо! Измерение фототока было линейным практически на всех пределах, даже в фотогальваническом режиме, т.е., без подачи на фотодиод питающего напряжения. Можно было приступить и к более серьезным измерениям – калибровке фотодиода для измерения мощности лазера.
Для калибровки нужны прямой измеритель мощности лазера и нейтральные светофильтры. Измеритель мощности у меня уже был – ИМО-2, тогда такой же распространенный, как He-Ne лазер ЛГ-38. Тоже с гальванической системой, зайчиком, но с системой автокалибровки. Принцип калибровки очень простой – сначала измеряешь мощность лазера с помощью ИМО-2, потом фотодиодом. Так как чувствительность фотодиода высокая, необходимо ослабление лазерного пучка светофильтрами. Принцип простой, но, как всегда, утомляют детали. Во-первых, на измеритель мощности и фотодиод должен падать СТРОГО один и тот же пучок лазера. Вот где сказалось преимущество фотодиода ФД7к с его большой светочувствительной поверхностью, не надо было придумывать способы фокусировки лазерного пучка с неизбежной потерей точности измерения. Но вот со светофильтрами пришлось повозиться. Нужно было как можно более точно измерить кратность их ослабления. В метрологическом отделе мне помогли, но я подстраховался и дополнительно замерил кратности светофильтров у моего товарища, обладающего уникальным спектрофотометром СФ-18 (я так его себе и не пробил). Это спектрофотометр может измерять коэффициенты отражения и пропускания как прозрачных, так и диффузных объектов. Для этого он снабжен измерительной сферой, имеющей изнутри идеальную белую поверхность из двуокиси бария, захватывающей весь рассеянный световой поток. К тому же очень точная электроника и вывод спектра отражения (пропускания) в виде очень приличного графика.
Почему такое внимание к светофильтрам? Потому, что для нужного подавления интенсивности пучка их пришлось использовать несколько штук, а, как известно, ошибка измерения увеличивается с увеличением входящих в измерительную схему компонентов пропорционально их количеству. Тут никуда не денешься. Точность измерения складывается из степени стабильности мощности лазера, точности измерения мощности лазера прибором ИМО-2, точности измерения фототока прибором Ф195, точности измерения кратности ослабления светофильтров, степени однородности чувствительности по площади фотодиода. Можно еще подумать и о температуре в помещении, влажности, напряжении в сети и т.д., но я не буду утомлять вас такими тонкостями.
Теперь вы понимаете, что суммарная точность оптических измерений в 20% считается вполне приемлемой.
Итак, переходим к калибровке. Расставляем все приборы по местам, прогреваем, устанавливаем нули на шкалах и выключаем свет. Первый шаг – проверка линейности измерения фотодиода. Для этого нужно использовать светофильтр с кратностью поглощения 2 или 3. Проводятся два измерения фототока – без фильтра и с фильтром. Показания микроамперметра должны отличаться СТРОГО на величину кратности светофильтра. Если показания отличаются на меньшую величину, тогда измерение нелинейно и нужно перейти на меньший предел измерения или уменьшить входное сопротивление микроамперметра.
Второй шаг – сама калибровка. Измеряем мощность лазера прибором ИМО-2, прикрываем лазерный пучок, на место измерительной головки устанавливаем светофильтры и фотодиод и проводим повторное измерение, добиваясь оптимального фототока подбором светофильтров. Записываем показание микроамперметра. Это показание соответствует величине измеренной мощности. Особым писком считается тот случай, когда, удается подобрать светофильтры, обеспечивающее соответствие цены деления микроамперметра единицам измеряемой мощности.
Для калибровки по освещенности схема измерения такая же, но лазерный пучок нужно расширить коллиматором и ограничить диафрагмой, размер которой не превышает размер светочувствительной поверхности фотодиода (опять-таки для совместимости двух измерений мощности пучка). Мощность пучка при такой трансформации резко уменьшается и приходится работать на предельной чувствительности ИМО-2 и, следовательно, с повышенной нестабильностью измерений, которые приходится проводить несколько раз. Расширение лазерного пучка необходимо для обеспечения равномерности освещенности в пределах отверстия диафрагмы, ограничивающей сечение пучка. В этом случае можно рассчитать, с учетом мощности трансформированного лазерного пучка и кратности ослабления светофильтров, удельную освещенность фотодиода и, соответственно, фотопластинки, что позволяет рассчитать время экспозиции.
В старо-давние, совково-застойные времена каждый более-менее солидный НИИ имел метрологический отдел, в котором была лаборатория поверки измерительных приборов, а в ней, учитывая уже нашу специфику, была группа поверки оптических измерительных приборов. Жизнь тогда текла спокойно и без проблем. Был график поверки всех взятых в отделе приборов (вольтметры, амперметры, осциллографы, усилители, и т.д.). Тебе вежливо звонили каждый месяц (квартал, полугодие…), чтобы принести прибор на поверку, и через день-другой выдавали с поверочным протоколом. Можно было спокойно работать дальше, уверенным в своих измерениях.
С оптическими измерениями тогда было туговато. Туговато с фотоприемниками. ФЭУ, селеновый фотоэлемент, вот и все. ФЭУ, сами понимаете, штука сложная и предельно чувствительная, его мы не использовали. Ну, а селеновый фотоэлемент выдавал слабый ток и дикую нелинейность. Его нагружали на зеркально-гальванический микроамперметр М95. По его шкале бегал зайчик от зеркала, подвешенного на тоненькой проволоке, которое отклонялось магнитным полем от проходящего фототока. Прибор был очень нежным, от малейшего сотрясения зайчик покидал пределы шкалы, и приходилось долго его искать. К микроамперметру прилагались графики зависимости тока от освещенности фотоэлемента - живописные кривые для каждого предела измерения, демонстрирующие выдающиеся нелинейные способности селенового фотоэлемента. Ты меряешь ток гальванометра, потом, по графику, определяешь освещенность. Тоска зеленая.
Мне, тогда еще молодому специалисту, все это очень не нравилось, и я стал искать другие способы измерения. К счастью для меня, в то время (конец семидесятых) стали появляться кремниевые и германиевые ФОТОДИОДЫ, а существующая система снабжения в НИИ позволяла, не без настырности со стороны разработчиков, доставать эти и другие новинки электронной промышленности (наш институт входил в это министерство). Кстати, тогда же появились и первые лазерные диоды, исключительно инфракрасные.
Вообще, в течении всей работы в институте (кроме последних двух лет – времени начала фатального развала) меня поражала наша система снабжения. При окладе в 160 руб. я мог, при наличии любой темы – поисковый НИР (самый благодатный вид работы – исследуешь все, что хочешь, в рамках заданной темы, а в отчете только указываешь РЕКОМЕНДАЦИИ для последующего НИРа), НИР или ОКР, я мог заказать любой прибор, иногда, за очень приличные деньги, и мне его ДОСТАВАЛИ. Как списывались деньги за приборы – для меня была загадка. За несколько лет моя измерительная комната в лаборатории была до потолка заставлена различными, очень полезными, порой, очень дефицитными приборами, например, спектрально-вычислительный комплекс КСВУ-23 или один из первых отечественных «персональных» компьютеров, ДВК-2. Впрочем, я отвлекся.
За довольно короткий срок у меня уже появилось около десятка разных фотодиодов и фотосопротивлений (есть и такой вид фотоприемников). Начались их испытания. В начале все было не очень радужно – фотодиоды имели очень маленькие светочувствительные площадки и линейность их была тоже не на высоте. Но, в конце концов, повезло – на заводе «Сапфир» мне достали пару кремниевых фотодиодов ФД7к (для военных целей эти фотодиоды именовались, как ФД24к).
Мне он сразу понравился – и площадка была более чем достаточной, и чувствительность неплохая. Но линейность на гальванометре М95 было не очень хорошей. Тут опять повезло – уже в нашем метрологическом отделе достал современный микроамперметр Ф195. Он имел встроенный усилитель и мог измерять токи до десятков наноампер по обычной, стрелочной, шкале. Первые же эксперименты показали – это то, что надо! Измерение фототока было линейным практически на всех пределах, даже в фотогальваническом режиме, т.е., без подачи на фотодиод питающего напряжения. Можно было приступить и к более серьезным измерениям – калибровке фотодиода для измерения мощности лазера.
Для калибровки нужны прямой измеритель мощности лазера и нейтральные светофильтры. Измеритель мощности у меня уже был – ИМО-2, тогда такой же распространенный, как He-Ne лазер ЛГ-38. Тоже с гальванической системой, зайчиком, но с системой автокалибровки. Принцип калибровки очень простой – сначала измеряешь мощность лазера с помощью ИМО-2, потом фотодиодом. Так как чувствительность фотодиода высокая, необходимо ослабление лазерного пучка светофильтрами. Принцип простой, но, как всегда, утомляют детали. Во-первых, на измеритель мощности и фотодиод должен падать СТРОГО один и тот же пучок лазера. Вот где сказалось преимущество фотодиода ФД7к с его большой светочувствительной поверхностью, не надо было придумывать способы фокусировки лазерного пучка с неизбежной потерей точности измерения. Но вот со светофильтрами пришлось повозиться. Нужно было как можно более точно измерить кратность их ослабления. В метрологическом отделе мне помогли, но я подстраховался и дополнительно замерил кратности светофильтров у моего товарища, обладающего уникальным спектрофотометром СФ-18 (я так его себе и не пробил). Это спектрофотометр может измерять коэффициенты отражения и пропускания как прозрачных, так и диффузных объектов. Для этого он снабжен измерительной сферой, имеющей изнутри идеальную белую поверхность из двуокиси бария, захватывающей весь рассеянный световой поток. К тому же очень точная электроника и вывод спектра отражения (пропускания) в виде очень приличного графика.
Почему такое внимание к светофильтрам? Потому, что для нужного подавления интенсивности пучка их пришлось использовать несколько штук, а, как известно, ошибка измерения увеличивается с увеличением входящих в измерительную схему компонентов пропорционально их количеству. Тут никуда не денешься. Точность измерения складывается из степени стабильности мощности лазера, точности измерения мощности лазера прибором ИМО-2, точности измерения фототока прибором Ф195, точности измерения кратности ослабления светофильтров, степени однородности чувствительности по площади фотодиода. Можно еще подумать и о температуре в помещении, влажности, напряжении в сети и т.д., но я не буду утомлять вас такими тонкостями.
Теперь вы понимаете, что суммарная точность оптических измерений в 20% считается вполне приемлемой.
Итак, переходим к калибровке. Расставляем все приборы по местам, прогреваем, устанавливаем нули на шкалах и выключаем свет. Первый шаг – проверка линейности измерения фотодиода. Для этого нужно использовать светофильтр с кратностью поглощения 2 или 3. Проводятся два измерения фототока – без фильтра и с фильтром. Показания микроамперметра должны отличаться СТРОГО на величину кратности светофильтра. Если показания отличаются на меньшую величину, тогда измерение нелинейно и нужно перейти на меньший предел измерения или уменьшить входное сопротивление микроамперметра.
Второй шаг – сама калибровка. Измеряем мощность лазера прибором ИМО-2, прикрываем лазерный пучок, на место измерительной головки устанавливаем светофильтры и фотодиод и проводим повторное измерение, добиваясь оптимального фототока подбором светофильтров. Записываем показание микроамперметра. Это показание соответствует величине измеренной мощности. Особым писком считается тот случай, когда, удается подобрать светофильтры, обеспечивающее соответствие цены деления микроамперметра единицам измеряемой мощности.
Для калибровки по освещенности схема измерения такая же, но лазерный пучок нужно расширить коллиматором и ограничить диафрагмой, размер которой не превышает размер светочувствительной поверхности фотодиода (опять-таки для совместимости двух измерений мощности пучка). Мощность пучка при такой трансформации резко уменьшается и приходится работать на предельной чувствительности ИМО-2 и, следовательно, с повышенной нестабильностью измерений, которые приходится проводить несколько раз. Расширение лазерного пучка необходимо для обеспечения равномерности освещенности в пределах отверстия диафрагмы, ограничивающей сечение пучка. В этом случае можно рассчитать, с учетом мощности трансформированного лазерного пучка и кратности ослабления светофильтров, удельную освещенность фотодиода и, соответственно, фотопластинки, что позволяет рассчитать время экспозиции.
-
Gall
Мои начинания
Операционный усилитель у OPT101P включен очень хитро. Весь ток фотодиода протекает через резистор обратной связи, который 1 МОм, а ток входа там пренебрежимо мал даже при слабых освещенностях. ОУ стремится выровнять напряжения на своих входах, поэтому напряжение на фотодиоде всегда равно опорному напряжению 7.5 мВ, а напряжение на выходе всегда строго равно
Uвых = Uсм + Rос * Iфд
Поэтому если на данной длине волны чувствительность фотодиода 0.45 А/Вт, то при использовании встроенного резистора обратной связи получается ровно 0.45 В/мкВт плюс темновое напряжение 7.5 мВ (его надо вычитать). Пересчитывая по площади фотодиода, получаем
23.4 В/(мВт/см2).
(В документации действительно ошибка, число 865 неверно, там пропорция, надо не делить, а умножать на эту площадь).
Uвых = Uсм + Rос * Iфд
Поэтому если на данной длине волны чувствительность фотодиода 0.45 А/Вт, то при использовании встроенного резистора обратной связи получается ровно 0.45 В/мкВт плюс темновое напряжение 7.5 мВ (его надо вычитать). Пересчитывая по площади фотодиода, получаем
23.4 В/(мВт/см2).
(В документации действительно ошибка, число 865 неверно, там пропорция, надо не делить, а умножать на эту площадь).
-
holos
Мои начинания
Да, вроде, довольно типичная схема включения. Появилась только вольтодобавка для небольшого подзапирания фотодиода, как я полагаю, для существенного уменьшения темнового тока по сравнению с фотогальваническим режимом – до 2,5 pA (!) Реальные токи фотодиода при измерении освещенности фотопластинки сигнальным пучком находятся в в пределах 0,2-0,3 мкА, а для схемы Денисюка на порядок больше, поэтому такой темновой ток можно не учитывать.
А вот схема вольтодобавки действительно хитрая, потому, что даже обычный p-n переход дает в прямом включении падение напряжения в десятые доли вольта. Поэтому, чтобы уменьшить перепад до такой маленькой величины (7,5 мВ), требуется транзисторная сборка их пар транзисторов с разной проводимостью: (p-n-p) + (n-p-n).
Но это я уже домысливаю, и вообще, в таких случаях я стараюсь не вникать в электронные дебри, а представлять электронную схему в виде ящика (не обязательно черного) и использовать только его выходные характеристики. В данном случае их три – чувствительность фотоприемника, его площадь и рекомендованное сопротивление нагрузки.
А вот схема вольтодобавки действительно хитрая, потому, что даже обычный p-n переход дает в прямом включении падение напряжения в десятые доли вольта. Поэтому, чтобы уменьшить перепад до такой маленькой величины (7,5 мВ), требуется транзисторная сборка их пар транзисторов с разной проводимостью: (p-n-p) + (n-p-n).
Но это я уже домысливаю, и вообще, в таких случаях я стараюсь не вникать в электронные дебри, а представлять электронную схему в виде ящика (не обязательно черного) и использовать только его выходные характеристики. В данном случае их три – чувствительность фотоприемника, его площадь и рекомендованное сопротивление нагрузки.
-
Gall
Мои начинания
Ну здесь включение обратное, так что можно делать и нулевое напряжение. Burr-Brown сделали чуть-чуть ненулевое, чтобы улучшить линейность вблизи темноты...
А цифра 23.4 - она как с реальностью согласуется? Я ей верю, получаю разумное время и неплохое изображение. У Вашего OPT101P какая калибровка получилась?
А цифра 23.4 - она как с реальностью согласуется? Я ей верю, получаю разумное время и неплохое изображение. У Вашего OPT101P какая калибровка получилась?