MyPhotometrics - Gandalf: Leistungsmessgerät Zur Messung Von Lasern Im Sichtbaren Bereich Auf Basis Von "Sauron": 8 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

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Gandalf mıydı?

Gandalf ist eine Bağımsız Lösung für die taşınabilir Bestimmung von Laserleistung auf MyPhotometrics - Sauron.

4-Kanal Photodiodenverstärker, daha fazla bilgi için Photodioden daha fazla bilgi edinin.

Erweiterung Gandalf ist es möglich Messungen ohne eine Verbindung zum Computer durchzuführen ve die gemessene Laserleistung anzuzeigen. Sauron için en iyi bilgiler, LCD Ekran, Playstation® Joystick, Arduino Nano, daha fazla bilgi için Playstation® Joystick, daha fazla kullanıcı arayüzü. Spannungsversorgung erfolgt mithilfe von Batterien içinde einem Spannungsbereich von 6-12V.

Dieses Laserleistungsmessgerät kann içinde seiner günstigsten Form bereits für etwa 105€ hergestellt werden.

Adım 1: Aufbau Des Panoları

Die Platine ist yani gestaltet, dass die einzelnen Bauteile gesteckt werden können ve das Modul Sauron einfach zu entegrieren ist.

Spannungsversorgung (mittig rechts): Die Versorgungsspannung wird durch Batterien im Spannungsbereich von 6-12V geliefert. LEGO ® Batteriegehäuse ve 6V Batterien daha fazla bilgi için en iyi seçenekler. Der Gebrauch einer 9V-Blockbatterie şapka sich ebenfalls bewährt. Die Spannungsversorgung ist ebenfalls über den USB Anschluss des Arduino möglich

Joystick (mittig): Joystick dient zur Bedienung des Menüs

Arduino Nano (bağlantılar): Auf diesem Board wurde als Mikroprozessor der Arduino Nano verwendet, welcher als Hauptprozessor für die Umrechnungsprozesse

• MyPhotometrics - Sauron(oben): Photodiodenverstärker Sauron nimmt die Strahlungsleistung einer Lichtquelle mithilfe von Photodioden ve Digitalisiert die Daten.
• TFT LCD Ekran (oben, überlagert Sauron): Das Ekran stellt das Menü dar, dem Einstellungen vorgenommen und die Messung gestartet werden kann.

• Bohrungen: Die Maße der Bohrlöcher sind yani gewählt, dass diese mit denenen yerler LEGO ® Bausteins kompatibel sind, um ein Gehäuse aus LEGO ®- Bausteinen anfertigen zu munnen ve auch Sauron en iyi Shuttle Platine.

(Hinweis: Da die Daten auf dem Display angezeigt werden, is es nur notwendig die Schritte 1-3 des Projekts MyPhotometrics - Sauron zu befolgen.)

Adım 2: Benötigte Bauteile, Platine ve Zubehör

Zunächst werden einige Bauteile benötigt, exp-tech.de en iyi werden können (Başparmak Joystick ve Adafruit Ekranı) için ölür.

Die Hardware von Sauron wird, Wie im Projekt MyPhotometrics - Sauron beschrieben (Adım 1-3), aufgebaut. LEGO ® erfolgen'den 1x1'den beri Befestigung von Sauron tarafından satın alın.

(Hinweis: Die Platine von Sauron hält auf der Gandalf-Platine auch aufgrund der Lötung. Die Lötstelle wird jedoch ohne die zusätzliche Befestigung mehr beanprucht.)

Zur Befestigung des Görüntüler Verwendung von zwei M2x18 Zylinderkopf Schrauben, sowie insgesamt sechs Passenden Muttern. Einem Bauoder Modellbaumarkt finden'da Ebay oder ile ilgili problemler.

Unter OSH Park ist die Bestellung der Platine mit dem Button Şimdi sipariş verin. Auftrag geben içinde alternatif einfach das LegoPhotometerBoard.brd dosyası runterladen ve bei einem beliebigen anderen PCB-Fertiger.

Arduino Nano'nun temel öğelerini genişletin, çok kompakte Tasarım geliştirin ve Arduino Nano'yu genişletin. Prinzipiell ist allerdings die Verwendung hızlı jedes Mikrodenetleyiciler ve Steuereinheit möglich, sofern es sich um 5V Controller mit demselben Pin-Out handelt. Ansonsten ist es notwendig die Pinbelegung anzupassen Firmware auf eine abweichende.

Messsystem ile uyumlu Art einer Photodiode. Wir empfehlen die Nutzung von Dioden der Typen

• SFH-203-P oder
• OSD-50-5T

Die SFH-203-P ist kostengünstige Lösung, die für einfache Anwendungen und Versuche ausreicht. Die Messungen mithilfe einer angefertigten Messkugel aus LEGO ® - Bausteinen durchgeführt werden, kahretsin Messung zu verwertbaren Ergebnissen führt. Das liegt daran, dass die aktif Fläche dieser Fotodiyot mit 1qmm meist kleiner ist als die Querschnittsfläche eines üblichen Laserstrahls. Daha fazla bilgi için bkz. einer Messkugel'de kann nahezu die gesamte Strahlung verarbeitet werden.

Dioden Typ, OSD-50-5T'yi seçin, en iyi ve en geniş ürün yelpazesi, en iyi ve en kapsamlı ürünlerdir. Es sind häufig Angebote, z. B. bei Ebay, AliExpress usw., zu finden. Eine kurze Recherche dazu lohnt sich. Die Diode eignet sich mit einer aktiven Fläche von 50qmm für Messungen mit einer direkten Einstrahlung der Quelle, auch ohne Messkugel. Allerdings, Diyot, 1mW übersättigt ve übersteuert aus diesem Grund bei der Messung konventioneller Laserpointer altında Leistungen olarak kabul edilir. Die Verwendung der OSD-50 ist deshalb ve aufgrund ihres hohen Profesyonel/yarı profesyonel Laboreinsätze zu empfehlen'in ön değerlendirmeleri.

Adım 3: Anfertigen Der Donanımı

Die Platine wird mithilfe der Steckverbindungen bestückt. Daha fazla bilgi edinin.

Anbringen ve Anschließen der Pins des Görüntüler über dem Photodiodenverstärker Sauron eignet sich die im zusammengestellten Warenkorb hinterlegte Buchsenleiste/ Header, damit genügend Abstand zwischen den Teilen entsteht. Die andere Seite ist mit Gewindeschrauben der Maße M2x16mm und passenden Muttern zu fixieren.

Gandalf'tan Zusammenbau von Gandalf'a adım adım video izle. Der nächste Adım "Arduino Yapılandırma" ist ebenfalls im Video erklärt.

Hier geht es zur Adım Adım Anleitung.

Adım 4: Arduino'yu Yapılandırma

Arduino'nun Programlanması için Açık Kaynaklı IDE Arduino Yazılımı verwendet werden.

Arduino Nano Notwendige Firmware'den yararlanan Betrieb von Gandalf. Diese Firmware erlaubt die Konfigürasyon ve Messdaten auf dem des Auslesen der Messdaten auf dem Joystick aracılığıyla mithilfe der Steuerung'u görüntüleyin.

Die Datei Photometer.ino muss über die Arduino Software auf den Controller gespielt werden.

(Hinweis: Photometer.ino benötigt die restlichen Header- und Arduino Files, dem Ordner hinterlegt sind, weshalb Photometer.ino nicht alleine verschoben/ abgespeichert werden sollte.)

Adım 5: Verwendung Der Kalibrierdaten Und Anwendung Benutzer arayüzü

Daha fazla bilgi için bkz. Firmware hinterlegt in der SFH-203-P için Diese Tabelle ist für die SFH-203-P. OSD-50'yi seçin.

Zukunft noch weitere için Wie das geht und Wie içinde Photodioden zugefügt werden können ist mithilfe der Bilder (Ekran Görüntüleri) leicht zu verstehen:

Zur Veranschaulichung legen wir die Fotodiyot "Dummy" im Program an.

1. Dummy ist die im Ekran Görüntüsünü şuradan seçin: Tarih Arayüzleri.ccp zuzufügen.
2. Als nächstes wird die Datei PdResponse.ccp değiştirici. Daha yüksek Funktion, daha iyi Kalibrierdaten enthält zugefügt. Dazu ist die Tabelle, Wie im Beispiel der OSD-50 zu sehen, zu kopieren. Zukünftig bereitgestellte Kalibrier-Dateien können, wie am Beispiel der SFH-203-P zu sehen, bir dieser Stelle eingetragen werden. Wichtig ist bei der Wellenlänge 785 nm zu başlangıç ve bitiş mücevher Sayımları Zeile für Zeile einzutragen.
3. Zuletzt müssen dem Header PdResponse.h die wiederum rot umrandeten Zeilen zugefügt werden. Program Değiştirme Programı Yükleme Düğmesi ve Arduino gespielt werden.

Menü ve Ekran Görünümü. Über dieses Menü erfolgt die Einstellung von Gandalf, sowie das Starten der Messung.

Die einzelnen Punkte, mithilfe des Joysticks ausgewählt werden. Bewegungen nach rechts en iyi Menüpunkt und eine Bewegung nach linkleri führt zurück/ stoppt die Messung. Die Übersicht zu diesem Userinterface ist im Blockdiagramm dargestellt.

Adım 6: Anfertigen Der Messkugel/ Anschluss Diyot

En iyi seçenekler, en uygun Photodiode des Typs SFH-203-P, en uygun Messergebnisse zu erhalten. Unsere Messkugel ist zwar nicht kugelförmig, erfüllt aber ihren Zweck ve ist Schnell aus LEGO ® Bausteinen aufgebaut. İhrem abnehmbaren'de Deckel, Photodiode platz'ı bul. Durch einen seitlichen Eingang der Messkugel wird die einstrahlende Lichtleistung gemessen.

Die Anfertigung der Messkugel wird im Instructable vorgestellt. Die Anbringung der Photodiode an ein Koaxialkabel funktioniert wie folgt (siehe auch Foto):

• Şelaleler vorhanden, ein Stück Schrumpfschlauch auf das Kabel schieben, um die Lötstelle später zu ummanteln
• Ummantelung des Koaxialkabels entfernen, beispielsweise mit einem Cuttermesser
• Außenleiter vom Innenleiter trennen ve die Ummantelung des Innenleiters enfernen
• Einen Teil der Außenleiter Fasern verdrillen, den Rest kürzen
• Die Innen- und Außenleiter dürfen sich nicht berühren. Um einen Kurzschluss vorzubeugen, kann der verdrillte Außenleiter in soweit gekürzt werden, dass ein Berühren nicht möglich ist.
• Die Anschlüsse der Diode können ebenfalls yani gekürzt werden, dass sie optimal bir die Leiter anzubringen ist
• Die Diode mithilfe von Lötzinn ve Lötkolben befestigen. Der lange Pin (Anot) wird dabei mit dem Außenleiter verbunden, der kurze (Kathode) mit dem Innenleiter.
• Zum Schluss den Schrumpfschlauch über die Lötstelle ziehen und erhitzen, bis er den Anschluss ummantelt.

Sollte Sauron mit Akku-Anschlusskabeln anstelle der SMA-Buchsen ausgestattet sein, genügt es, die Diode richtig herum im Anschluss zu platzieren (Foto).

(Hinweis: Der Anschluss der Diode erfolgt unbedingt wie beschrieben. Beim Verpolen der Diode geht zwar nchts kaputt, Gandalf funktioniert dann aber nicht.)

7. Adım: Wissenswertes - Prozess Zur Kalibrierung

Die Tabellen, zur zur Verfügung stellen, damit Gandalf gültige Messergebnisse liefern kann, wurden mit umfangreichen Messreihen angefertigt. Gandalf soll die Leistung von Lasern messen können, die sich in

• Wellenlänge içinde einem Bereich von 405 -785nm
• ve Leistung

unterscheiden. Aus diesem Grund war es notwendig die Messreihen mit verschiedenen Lasern als Lichtquellen und in verchiedenen Messbereichen durchzuführen. Wir haben hierbei Wellenlängen von typeischerweise erhältlichen Lasern im sichtbaren Spektralbereich verwendet. Der Kalibrierungsprozess verlief wie folgt:

1. Bestrahlung der Photodiode mit acht verchiedenen Lasern der Wellenlängen

   • 405 nm (mor)
   • 445 nm (blau)
   • 488 nm (camgöbeği)
   • 532 nm (gün)
   • 568 nm (gelb)
   • 632, 8 nm (çürüme)
   • 670 nm (bağlama)
   • 785 nm (Grenze sichtbarer Spektralbereichs/Infrarot)
2. Messung mit Sauron- Die Leistung der Lichtquelle wurde bei jder Messung so eingestellt, dass Sauron etwa 30.000 Counts zählt. Da Sauron Counts im Bereich, 0 ve 65.536 (16Bit ADC) için, erwies sich der angepeilte Wert, 30.000 Counts als praktisch. Bu nedenle, Messdaten um diesen Bereich bewegen, ohne die Photodiode in den Sättigungsbereich oder nicht messbaren Bereich zu führen.
3. Messung mit hochwertigem Leistungsmessgerät - Nach jeder Messung wurde Sauron gegen ein sehr hochwertiges kommerziell erhältliches Messgerät ausgetauscht, um die Leistung zu ermitteln. Her şeyin başı ve daha fazlası Messgerät Saha Ustası ve Firma Tutarlı. Die Einstellung der Lichtquelle blieb unverändert. 8 Laserdioden, Sauron ve zugehörigen tarafından yapılan sayımlar için temel belgeler.
4. Annähern des Messverhaltens mittels Polynom - Bir die erhaltenen Messdaten wurden Polynome angepasst. Die ermittelte Polynome erlauben die Interpolation der Kalibrierdaten auf nicht gemessene Wellenlängen. Hiermit können wir auch bei Wellenlängen sinnvoll messen, denenen Referenzlasersystem zur Verfügung standı.

5. Wiederholung für verschiedene Messbereiche - Damit ein breiter Bereich von Leistungen für die verschiedenen Wellenlängen abgedeckt weden kann, sollte jede Messreihe für die verschiedenen verfügbaren Messbereiche

• 20 nA
• 80 nA
• 320 nA
• 1280 nA
• 5120 nA

wiederholt werden. Daha fazla bilgi için bkz. 30.000 Counts Nähern. Damit güverte Sauron einen Bereich verchiedener Sensitivitäten ab.

Adım 8: Wissenswertes - Wieso Geht Es Bei Der Leistungsmessung Um Wellenlängen?

Anleitung zum Aufbau von Gandalf, çoğunlukla Rede von bestimmten Wellenlängen'de. Aber ist das überhaupt mıydı?

Als Licht Wid in Physik ve Bereich elektromagnetischer Strahlung bezeichnet, Auge sichtbar ist. Dieser befindet sich in einem Wellenlängenbereich von etwa 380-780 nm. Das Auge hızlı kalıp verchiedenen Wellenlängen als Farben anfangend bei violett (380nm) über blau, grün, gelb und rot (780nm) auf.

Die Energie eines Photons berechnet sich über:

E=s*f

mit h= Planck'sches Wirkungsquantum (h=6, 62606896*10^−34 Js.); und f=Frequenz der Strahlung

f=c/λ

mit c=Lichtgeschwindigkeit (c= ‎299.792.458 m/s); und λ = Wellenlänge der Strahlung.

Foton enthält ayrıca mehr Energie als ein "rotes" Photon (deswegen bekommt man auch nur von UV-, ayrıca ultraviyole, Strahlung mit sehr kurzen Wellenlängen Sonnenbrand). Die Leistung einer Lichtquelle gibt ve, wiviele Photonen diese Lichtquelle pro Sekunde aussendet. Eine Lichtquelle mit 1W Leistung im violetten Spektralbereich gibt ayrıca weniger Photonen pro Sekunde ab, ayrıca eine Lichtquelle im roten Spektralbereich.

Die Erzeugung des Photodiodenstroms (welchen wir messen) hängt von der Anzahl der einfallenden Photonen ab. Jedes Photon erzeugt, daha fazla Photodiode ideallerweise ve Elektron-Loch-Paar'da. In der Praxis gehen einige Elektron-Loch-Paare verloren. 100 Foton erzeugen çok bspw. 60 Elektronen-Loch-Paare. Eine sinnvolle Zuordnung dieser Anzahl von Elektronen-Loch-Paaren'in fotoğrafı.

En iyi seçimler, en iyiler, en iyiler.