Амплитудно-частотные характеристики фотоэлемента и TEMT6000
Не раз в обсуждениях приборов для измерения пульсаций освещенности мне попадались высказывания типа «зачем употреблять качественные и быстродействующие фотодиоды, когда достаточно взять фотоэлемент от садового светильника!»
Мне всегда интуитивно казалось, что использование фотоэлемента от копеешного садового светильника не позволит исследовать спектр пульсаций ламп в достаточной степени.
Разбирая недавно хлам на балконе я наткнулся на фотопанель от какого-то пауэрбанка.
Тут и возникла мысль — не измерить ли АЧХ этой штуки? :)
Для измерения АЧХ был сооружен простенький стенд. Для измерения выходного сигнала фотопанели был использован обыкновенный мультиметр в режиме измерения переменного напряжения.
Для освещения панели был применен красный светодиод, запитанный от генератора импульсов на Ардуино Нано через КТ854А. Никаких специальных требований к транзистору не выдвигалось, он просто попался первым в кассетнице и оказался приемлемым по параметрам: ток коллектора до 10А, ток базы до 3А, напряжение коллектор-эмиттер 600В, коэффициент усиления не менее 20.
Для генерации сигнала был использован Ардуино Нано с программой «Терминальная версия генератора» тов. dimax отсюда
Выходной сигнал генератора (меандр) подавался с ноги D9 на базу транзистора. В коллекторную цепь был включен красный светодиод с ограничительным резистором 470 ом.
Излучающий диод был размещен над фотопанелью и вся конструкция была накрыта коробкой для устранения влияния внешнего паразитного освещения.
Далее с клавиатуры задавалась частота генерации и снимался выходной сигнал с фотопанели.
Результаты были занесены в эксель, построен график:
Зеленые цифры 0.44 — это рассчитанное значение 0.8 от значения 0.55 на частоте 100 Гц, принятого за 100% сигнала.
Красным помечено значение 168 гц, на котором выходной сигнал фотопанели уменьшился до 0.8 от максимума и эта частота является предельной по уровню 0.8.
Проделав это исследование я вспомнил, что покупал на Али еще и датчики TEMT6000. Раз уж измерительный стенд собран — исследую еще и этот прибор. Результат представлен на следующем рисунке:
Частота среза АЧХ по уровню 0.8 для TEMT6000 составила 540 Гц.
Надо отметить, что графики формально неправильные, по оси Х частота отложена неравномерно. причина в том что я искал частоту среза методом половинного деления. Поэтому вблизи среза АЧХ точки гуще.
Для контроля излучения светодиода был применен самодельный прибор для измерения параметров светового потока, способный отображать как форму сигнала, так и спектр с расчетом пика. Прибор показал, что до частоты 200 КГц сигнал по амплитуде не изменился. Далее я не проверял.
В качестве приемника светового излучения в приборе использован фотодиод SFH229.
Выводы:
Частота среза АЧХ по уровню 0.8 для фотопанели составила 168 Гц.
Частота среза АЧХ по уровню 0.8 для TEMT6000 составила 540 Гц.
Учитывая, что частота пульсаций для осветительных приборов нормируется до частоты 300 Гц, использование ни фотопанели, ни TEMT6000 для целей измерения пульсаций невозможно из-за недостаточных частотных свойств этих приборов.
В реальности светодиодные лампы могут давать сильные пульсации на частотах в районе сотни килогерц. Например мощная лампа в 15 ватт дает пик пульсации на частоте 73 КГц.
Очевидно, что для исследования таких пульсаций светового потока никакие фотопанели непригодны в принципе.
Адекватный результат дают только быстродействующие фотодиоды.
И в заключение ещё пара изображений:
Форма сигнала со светодиодной лампы:
Спектр этого же сигнала:
Мне всегда интуитивно казалось, что использование фотоэлемента от копеешного садового светильника не позволит исследовать спектр пульсаций ламп в достаточной степени.
Разбирая недавно хлам на балконе я наткнулся на фотопанель от какого-то пауэрбанка.
Тут и возникла мысль — не измерить ли АЧХ этой штуки? :)
Для измерения АЧХ был сооружен простенький стенд. Для измерения выходного сигнала фотопанели был использован обыкновенный мультиметр в режиме измерения переменного напряжения.
Для освещения панели был применен красный светодиод, запитанный от генератора импульсов на Ардуино Нано через КТ854А. Никаких специальных требований к транзистору не выдвигалось, он просто попался первым в кассетнице и оказался приемлемым по параметрам: ток коллектора до 10А, ток базы до 3А, напряжение коллектор-эмиттер 600В, коэффициент усиления не менее 20.
Для генерации сигнала был использован Ардуино Нано с программой «Терминальная версия генератора» тов. dimax отсюда
Выходной сигнал генератора (меандр) подавался с ноги D9 на базу транзистора. В коллекторную цепь был включен красный светодиод с ограничительным резистором 470 ом.
Излучающий диод был размещен над фотопанелью и вся конструкция была накрыта коробкой для устранения влияния внешнего паразитного освещения.
Далее с клавиатуры задавалась частота генерации и снимался выходной сигнал с фотопанели.
Результаты были занесены в эксель, построен график:
Зеленые цифры 0.44 — это рассчитанное значение 0.8 от значения 0.55 на частоте 100 Гц, принятого за 100% сигнала.
Красным помечено значение 168 гц, на котором выходной сигнал фотопанели уменьшился до 0.8 от максимума и эта частота является предельной по уровню 0.8.
Проделав это исследование я вспомнил, что покупал на Али еще и датчики TEMT6000. Раз уж измерительный стенд собран — исследую еще и этот прибор. Результат представлен на следующем рисунке:
Частота среза АЧХ по уровню 0.8 для TEMT6000 составила 540 Гц.
Надо отметить, что графики формально неправильные, по оси Х частота отложена неравномерно. причина в том что я искал частоту среза методом половинного деления. Поэтому вблизи среза АЧХ точки гуще.
Для контроля излучения светодиода был применен самодельный прибор для измерения параметров светового потока, способный отображать как форму сигнала, так и спектр с расчетом пика. Прибор показал, что до частоты 200 КГц сигнал по амплитуде не изменился. Далее я не проверял.
В качестве приемника светового излучения в приборе использован фотодиод SFH229.
Выводы:
Частота среза АЧХ по уровню 0.8 для фотопанели составила 168 Гц.
Частота среза АЧХ по уровню 0.8 для TEMT6000 составила 540 Гц.
Учитывая, что частота пульсаций для осветительных приборов нормируется до частоты 300 Гц, использование ни фотопанели, ни TEMT6000 для целей измерения пульсаций невозможно из-за недостаточных частотных свойств этих приборов.
В реальности светодиодные лампы могут давать сильные пульсации на частотах в районе сотни килогерц. Например мощная лампа в 15 ватт дает пик пульсации на частоте 73 КГц.
Очевидно, что для исследования таких пульсаций светового потока никакие фотопанели непригодны в принципе.
Адекватный результат дают только быстродействующие фотодиоды.
И в заключение ещё пара изображений:
Форма сигнала со светодиодной лампы:
Спектр этого же сигнала:
Самые обсуждаемые обзоры
| +68 |
3230
133
|
| +50 |
3479
64
|
| +28 |
2408
43
|
| +37 |
2683
37
|
| +55 |
1993
37
|
Хотя по моим экспериментам ИК диапазон он ловит не хуже ИК приёмников. )))
да, это на картинках
я вживую проверял 6000-е
мне требовалась НЕчувствительность к ИК спектру
полный пролёт ((
не помогло (
собственно, когда я решил эту задачу (оптико-электронный модуль), было найдено альтернативное решение
и когда приехали детали с али, схема уже работала
год назад я искал доступный способ калибровки
измерителя светового потока
один из вариантов предполагал использование ЛН с известным значением светового потока
но требовался фотоприёмник, совершенно «игнорирующий» ИК спектр
зы
люксметры ловят ИК только в путь
чисто для себя ))
На КТ854 получались неплохие полумосты ватт на 300-500.
Кроме того, ВАХ фотодиода ограничена… неожиданно — диодом. Т.е. выше 0.4В его напряжение ограничивается самим pn переходом.
Т.е. нагрузочный «резистор» безвариантно. ))
(Интересно, кто первым приведет схему усилителя на ОУ в инв. включении?)
Основное ограничение частотных свойств фотоприемника — емкость. Даже та-же солнечная панель, при нагрузке на «0» сопротивление вполне справится с сигналом в несколько кГц.
«The THS4601 is a high-speed, FET-input operational amplifier designed for applications requiring wideband operation, high-input impedance, and high-power.»
Полоса расширилась до 3000 гц.
Но в области низких частот 10 гц — 1000 гц провал серьезный.
ПРидется трансимпедансный усилитель спаять :)))
Это уже проблема не фотоприёмника, а измерительной системы
PS: перед постом рефрешни страницу — пока писал уже написали :)
Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Том 1 (3-е издание, 1986)
Схема включения ФД
Схема включения ФТ
Для temt6000 достаточно +1,2В.
Прошу не пинать сильно, возможно, я от жизни отстал. Готов поучиться у умных людей. Прошу поделиться ссылками на эту метод измерения. Где он применяется? А то как-то неловко ощущать себя жертвой ЕГЭ.
Нужно было к чему-то привязываться, вот и решили, что если мощность сигнала падает в два раза, то это и будем считать граничной частотой сигнала. А там где мощность падает в два раза, напряжение и ток уменьшаются в корень-из-двух раз. √2 = 1.1414. А уменьшение уровня наряжения или тока в 1.414 раз, равносильно снижению сигнала с уровня, принятого за единицу (максимального уровня), до уровня 0.707.
Извините, совершенно не хотел читать лекцию.
Могу так же упомянуть вот этот прибор Он не Ардуино, но прошивка прилагается.
см. метод с наушниками
Определение коэффициента пульсаций и методика его измерения с помощью осциллографа и фотодиода дана в Приложении А к ГОСТу 33393-2015 «Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности». Значение «peak to peak» (амплитуду пульсаций) необходимо делить на удвоенную среднюю интегральную освещённость за период пульсаций.
А «варивнт оценки», описанный на дзене, ошибочен по своей методике — цифры получатся неправильные.
Где взять «среднюю интегральную освещённость за период пульсаций», в контексте этого способа, чтобы не было значительного усложнения?
ещё вопросы?
ссылка на схему с описанием выше
читать пробовали?
Естественно, я активный участник форума и видел её ещё 6 лет назад :) Схема хорошая, но не для всех, т.к. всё намного сложнее, чем включение фотодиода в комп. Целевая аудитория моего способа: люди, которым нужно что-то большее, чем проверка пульсаций камерой, но с минимальными затратами времени и сил.
Примеры точности. Первое значение, измеренное по методике из Дзен, второе из интернета, измеренное разными приборами.
Лампа накаливания 25 Вт — 12%; 16-32%.
Лампа накаливания 60 Вт — 11%; 11-18%.
Лампа накаливания 200 Вт — 6%; 8%.
Люминесцентная лампа с дросселем — 41%; 39%.
Светодиодная лампа IKEA Ледаре 10 Вт 600 лм матовая — 25%; 27%.
Мне такой точности более чем достаточно.
Средняя интегральная освещённость считается очень просто. Это действительно среднее арифметическое от отсчётов. Только отсчётов должно быть адекватное число, а не 2 на период. Двух хватает для синуса (тут к слову помянуть теорему Шеннона-Котельникова). С помощью микроконтроллера это реализуется элементарно и буквально в несколько строчек кода. А при Вашем способе среднюю интегральную освещённость за период пульсаций взять негде. В этом и проблема.
Скажу более, даже с микроконтроллером ИК-фотодиод не лучший датчик, т.к. режет синюю часть спектра. А у LED-ламп пульсации в излучении накачки могут быть выше, чем в остальной части спектра ввиду инерционности люминофора. И ИК этих пульсаций не заметит
Чтобы не быть голословным, специально вчера разломал датчик дыма (извещатель пожарный ИП-212), вынул фотодиод (кстати, он там в паре с инфракрасным работает, хотя и не чисто ИК — линза прозрачная, не чёрная). Специально порезал экранированный кабель от звуковухи (3,5 мм джек — 3,5 мм), чтобы подключить и к софтовому осциллографу, как у Вас. Посмотрим по Вашей методике ЛН 60Вт и светодиодку, А потом по-честному, как того просит ГОСТ, с тем же фотодиодом измерим и честно посчитаем реальные коэффициенты пульсаций. Ещё и нагрузим фотодиод резистором, как того требует тот же ГОСТ. Заодно потом и с солнечными панельками от садовых фонариков побалуемся.
усилитель фототока на ОУ известен уже более 30 лет
что мешало вписать в ГОСТ нормальную схему на ОУ, а не эту
порнглупость с резистором?получается, что ФД работает и не в линейном режиме, и не в логарифмическом
бред короче
Примеры точности. Первое значение, измеренное по методике из Дзен, второе из интернета, измеренное разными приборами.
Лампа накаливания 25 Вт — 12%; 16-32%.
Лампа накаливания 60 Вт — 11%; 11-18%.
Лампа накаливания 200 Вт — 6%; 8%.
Люминесцентная лампа с дросселем — 41%; 39%.
Светодиодная лампа IKEA Ледаре 10 Вт 600 лм матовая — 25%; 27%.
Простая альтернатива этому способу — использование мультиметра, других не вижу. Но, мультиметр с определённым функционалом есть мало у кого, также как и осциллограф, да ещё и придётся считать по формуле. Так что способ со звуковой картой компьютера самый подходящий.
для 99% людей это мегасложно
поэтому или придётся поработать паяльником и головой
или раскошелиться на готовый приборчик (100 баксов)
но большинство, конечно же хочет и рыбку съесть и…
www.ti.com/lit/ds/symlink/opt101.pdf
Фотодиод, I-U преобразователь, вся обвязка уже в удобном корпусе с окошком
в «стоке» полоса 14 кГц, а если уменьшить усиление, используя внешний резистор (подсказка- это и так захочется сделать, если объект интереса не звёздное небо, а какой-никакой, но светильник), то можно разогнать до +- сотни килогерц
Лучше всего выход смотреть осциллографом, но за неимением оного и мультиметр, и звуковую карту тоже можно использовать
ни операционник, ни ФД при этом быстрей не станут )))
это классическая ошибка, на которую ловятся студенты: мол, при большей глубине ООС увеличивается Fmax усилителя
т.к. АЦП лин. входа в разы лучше, чем 8 бит вход осциллографа с максимальной чуйкой 10..20 мВ/дел
Пульсации действительно нормируются до 300 Гц, но почему-то упомянутые лампы давят по глазам…
Ну и плюс меня интересуют пульсации ЖК экранов ноутов. Там тоже что-то около 20 КГц получается.
На этих частотах датчики in question не годятся.
И вот ещё что… Для исследования формы кривой пульсации требуется датчик с быстродействием где-то на порядок быстрее, чем исследуемый процесс. АНалогично с цифровыми осциллографами. В сети есть обсуждения на тему почему для адекватной оценки формы сигнала требуется осциллограф с частотой выборок минимум на порядок больше спектра исследуемого сигнала. Невзирая на теорему Котельникова :)))
Я пропустил это объяснение, поэтому и вывод кажется нелогичным.
и запитайте СД от 12В БП через балластный резистор
ну потеряете 2-3В на резисторе, и пёс с ними
ноль пульсаций! проверено лично
у меня на рабочем месте две настольные лампы с таким питанием
всё супер
У меня так сделана кольцевая подсветка микроскопа.
Ну так там такие же люминесцентные и светодиодные лампы, как везде. Требования только жёстче должны быть. И, опять же, на килогерцы глаз не реагирует. Это если со стороны здоровья смотреть…