Прототипы сенсорных модулей, анализаторов и компонентов беспроводных сенсорных сетей применяются для анализа содержания различных веществ в жидкостях, газах и твердых субстанциях.
Деятельность осуществляется при грантовой поддержке Фонда «Сколково»
Начало работы
Введение
Рассмотрим порядок работы с нашими свето- и фотодиодами на примере измерения концентрации метана. Метан имеет сильную полосу поглощения в области спектра 3,4 мкм, следовательно, нам нужна оптическая система, чувствительная к этой длине волны. Ниже нами будет рассмотрена одноканальная измерительная схема.
Спектр поглощения метана
1. светодиод (LED)
2. устройство для питания светодиода (драйвер)
3. фотодиод (PD)
4. устройство обработки сигнала с фотодиода
5. устройство, синхронизирующее работу светодиода и фотодиода
Общая схема системы
1. Светодиод (LED)
Название каждого нашего светодиода соответствует его спектру излучения. Светодиод с максимумом излучения на длине волны 3,4 мкм (в этой области находится основная полоса поглощения метана) имеет название Lms34LED:
Спектр излучения Lms34LED при 150 mA в режиме qCW.
2. Устройство для питания светодиода (драйвер)
Для питания светодиода можно использовать драйверы, выпускаемые ООО "ЛЕД Микросенсор НТ", или внешний источник сигнала. Мы предлагаем 4 типа драйверов:Общая схема питания светодиодов:
Для оптимальной работы светодиода мы рекомендуем использовать:
▪ квазинепрерывный режим (QCW) с коэффициентом заполнения 50% или 25% для получения максимальной средней мощности;
▪ импульсный режим с импульсами малой продолжительности (менее 50 мс) для обеспечения максимальной пиковой мощности.
Жесткий непрерывный режим НЕ рекомендуется.
Подробнее о режимах работы светодиода:
3. Фотодиоды
Название каждого фотодиода соответствует длинноволновой границе его чувствительности и размеру чувствительной площадки. Для измерения метана требуется фотодиод, перекрывающий его полосу поглощения около 3,4 мкм и спектрально согласованный со светодиодом Lms34LED. Для этой цели мы предлагаем фотодиоды с длинноволновой границей чувствительности 3,6 мкм и размером чувствительной области 0,3/0,5 мм – Lms36PD-03/Lms36PD-05. Ниже представлен спектр фотодиода Lms36PD-05:
Спектр фоточувствительности фотодиода Lms36PD-05
В фотодиоде происходит преобразование оптического излучения, попадающего на чувствительную площадку, в электрический ток. Возможно несколько вариантов подключения и работы фотодиода:
▪ фотовольтаический (фотогальванический) режим – фотодиод работает без внешнего обратного смещения как источник тока
▪ фотодиодный режим – на фотодиод подается внешнее обратное смещение
Ниже представлены соответствующие схемы подключения фотодиодов:
Схемы выше представлены для общего ознакомления. Схемы подключения и полярности для конкретных моделей фотодиода находятся в прилагающихся к приборам техническим паспортам.
Рекомендуется экранировать фотодиод и подключить землю фотодиода к общей земле используемой электроники.
4. Предусилитель для фотодиода
Предусилитель необходим для преобразования токового сигнала фотодиода в сигнал напряжения и его усиления. Предусилители производства ООО «ЛЕД Микросенсор НТ» обеспечивают работу фотодиода без внешнего обратного смещения в фотовольтаическом режиме. Вы можете выбрать фотодиод со встроенным предусилителем - модель LmsXXPD-XX-R(W)-PA, или отдельную плату предусилителя - PAb.Подробнее о фотодиодах с предусилителем:
5. Устройство синхронизации работы светодиода и фотодиода
Для получения более высокого соотношения сигнал/шум при использовании оптопар светодиод-фотодиод рекомендуется использовать синхронное детектирование. В этом случае фотодиод детектирует сигнал светодиода только в момент подачи на него питающего импульса, а также производится преобразование полученного импульсного сигнала в постоянный с дополнительным усилением. Для этих целей мы предлагаем синхронный детектор SDM, который синхронизирует работу светодиода с драйвером и фотодиода со встроенным предусилителем, преобразует напряжение с выхода предусилителя фотодиода в сигнал постоянного напряжения с усилением, пропорционально амплитуде входного напряжения.Подробнее о синхронном детекторе:
Подготовка к работе
При наличии всех вышеуказанных устройств можно приступать к работе.Если используется фотодиод с отдельным предусилителем (PAb), начинайте с шага 1.
Если используется фотодиод со встроенным предусилителем, перейдите к шагу 4.
1) Пайкой соедините электроды фотодиода (анод, катод и землю) с соответствующими контактами предусилителя.
- Соблюдайте полярность подключения фотодиода: анод помечен красной точкой, катод - черной точкой.
2) Соедините выход предусилителя с клеммником входа синхронного детектора SDM.
3) Соедините клеммник питания предусилителя синхронного детектора со входом питания предусилителя, переходите к шагу 6.
- Проверьте правильность соединений перед включением фотодиода.
- Не соединяйте фотодиод с мультиметром.
4) Соедините выход предусилителя с клеммником входа синхронного детектора SDM.
5) Соедините клеммник питания предусилителя синхронного детектора со входом питания предусилителя.
6) Выберите нужные значения времени усреднения и усиления сигнала синхронного детектора SDM.
Подробную информацию о режимах настройки синхронного детектора см. в соответствующем руководстве по эксплуатации.
7) Тщательно соедините контакты светодиода с клеммником подключения светодиода драйвера.
- Контакт клеммника, помеченный “LED +”, должен быть соединен с анодом светодиода (помечен красной точкой). Неправильное соединение приведет к выходу светодиода из строя.
8) Соедините выход синхронизации драйвера с входом синхронизации синхронного детектора SDM, либо другого синхронизируемого устройства.
9) Выберите параметры питания светодиода (длительность импульса, частоту и ток), если используется драйвер с настраиваемыми параметрами.
Подробную информацию о режимах настройки драйвера см. в соответствующем руководстве по эксплуатации.
10) Соедините клеммник сигнального выхода с устройством обработки сигналов (мультиметр, осциллограф, ПК с АЦП и т. д.).
11) Подключите адаптер питания (12В DC, стабилизированное) к драйверу и синхронному детектору, соблюдая полярность. После выполнения данных шагов на устройстве обработки сигналов появится сигнал, с которым можно работать.