Усиление фотоЭДС

Здесь принимаются все самые невообразимые вопросы... Главное - не стесняйтесь. Поверьте, у нас поначалу вопросы были еще глупее :)
Аватара пользователя
Alximik
Открыл глаза
Сообщения: 42
Зарегистрирован: Чт окт 18, 2007 22:32:51
Откуда: Кийов
Контактная информация:

Усиление фотоЭДС

Сообщение Alximik »

Есть такая схема. Двухканальный блок АЦП (ADS1286) который меряет фотоЭДС с фотодиодов ФД256. ФотоЭДС представляет собой эквивалент оптического поглощения (на длине волны 550-555 нм.) некой полимерной пленки :roll: Коэфициент оптического поглощения этой пленки под действием внешних факторов может менятся. Запись фотоЭДС этого процесса выглядит как-то вот так:
Изображение[/url]
Как Вы уже поняли пленка стоит в канале измерения, опорный канал меряет коэффициент оптического поглощения среды. Вопрос такой:
Как можно усилить дельта U? При условии что U измерения может менятся от измерения к измерению.
У меня, пока, в качестве рабочей идеи представляется установка АЦП с большим разрешением.[/url]
Аватара пользователя
Kotische
Опытный кот
Сообщения: 885
Зарегистрирован: Сб июл 19, 2008 02:16:33
Откуда: Саратов

Сообщение Kotische »

Да собственно нет никаких проблем сделать так как ты пишешь... :)
но вот каналы могут получиться с разными характеристиками...
соответственно будет погрешность...
хотя можно на каждый канал калибровочную таблицу в процессор зашить... :roll:

А обойтись одним каналом измерения и одним фотодиодом никак нельзя? :roll:
В этом случае ты получишь гораздо большую точность...
а коммутировать оптический поток...
Аватара пользователя
Alximik
Открыл глаза
Сообщения: 42
Зарегистрирован: Чт окт 18, 2007 22:32:51
Откуда: Кийов
Контактная информация:

Сообщение Alximik »

Kotische писал(а):Да собственно нет никаких проблем сделать так как ты пишешь... :)
но вот каналы могут получиться с разными характеристиками...
соответственно будет погрешность...
хотя можно на каждый канал калибровочную таблицу в процессор зашить... :roll:

Ничего страшного, любую погрешность можно посчитать и ввести поправку.
Можете подсказать направление куда смотреть. Я пробовал ставил усилитель (правда фототока) на измерительный канал но он кроме "полезного" изменения дельта U, усиливает и основной сигнал. А мне бы так выкрутится что бы усиливалось только эта дельта.
А обойтись одним каналом измерения и одним фотодиодом никак нельзя? :roll:
В этом случае ты получишь гораздо большую точность...

Вообще можно, будет два измерительных канала, что тоже хорошо.
а коммутировать оптический поток...

Тут врядли получится.
Аватара пользователя
Пухич
Модератор
Сообщения: 4673
Зарегистрирован: Вс июн 01, 2008 00:17:35
Откуда: Я всего лишь плод вашего воображения...

Сообщение Пухич »

Я пробовал ставил усилитель (правда фототока) на измерительный канал но он кроме "полезного" изменения дельта U, усиливает и основной сигнал. А мне бы так выкрутится что бы усиливалось только эта дельта.


Если есть опорное значение основного сигнала (оно есть, я так понимаю), то можно вычесть одно из другого и усилить разницу.
Знание - сила!
Аватара пользователя
Сэр Мурр
Модератор
Сообщения: 11169
Зарегистрирован: Чт окт 27, 2005 18:50:07
Откуда: из мест не столь отдалённых

Сообщение Сэр Мурр »

А что мешает использовать дифференциальный усилитель? с небольшим коэфф. усиления.
Аватара пользователя
Пухич
Модератор
Сообщения: 4673
Зарегистрирован: Вс июн 01, 2008 00:17:35
Откуда: Я всего лишь плод вашего воображения...

Сообщение Пухич »

Сэр Мурр писал(а):А что мешает использовать дифференциальный усилитель? с небольшим коэфф. усиления.


Я про это и спросил.

Автор, видимо, пытался его применить опосля фотоусилка, но что-то помешало. Ждем ответа.
Знание - сила!
Аватара пользователя
Alximik
Открыл глаза
Сообщения: 42
Зарегистрирован: Чт окт 18, 2007 22:32:51
Откуда: Кийов
Контактная информация:

Сообщение Alximik »

Спасибо большое за ответы.
То Пухич:
Да, именно так. Вычесть из измерительного опорный и усилить разницу.
То Сэр Мурр:
В сторону дифференциальных (и измерительных) усилителей я смотрел, но так и не взялся.
Потому что оптическая часть моего устройства не сбалансирована. На том рисунке, что я привел в начале, видно что каналы смещены друг относительно друга почти на 7 мВ (причем эта величина может менятся от измерения к измерению) и примерно такую же величину имеет полезный сигнал. Такой перекос каналов, как мне казалось :oops: ограничивал применимость дифф.усилителей, так как суммировался бы с полезным сигналом.
Потому я пытался выкрутится усиливая фотоЭДС и фототок с фотодиодов (отдельно для каждого канала), и повышая разрядность АЦП (с 8 до 12 :)).
Кстати еще вопрос:
Возможно ли сделать электронное сведение каналов в ноль для инструментального усилителя, что бы усиливать только "полезный" сигнал, а если возможно, то как его лучше реализовать.
З.Ы. Да, боюсь что небольшим коэффициентом усиления тут не обойтись, вытащить сигнал хотелось бы в половину от Vref АЦП (а это 623,5 мВ) если это возможно конечно.
З.З.Ы. Извините за "многобукв" и сумбурность, пытаюсь понять и быть понятным :)
Аватара пользователя
Сэр Мурр
Модератор
Сообщения: 11169
Зарегистрирован: Чт окт 27, 2005 18:50:07
Откуда: из мест не столь отдалённых

Сообщение Сэр Мурр »

Дифференциальный с небольшим усилением служит именно для получения разности сигналов- измеряемого и опорного. Потом уже эту разницу можно усилить до любых разумных пределов. Обычно усиливают до границы допустимого входного напряжения АЦП. Ну, если предельный входной сигнал для АЦП 2,5 вольта, усиливают до 2,4 вольта (небольшой запас нужен, чтоб обнаружить перегрузку усилителя). Что касается смещения сигнала... Если полезный сигнал накладывается на смещение, а само смещение не меняется во время измерения- то вычесть его программно. У меня, например, смещение менялось в зависимости от усиления, но оставалось постоянным в процессе измерения.
Аватара пользователя
Alximik
Открыл глаза
Сообщения: 42
Зарегистрирован: Чт окт 18, 2007 22:32:51
Откуда: Кийов
Контактная информация:

Сообщение Alximik »

Сэр Мурр писал(а):Дифференциальный с небольшим усилением служит именно для получения разности сигналов- измеряемого и опорного. Потом уже эту разницу можно усилить до любых разумных пределов. Обычно усиливают до границы допустимого входного напряжения АЦП. Ну, если предельный входной сигнал для АЦП 2,5 вольта, усиливают до 2,4 вольта (небольшой запас нужен, чтоб обнаружить перегрузку усилителя).

Ага, с этим понятно.
Что касается смещения сигнала... Если полезный сигнал накладывается на смещение, а само смещение не меняется во время измерения- то вычесть его программно. У меня, например, смещение менялось в зависимости от усиления, но оставалось постоянным в процессе измерения.

Вот смещение у меня постоянно только в пределах одного измерения (для одного образца). Ставлю другой образец и получаю другое смещение и, насколько я понимаю, есть два пути решения:
- делать перекалибровку (сведение каналов) под каждый образец;
- делать усиление с запасом под возможные смещения каналов.
И если со вторым вариантом все понятно, Вы о нем написали выше. То возможно ли осуществить первый.
З.Ы. Тогда я попробую сделать по второму варианту.
Аватара пользователя
Сэр Мурр
Модератор
Сообщения: 11169
Зарегистрирован: Чт окт 27, 2005 18:50:07
Откуда: из мест не столь отдалённых

Сообщение Сэр Мурр »

Всё зависит от конечной цели- если важна абсолютная величина, то желательно делать сведение перед началом регистрации. Если интересует только динамика процесса- то можно и без сведения.
Аватара пользователя
Alximik
Открыл глаза
Сообщения: 42
Зарегистрирован: Чт окт 18, 2007 22:32:51
Откуда: Кийов
Контактная информация:

Сообщение Alximik »

В том-то и дело, что нужна абсолютная величина.
Аватара пользователя
Сэр Мурр
Модератор
Сообщения: 11169
Зарегистрирован: Чт окт 27, 2005 18:50:07
Откуда: из мест не столь отдалённых

Сообщение Сэр Мурр »

Тогда делать сведение перед началом работы, и не вычитать его программно- чтоб не терять динамический диапазон АЦП. Схем остаточно много. Если сами не найдёте- напишите, дам ссылку или практическую схему.
Аватара пользователя
Пухич
Модератор
Сообщения: 4673
Зарегистрирован: Вс июн 01, 2008 00:17:35
Откуда: Я всего лишь плод вашего воображения...

Сообщение Пухич »

Стоп. Вам надо изменение сигнала усилить? О каком смещении речь?

Вообще проблемы как таковой нет. И автоматическое смещение делается, и дифусилители любых схем. Надо только сформулировать.
Знание - сила!
Аватара пользователя
Alximik
Открыл глаза
Сообщения: 42
Зарегистрирован: Чт окт 18, 2007 22:32:51
Откуда: Кийов
Контактная информация:

Сообщение Alximik »

Пухич писал(а):Стоп. Вам надо изменение сигнала усилить? О каком смещении речь?

Да, нужно усилить изменение сигнала - дельтаU в измерительном канале (9 мВ. это максимальное значение) до уровней 800-1000 мВ, при этом как-нибудь избавится от самого Uизмерения.
Изображение
"Смещение" - это смещение абсолютной величины Uизмерения относительно Uсравнения (см. рис в первом посте) в пределах +/-20-30 мВ.
Вообще проблемы как таковой нет. И автоматическое смещение делается, и дифусилители любых схем. Надо только сформулировать.

Да, я уже просмотрел литературу. Есть даже решения в одном корпусе например как AD8555. Пока что ориентируюсь вот на такое
Изображение
А задача, в общем виде, стоит такая:
Усилить полезный сигнал (ЭДС) с фотодиода 10 +/-1 мВ в 80-100 раз и при этом отстроится от фонового сигнала в 265 +/-30 мВ.
Аватара пользователя
Пухич
Модератор
Сообщения: 4673
Зарегистрирован: Вс июн 01, 2008 00:17:35
Откуда: Я всего лишь плод вашего воображения...

Сообщение Пухич »

Т.е. у вас по каналу сравнения и измерения должны быть одинаковые значения в "состоянии покоя", но при подстановке пленки на канале измерения напряжение падает?

Или и в состоянии покоя по каналам сравнения и измерения разница будет? Какой тогда смысл в канале сравнения? Обычно канал сравнения как раз служит для того, чтобы исключить влияние всех возмущений, и выделить зависимость выходного сигнала только от измеряемой величины. Или у вас специфическая ситуация? Может проясните, если не секретно? :)

Если все же канал сравнения плывет относительно измерения и опереться на канал сравнения нельзя, тогда надо как-то сделать опорный сигнал. Т.е. некий блок с автоматической или ручной подстройкой должен формировать сигнал, который в состоянии покоя будет равен сигналу на канале измерения, а сигнал на выходе усилителя будет равен нулю (при условии, что каскад сбалансирован), а затем при вставлении пленки будет появляться полезная разность между опорным и каналом измерения, которую мы и усилим.

По готовым решениям - они скорее всего очень дороги. Мы как-то хотели в тензостанцию пихнуть AD522, а он 8 килорублей. Сделали мы тогда, как и обычно, стандартный разностник на трех ОУ. Там правда проще, все-таки в тензометрии кроме измерительного тензомоста всегда есть балансируемый полумост из обычных резисторов, питание стабильно, так что обычно достаточно одной подстройки разгруженного моста и одной подстройки усилительного каскада на весь цикл измерений.

Может все-таки можно на канал сравнения опереться? Какая у вас там в целом схема?
Знание - сила!
Аватара пользователя
Alximik
Открыл глаза
Сообщения: 42
Зарегистрирован: Чт окт 18, 2007 22:32:51
Откуда: Кийов
Контактная информация:

Сообщение Alximik »

В общем виде, конструкция выглядит так.
Изображение
- излучатель (светодиод)
- светоделительный кубик (разделение пучка, не 50/50 конечно, но делит)
- призма (изменение направление опорного пучка)
- ПАНИ-ПЕТ (собственно чувствительный материал)
- фотодатчики (ФД-256, металлический корпус с линзой)
----------
Как-то так выглядит мой измерительный стенд. Предназначен для исследования газовой чувствительности пленочных полимерных материалов на основе полианилина, политиофена, полипиррола и пр. Последовательность эксперимента такая.
В измерительный канал ставится образец. Прописыается 5-10 секунд "нулевой". После чего в систему задувается газ и прописывается изменения оптического поглощения полимерного материала (та самая дельтаU).
В канале сравнения ничего не происходит, все творится в канале измерения.
----------
А теперь к вопросам.
- разница между опорой и каналом измерения (в состоянии покоя) есть, к сожалению она обусловлена особенностями оптической схемы (светоделительный кубик не дает деления 50/50, почему-то + часть света рассеивается на призме). Составляет на "открытых каналах" (без образца) 37 мВ.
С открытыми каналами все выглядит вот так:
Изображение
При подстановке образца в канал измерения происходит проседание уровня канала измерения (см. рис в первом посте). И разница становит 9 мВ (но это значение может менятся от образца к образцу). Вот именно от этой разницы хотелось бы избавлятся что бы усиливать непосредственно полезное дельтаU (см. рис в первом посте)
- канал сравнения не плывет.
- по готовым решениям инструментальных усилителей посмотрел...Действительно, вещи красивые и интересные, но дорогие. Потому остановился пока на трехкорпусной схеме, пара AD820 (на место А1 и А2) и AD623 (на место А3). По питанию вроде бы все подходят +/-2,5В, при питании на моей схеме +5В.
Аватара пользователя
Пухич
Модератор
Сообщения: 4673
Зарегистрирован: Вс июн 01, 2008 00:17:35
Откуда: Я всего лишь плод вашего воображения...

Сообщение Пухич »

А, все теперь ясно. Кристально ясно, спасибо.

Теперь надо думать, как сделать. :)

Предположительно делаем так. Ставим разностник на трех ОУ. И делаем в нем регулировку нуля. Включаем енто дело и выставляем нуль на выходе усилка (в принципе значения порядка десятков милливольт спокойно можно устранить регулировкой, возможно будут козявки, но устранимые, в худшем случае еще один инвертирующий усилок добавится). Установку нуля можно автоматическую, а можно и ручную. Схема, как я понял, лабораторная, так что пойдет и ручная установка ИМХО.

Затем помещаем заготовку в поле зрения фотодиода. Записываем значение выходного сигнала (оно, как я понял, тоже должно быть измерено, еще без газа).

Затем пускаем газ и снова записываем выходной сигнал.

В итоге получаются значения напруги с газом и без газа. Как уж вы там дальше будете поглощение определять (регрессия или нейросеть) - не знаю, но данные будут.

Пока так.

По поводу оперков - не знаю, что у вас в усилителях фототока (хорошо бы К140УД17 или OP282), но в разностнике требования в первую очередь к малой шумности. Я бы поставил К551УД1А (дешевые и хорошие), но есть и импорт отличный, те же OP282 к примеру, есть и другие (про ваши ничего не скажу, не пользовал).

Всякий мусор типа LM358 и LM324 вряд ли подойдет.
Знание - сила!
Аватара пользователя
Alximik
Открыл глаза
Сообщения: 42
Зарегистрирован: Чт окт 18, 2007 22:32:51
Откуда: Кийов
Контактная информация:

Сообщение Alximik »

Пухич, Сэр Мурр и Kotische cпасибо большое.
Напишу, вдруг кому-нибудь еще тема поможет :roll:
Пока что решил проблему собрав какое-то подобие трехкорпусного инструментального усилителя следующей конструкции.
Схема
Как и собирался, на операционниках AD820 (которые выполняют роль преобразователей ток-напряжение) и корпусированным интрументальным AD623 (вычитает сигналы с единичным усилением).
Схему преобразователя ток-напряжение взял из этой статьи "Operational Amplifiers Part IV of VI. Working your amplifier inside the single-supply voltage "box"
Аватара пользователя
Пухич
Модератор
Сообщения: 4673
Зарегистрирован: Вс июн 01, 2008 00:17:35
Откуда: Я всего лишь плод вашего воображения...

Сообщение Пухич »

Всегда пожалуйста. Схема-то работает? :)

ЗЫ: Со снабжением у вас нехило..... Я такие операционники даже в руках не держал. :(
Знание - сила!
Аватара пользователя
Alximik
Открыл глаза
Сообщения: 42
Зарегистрирован: Чт окт 18, 2007 22:32:51
Откуда: Кийов
Контактная информация:

Сообщение Alximik »

Да в общем-то работает, сигнал стал "заметнее" :)
Изображение
Правда полезли шумы. Не совсем понятен перекос измерительной системы, когда закрытие канала А приводит к большему изменению чем закрытие канала В.
Но думаю с этим, как и с шумами, можно побороться.
Сделаю "печатку" можно будет о чем-то говорить :roll:
З.Ы. А со снабжением у нас все просто, что поймаешь на радиорынке то и поставишь в схему.
Ответить

Вернуться в «Теория»