Детектор светопоглощения

[Lira_1732]

Мрррмяу, уважаемые радиолюбители! Девушка слёзно просит о помощи. Я довольно неполохо знаю физику, знакома с программированием в Pascal, но никогда не имела дела с радио(?)делом.
Понадобилось сделать детектор светопоглощения. Его схема состоит в том, что свет от лазерного светодиода проходит через слой вещества, на выходе стоит светочувстительный элемент, а по изменению показаний судят о составе. Элемент подключается к компьютеру, который затем позволяет провести дальнейшие вычисления. Насколько я понимаю, сигнал с элемента должен быть предварительно пропущен через АЦП. Теперь вопросы:
1. Можно ли для этих целей использовать Game port звуковой карты? Какую точность и частоту дискретизации он обеспечит?
2. Какой лазерный светодиод посоветуете с максимумом эмиссии около 660 нм, способный проработать несколько часов кряду?
3. Как его подключить к Game port (следуя из его распайки)?
4. Что выбрать в качестве светочувствительного детектора? Определяющим фактором в выборе является чувствительность около 660 нм: чем выше, тем лучше.
5. Опять же встаёт вопрос о схеме его подключения.
Помогите, пожалуйста, я – не халявщица и действительно пытаюсь понять! Но так случилось, что дело не терпит отлагательств.

[Anode_Katode]

Судя по длине волны нужен именно видимый диапазон, и именно красного цвета? В свое время мне попадался светодиод IDL250M-640, где 250 - мощность в мВт, 640 - длина волны. Есть и IDL250M-680 (видел в одном из магазинов), и, скорее всего 700. Только еще стоит задуматься о расходимости и ширины линии излучения диода (мне кажется для данного проекта важные параметры).
Еще один встречный вопрос-предложение, как я понимаю, ближний ИК-диапазон не пойдет, т.к. разогрев образца крайне не желателен? Тогда может задуматься о китайских указках-лазерах? Для примера вот они: http://www.dealextreme.com/products.dx/category.910, правда расходимость великовата...
По поводу звуковой карты... Максимум 20 кГц дискретизации, идея так себе. Много раз здесь обсуждалась. Мне кажется, для повышения точности стоит задуматься о внешнем АЦП.
Насчет приемника, то тут главное - интенсивность излучения, а далеко не передача какого-либо кода. На вскидку, могу предложить только фото транзистор, где, по идее, ток базы заменяется на световой поток... Хотя могу ошибаться.
Когда столкнулся с похоже проблемой, здорово выручила статья: http://www.support17.com/component/cont ... ?task=view, был приобретен спецприбор.
Если появятся еще мысли, напишу в форум...

[Lira_1732]

Спасибо, что откликнулись! Да, именно видимый диапазон и именно в красной части спектра, поскольку свет этой длины волны лучше всего поглощается моими соединениями. Я подумала, что на входе в приёмник неплохо было бы установить красный светофильтр для уменьшения фона и сужения диапазона до моей длины волны.
По поводу частоты дискретизации, если она такая, как вы указали, этого более, чем достаточно. Главное, чтобы хорошо фиксировался сигнал приёмника (под "хорошо" я подразумеваю маленькую погрешность и достаточно высокое разрешение по оси сигнала).

Что если я подключу лазерный диод через резистор к 1-4, а сигнал чувствительного элемента будет поступать на 3? Ничего не надо делать с другими направлениями?

[Alximik]

Если есть проблемы с радиоделом, то может стоит просто купить готовое решение. Например L-Card или ее аналоги (разного рода недорогие USB-осцилографы).
Китайские указки, которые вам советовали выше очень не рекомендую. Сам хотел ставить такую, но параметры излучения во времени ох как плывут у них (по-крайней мере у зеленых 535 нм и синих 405 нм). С ней если и работать, то только с параллельным измерением мощности луча.

[Anode_Katode]

Что если я подключу лазерный диод через резистор к 1-4, а сигнал чувствительного элемента будет поступать на 3? Ничего не надо делать с другими направлениями?

Смотря какой лазерный диод использовать. Обычно они много "жрут" (250 мА и более), сам порт может не выдержать. Теоретически, надо бы подавать питание от отдельного источника, и использовать все таки не game-port, а аудиовход. Про осциллограф на звуковой карте много было тем здесь. Там и программы уже готовые есть, и советы как помехи снизить, и методика доработки предложена.

Китайские указки, которые вам советовали выше очень не рекомендую. Сам хотел ставить такую, но параметры излучения во времени ох как плывут у них (по-крайней мере у зеленых 535 нм и синих 405 нм). С ней если и работать, то только с параллельным измерением мощности луча.

Да, есть такая штука. Специально интересовался и знающих людей, теперь с уверенностью беру свои слова обратно по поводу приобретения китай-лазера. Лучше спец диоды.

[Lira_1732]

Думаю, стоит отказаться от идеи с гейм-портом... Но не с самой звуковой картой.
Диод не более, чем на 5 милливатт. Например: http://www.chipfind.ru/catalog/optoelectronics/laserdiodes/d6605i.htm.
Хорошо, если я доработаю звуковую карту, есть ли возможность получить результаты в виде двухмерного массива зависимости сопротивления фотодиода от времени в блокнотовском файле? Я не нашла конкретного ответа...
И ещё, вот возьму я фотодиод, положим такой http://sales.hamamatsu.com/en/products/solid-state-division/si-photodiode-series/si-photodiode/part-s6430-01.php. Какими факторами определяется точность фиксации светового потока? Насколько точно получится фиксировать значения при простом подключении к линейному входу без усилителя? Я понимаю, что это зависит от карты, но всё же исходя из общих соображений.

[Anode_Katode]

есть ли возможность получить результаты в виде двухмерного массива зависимости сопротивления фотодиода от времени в блокнотовском файле?

Есть, по крайней мере пару лет назад натыкался на программку, которая "оцифровывала" поток и записывала в текстовый файл.

Насколько точно получится фиксировать значения при простом подключении к линейному входу без усилителя?

Все зависит от датчика и разбега интенсивности свечения на нем. По идее должно хватить сигнала с датчика без усилителя, при условии, что минимальное значение будет не более 70% от максимального, т.е. разбег 30% и более (это по личному опыту работы со звуковухой, вполне возможно есть и другие мнения).
В крайнем случае, можно воткнуть простой усилитель сигнала на операционнике, что-то типа http://www.radiohlam.ru/teory/invusou.htm.

[Anode_Katode]

Да, и еще, стоит задуматься по поводу защиты от помех. Но это уже ближе к моменту, когда появится окончательная ясность с оборудованием и конструкцией.

[Lira_1732]

У меня возникла идея. Если я правильно поняла, все модификации аудиокарт производятся только для того, чтобы получить возможность регистрировать постоянные напряжения... А если подавать энергию на светодиод короткими импульсами с определённой частотой, превышающей порог восприимчивости аудиокарты? Тогда ведь и на фотодиоде будет возникать соответствующий ток. Как считаете, это прокатит? И, если да, то как это проще организовать технически?

[Alximik]

Можно зашунтировать диод каким-нибудь сопротивлением, в несколько десятков килоом и снимать с него вполне себе напряжение

[Anode_Katode]

У меня возникла идея. Если я правильно поняла, все модификации аудиокарт производятся только для того, чтобы получить возможность регистрировать постоянные напряжения... А если подавать энергию на светодиод короткими импульсами с определённой частотой, превышающей порог восприимчивости аудиокарты? Тогда ведь и на фотодиоде будет возникать соответствующий ток. Как считаете, это прокатит? И, если да, то как это проще организовать технически?

Можно и так. Только надо определиться каким образом снимать показания. Что может дать серия импульсов, и как она изменится после прохождения через образец.
Импульсы используют в основном в магнитных контурах, где измеряют/регулируют магнитное поле напрямую или косвенно. Например, металлоискатель - генерирует импульсы определенной частоты, которая меняется когда рядом с катушкой-детектором появляется металл. Частота измеряется и рассчитывается примерное расстояние до металла.
Я так понимаю, что определяющей величиной в Вашем случае будет амплитуда сигнала, а не частота, тогда зачем нужны импульсы?

[Lira_1732]

Эммм... Думаю стоит чётче оговорить цели, которых я пытаюсь добиться. Мне нужно с помощью компьютера в автоматическим режиме фиксировать параметры некого физического процесса. При этом сигнал на компьютер будет поступать с внешнего датчика (не суть важно какого; в моём случае это фотодиод). Далее ЭВМ строит график зависимости сигнала от времени, а я счастливая с чувством выполненного долга приступаю к следующему пункту своей работы.
Основная проблема здесь состоит в способе завести этот самый аналоговый сигнал в компьютер для дальнейшей обработки. Сначала его нужно пропустить через АЦП. Специализированные платы АЦП слишком дороги для меня. Западные авторы указывают на возможность использования готового АЦП, находящегося в каждом современном компьютере, а именно аудиокарты. Причём точность в некоторых случаях сопоставима с таковой у профессионального оборудования. Но здесь возникает проблема, а именно hardware-модификация платы. Момент, в котором я ничего не смыслю.
В сети я нашла инфу о том, что на входе в звуковую карты стоит фильтр, отсеивающий все сигналы, частота которых ниже 20 Гц. Пищут, что:

Однако, использование стандартной звуковой карты несет в себе некоторое ограничение связанное с её невозможностью измерять постоянное напряжение, что в некоторых случаях ущемляет возможности ремонтника, и во всех случаях является поводом для насмешек со стороны снобов. Этому досадному свойству звуковой карты была объявлена война, которая дала некоторые приобретения. Но есть потери:
1. Звуковую карту нужно доработать. Основным образом доработка заключается в закорачивании входных конденсаторов;
2. Доработанная по п.1 способом звуковая карта отказывается корректно работать со схемой на делителях приведенной выше, т.е. что-то она все-таки показывает, но не во всех измерениях и откалибровать по-прежнему невозможно. Для обхода этого недоразумения потребовалось существенно усложнить схему сопряжения с измеряемым сигналом. Идея подсмотрена здесь: Sound card based multimeter;
3. Некоторые звуковые карты не сдаются. Причем, чем она современнее и навороченнее, тем меньше шансов увидеть постоянку. Убедился в этом загубив несколько карт.

(См. здесь: http://folegion.livejournal.com/8782.html)
Касательно постоянного напряжения. Почему бы вместо переделок аудиокарты просто не сделать напряжение переменным, прерывая сигнал от датчика с какой-то определённой частотой? Поскольку процессы, характеристики которых я собралась определять, достаточно медленные, я не потеряю много информации. Прокатит ли такой расклад? Это я имела ввиду.
ЗЫ. Если есть какие-либо другие предложения, с удовольствием выслушаю.
ЗЫЫ. Ох и тяжело блондинке среди физиков.

[Alximik]

Да, переделка звуковой дело неблагодарное и в определенной степени лотерея.
Вообще модулировать сигнал это идея хорошая, так все старые (а может и современные тоже) спектрофотометры работают, некоторые еще и с механическим модулятором.
Есть предложение не обращать внимание на профессиональные АЦП/ЦАП карты, а обратить взор на более любительские поделия. Например oscill.ru или IRIS. Или же мультиметр с возможностью регистрации на ПК, например UNIT-60 или 70

[Anode_Katode]

Например oscill.ru или IRIS. Или же мультиметр с возможностью регистрации на ПК, например UNIT-60 или 70

Так чего уж лезть к мультиметрам, можно и на МК стоимостью 100р. и встроенным 10-бит АЦП собрать неплохой анализатор со связью по RS-232. И не нужно делать никаких прерывателей для исходящего сигнала, и фильтр программный можно организовать и даже первичную обработку (промежуточные величины) сигнала осуществить.
Благо, что схем подобных устройств полно, можно на сайте поискать.
Например на МЕГЕ, программатор - 5 проводов, преобразователь уровней (если есть COM-порт) или FT232RL (сразу для USB-порта), и никаких проблем. МК всегда можно перепрошить, сигнал с него будет цифровой, АЦП аппаратное.

[Alximik]

Так я понимаю что собрать на МК самое дешевое решение. Есть вариант вообще без МК, с АЦП сразу в параллельный порт
Но барышня писала, что с радиоделом знакома плохо А значит остаются готовые решения, ну или найти мальчика знакомого с радиоделом (в лаборатории могут такие водится, физики же) и его попросить.

[Anode_Katode]

Есть вариант вообще без МК, с АЦП сразу в параллельный порт

Тоже вариант! И хлопот еще меньше, чем с МК, и цена не кусается. Не обязательно ADC0820 использовать, можно любую другую с параллельным выходом (ADC0804LCN, например, сказка а не АЦП: дешевая, 8-бит, параллельный выход, корпус DIP, легко припаять). Или ADC08060, чуть подороже, зато пошустрее.

[Lira_1732]

Разрядности в 8 бит будет маловато. Это всего 256 единиц разрядности... И то в идеальном случае. Реальная разрядность обычно на пару бит меньше. Даже с усилителем этого недостаточно. Чувствую, схемы осциллографов на АЦП большей разрядности будут гораздо сложнее, но готова взять свои слова обратно.
Если подумать, то вариант с прерыванием даже выгоден. В каком плане? Поскольку оптопара будет засвечиваться как солнечным светом, так и светом ламп, питающихся от сети переменного тока, можно задать нашему сигналу частоту прерывания выше, чем частота мерцания источников света. Тогда сигнал фотодиода можно будет выделить из общего потока. Вопрос об аппаратной реализации прерывания остаётся открытым.
Здорово было бы модифицировать входной частотный фильтр аудиокарты под нашу частоту прерывания. Стоит пытаться это сделать? И если да, то как?

[Alximik]

Тогда вот есть сопряжение АЦП с СОМ-портом ПК напрямую, можно использовать TLC549 (8-bit) TLC1549 (10-bit). И, наверное подобрать какой-то 12-битный со сходной распиновкой.

[Anode_Katode]

12-бит АЦП стоят дорого На порядок дороже восьмерок... 10-бит АЦП встроены в МК, в частности в Мега8, Мега16 и т.д. Но это, видимо, тоже не вариант.

Здорово было бы модифицировать входной частотный фильтр аудиокарты под нашу частоту прерывания.

Реально сделать полосовой фильтр частот (фильтр выхватывающий только "полосу" частот из общего фона), или, на худой конец фильтр верхних частот (фильтр давящий все частоты ниже определенной.
Вот здесь математика http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/doc/op/funop_11_6.htm (особенно для любителей передаточных функций и теории автоматического управления). Вот схемы http://www.skilldiagram.com/gl5-6.html, http://www.qrz.ru/schemes/detail/4218.html, http://www.qrz.ru/schemes/detail/6425.html.
На операционниках выйдет довольно дешево и несложно. Главное в этом деле - точный расчет и монтаж (хотя если речь идет о килогерцах, то монтаж не так уж важен).

[DJ_Kiridza]

Может не совсем в тему, но всё-таки...
видел в и-нете (не помню адрес сайта, давно было) колориметр на фоторезаке и обычном цифровом мультиметре. Идея была проста - 3-цветный светодиод, переключалка (типа каким цветом он будет светить), светодиод светит в резак, мультиметр меряет изменение сопротивления.
Также есть доп. переменный резак для подгонки уровня.
В начале эксперимента ставится пустая пробирка и калибруются показания мультиметра в разных цветах, потом пробирка с жидкостью и сравниваются отличия сопротивления фоторезистора в разных спектрах.

может всё-таки просто повесить ф.резак на гейм порт, замерять сопротивление в "нулевых условиях" (когда лазер светит напрямую через пустую ёмкость), и далее просто в цикле мерять изменение сопротивления - получим набор значений, можно с привязкой к времени - можно и график строить...

или как вариант - видел в и-нете девайс - типа матрица 3х3 для 3х цветов, что-то потипу DS18B20, только не "температра_в_цифру", а "итенсивность_в_цифру", отдельно можно снимать показания для каждого из 3х цветов, если найду - скажу маркировку, на том сайте и обвязка сиего девайся была на ком-порт - автор по изменению интенсивности собирался управлять освещением в доме...