Jak matówka wpływa na stabilność pomiarów jasności z fotodiody S130C?

Wed Apr 29, 2015 9:15 pm   

cross pl.sci.fizyka, pl.misc.elektronika,
FUT pl.sci.fizyka

Witam.

Jest sobie układ pomiarowy, gdzie za pomocą zestawu soczewek tworzy
się obraz jasnego obiektu na detektorze mającym mierzyć łączną jasność.

Detektorem jest taka, bardzo porządna, fotodioda
http://www.thorlabs.de/thorproduct.cfm?partnumber=S130C

Urządzenie działa albo przez bezpośrednią projekcję obrazu
na detektor, albo na matówkę ustawioną bezpośrednio (w odległości
mniejszej niż wynosi rozmiar detektora) przed detektorem.

Mierząc sygnał (wiele punktów pomiarowych jeden po drugim;
na poziomie kilku uW) punkty układają się z kilku procentowym
rozrzutem wokoło jednej wartości, za wyjątkiem niewielkiej
liczby pomiarów, gdzie wartość zmienia się o wielkość skupioną
w okolicy +-1uW, dość niezależnie od amplitudy samego sygnału
(włącznie z ujemnym odczytem!)

Dane wyglądają tak:

https://www.dropbox.com/s/6yoqauuf2w4z85g/dane3.png?dl=0

Na obrazku widać kilkanaście serii pomiarowych (punkty
układające się w linie, oddzielone pustymi kawałkami
- w tym czasie panowała ciemność, punkty poza wykresem)
o różnym (choć niewiele) natężeniu padającego światła.
Cześć punktów z danej serii nie układa się na tych
liniach, ale odbiega o coś rzędu 1uW.


Histogramy
https://www.dropbox.com/s/ar31uwttltnzyo1/hist%201.png?dl=0
zoom:
https://www.dropbox.com/s/xmys5xklviwdpgh/hist%20zoom.png?dl=0

Są to bezpośrednie wartości, więc wykres jest dodatkowo poszerzony
o to, że oświetlenia były różne, ale i tak widać, ze zakłócenia
mają specyficzny rozkład, skupiają się po bokach.

Znacznie więcej danych (tak, że nie widać pojedynczych serii,
punktów jest znacznie więcej niż wydaje się z wykresu),
za to z przekładającymi się obszarami o roboczym i zerowym natężeniu,
oraz dwoma obszarami 100% naświetlenia.

https://www.dropbox.com/s/f335fzybdcii404/dane.png?dl=0

Widać, ze rozrzut pików jest taki sam przy natężeniu 8 jak i 4uW,
oraz, że i dla sygnału 0uW jest wyraźny ujemny odczyt.


I teraz najciekawsze, problem praktycznie całkowicie znika, jeśli
zasłonimy detektor matówką.

https://www.dropbox.com/s/ab7djn6x61tqm46/matowka.png?dl=0
https://www.dropbox.com/s/gut2jyzqbdzp0kc/matowka2.png?dl=0

Widać zaszumione 'zero', ale bez przechodzenia na ujemną stronę.
Widać piękny i gładki sygnał. Punktu leżące w połowie,
przypominające tamte zakłócenia, leżą na granicy obszarów
sygnał-ciemność i wynikają z trafienia okienkiem we fragmenty
obu obszarów jednocześnie.
Pozostają jeszcze, również na granicach obszarów, punkty które
są znacząco wyższe niż sygnał. Nie umiem ich wyjaśnić,
nie wiem, czy są tym samym problemem.


Moje pytanie: co to za zakłócenia, skąd się biorą, i czemu kawałek
matówki je likwiduje.


Pozdrawiam
Bartek Szczygieł



Bonus:
Zakłócenia takie łatwo wyrzucić, dzięki temu detektorem (o jednym
pikselu) daje się (już nie tak łatwo) robić zdjęcia,
np. drewnianemu płaskiemu kotkowi na białek kartce.
https://www.dropbox.com/s/b1494hdpjd8q2rh/kotel.png?dl=0

;-)

Wed Apr 29, 2015 11:11 pm   

W dniu 2015-04-29 o 23:15, bartek pisze:

Czy jest ciemno dla twoich oczu czy dla diody? Dioda przecież widzi
podczerwień, której ty nie widzisz.
Podczas pomiaru dioda jest spolaryzowana zewnętrznym napięciem czy nie?

Wed Apr 29, 2015 11:34 pm   

On 30.04.2015 01:11, Bartolomeo wrote:

Jest to ciemnia, sam detektor jest dodatkowo osłonięty.
Dodatkowymi źródłami światłą w pomieszczeniu są laptop
(zamknięcie klapy nie wpływa na wyniki) i mrugające
diody switcha parę metrów dalej (znacznie ciemniejsze
niż światło z laptopa).

Ilość światła dająca sygnał jest duża, to wyraźnie widoczny
obraz średnicy kilka mm (nie plamka lasera, ale obraz jasnego
obiektu wytworzony przez obiektyw) Nie ma szans by porównywalna
taka ilość (także podczerwonego) światła dotarła do detektora.

A nawet jeśli, obecność matówki niewiele by w takim
przypadku zmieniła, światło nadal by padało.


Podejrzewam, ze tak. To jest gotowy układ.
http://www.thorlabs.de/thorproduct.cfm?partnumber=S130C
Przez usb (za pośrednictwem tego
http://www.thorlabs.de/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=4037&pn=PM100USB )
nadaje serię wyskalowanych wyników.

pzdr
bartek

Thu Apr 30, 2015 7:24 am   

Dnia Wed, 29 Apr 2015 23:15:58 +0200, bartek napisał(a):


Matówka ci uśrednia przestrzenny rozkład strumienia światła więc
przyczyny dziwnych wyników bez niej upatrywałbym w niejednorodności
źródła światła. Czym świecisz na tą diodę?
--
Jacek
Dziesięć przykazań ma 279 słów.
Deklaracja Niepodległości Stanów Zjednoczonych 1300 słów.
Dyrektywa UE w sprawie przewozu cukierków karmelkowych - 25 911 słów.

Thu Apr 30, 2015 7:53 am   

Dnia Wed, 29 Apr 2015 23:15:58 +0200, bartek napisał(a):

I to sa pojedyncze pomiary, czy sasiednie tez sa wtedy odchylone ?


matowka UV moze tlumic i gamme ... ale one by w obie strony wynikow
nie zmienialy. Odkryliscie antyfotony ? :-)

Moze problem nie jest swietlny, tylko elektryczny - reszta urzadzenia
generuje jakies zaklocenia, matowka je tlumi przed czujnikiem.
Ewentualnie oprawa matowki tlumi ... np swiatlo z boku.

Pisales ze nie laser ... ale moze moga tam powstac jakies
interferencje, raz wzmocnia, raz oslabia, a matowka usredni.

W tym czujniku jest jedna duza fotodioda ?
Bo ze zdjecia to wyglada jakby tam matowka byla
A wtedy to za nia matryca fotodiod ...

Nie wiem czy to przypadek - ale z osi by wynikalo ze matowka oslabia
swiatlo ~10 razy, moze cuda sie dzieja przy mocniejszym ?


J.

Thu Apr 30, 2015 9:51 am   

On 30.04.2015 09:24, Jacek Maciejewski wrote:


Jest sobie biały ekran (kilka cm), oświetlany projektorem
(mikromechanicznym, tzn dioda i malutkie lusterka).

Teraz ten jasny ekran rzutowany jest obiektywem (kilkoma soczewkami)
na detektor.
Powstaje na nim rzeczywisty, znacznie pomniejszony obraz
z rozproszonego na ekranie światła.

Wydaje mi się, że to wszytko jest już dość mocno wygładzone.
Sam ekran jako źródło światła jest rozciągły i gładki
(nie widać pikseli, choć to nei znaczy, zę natężenie ciut
się nie zmienia), optyka wydaje się do dalej nieco rozmydlać.

Wydaje mi się, że efekt był niezależny od jakości obrazu,
sprawdzę dzisiaj, odsuwając detektor poza płaszczyznę ogniskową.

pzdr
bartekltg

Thu Apr 30, 2015 9:51 am   

On 30.04.2015 09:53, J.F. wrote:

Pojedyncze. Sąsiedzi są niezaburzeni. (w pliku data3 to widać)



Czułość na UV jest znacznie mniejsza niż na widzialne, musiałoby to
być spore źrodło światłą. No i jak sam mówisz, tłumaczyłoby
to tylko w jedną stronę.



Foton jest sam swoją antycząstką No i antycząstki też mają
dodatnią energię.
Padała już nawet propozycja, że coś tam radioaktywnie betą sieje ;-)



IMHO mało prawdopodobne. Jest spory, oświetlony ekran
i obiektyw rzucający jego obraz na detektor.


9mm x 9mm


Tak, matówka jest tam wbudowana, odsuwa i zasuwa
się ją tym suwakiem.

Tu na górze w rogu zdjęcie z odsłoniętą matówką
http://www.thorlabs.de/thorcat/18300/S130C-SpecSheet.pdf


To drugi i trzeci zakres od dołu.
Szumy są na obu zakresach.

pzdr
bartekltg

Thu Apr 30, 2015 10:03 am   

Dnia Thu, 30 Apr 2015 11:51:01 +0200, bartek napisał(a):


Hm, faktycznie. Bardzo dziwna sprawa, szczególnie te ujemne wartości
Niewykluczone że wchodzą w grę dwa niezależne źródła błędów. Jeden bym
upatrywał w złej pracy elektroniki czyli diody i układu
współpracującego. To można od ręki sprawdzić używając innego typu diody
i/lub zmieniając układ pomiarowy.
Drugie źródło jest być może związane z metodyką pomiaru. Ekran świeci w
sposób ciągły, dioda też nie dyskretyzuje. Ale wyniki pomiaru są
dyskretne. Jak to osiągasz - co jakiś czas patrzysz na miernik i
zapisujesz wskazania?
--
Jacek
Dziesięć przykazań ma 279 słów.
Deklaracja Niepodległości Stanów Zjednoczonych 1300 słów.
Dyrektywa UE w sprawie przewozu cukierków karmelkowych - 25 911 słów.

Thu Apr 30, 2015 10:24 am   

On 30.04.2015 12:03, Jacek Maciejewski wrote:

Obstawiam, że nie maja drugiego zestawu.
Padła propozycja, by zamiast przez przetwornik podłączyć
tam bezpośredni oscyloskop i zobaczyć, jak to wygląda.
Z zastąpieniem fotoelementu będzie gorzej.


Kawałek elektroniki (przetwornik analogowo cyfrowy przeznaczony dla tej
fotodiody) patrzy na wskazanie co 3ms i wrzuca to do kompa.


Znajomy proponował, że to być może jest próbkowanie w miarę losowe
z jakiegoś sinusa, tylko wtedy czemu jest tak rzadkie, tzn tylko
niewielka cześć punktów pomiarowych jest zaburzona.

pzdr
bartekltg

Thu Apr 30, 2015 10:54 am   

Dnia Thu, 30 Apr 2015 12:24:21 +0200, bartek napisał(a):


Acha. To dosyć szybko i w niebezpiecznej bliskości do częstotliwości
sieci Można by przyjrzeć się zasilaniu. Zmienić zasilacz, może na
bateryjny, pofiltrować to i owo, poekranować, odseparować i takie tam.
Na upartego to może nawet być błąd w części cyfrowej.
--
Jacek
Dziesięć przykazań ma 279 słów.
Deklaracja Niepodległości Stanów Zjednoczonych 1300 słów.
Dyrektywa UE w sprawie przewozu cukierków karmelkowych - 25 911 słów.

Thu Apr 30, 2015 11:00 am   

On 30.04.2015 12:54, Jacek Maciejewski wrote:

Brzmi rozsądnie, tylko dlaczego w takim razie matówka likwiduje
problem?

pzdr
bartekltg

Thu Apr 30, 2015 12:32 pm   

Dnia Thu, 30 Apr 2015 13:00:49 +0200, bartek napisał(a):


światła. Może zmniejszenie natężenia i tym samym punktu pracy diody?
IMO nikt nie wytłumaczy wszystkich twoich cudawianków za jednym
zamachem, bo raczej nie ma jednej przyczyny. Eliminuj podejrzenia po
kolei.
--
Jacek
Dziesięć przykazań ma 279 słów.
Deklaracja Niepodległości Stanów Zjednoczonych 1300 słów.
Dyrektywa UE w sprawie przewozu cukierków karmelkowych - 25 911 słów.

Thu Apr 30, 2015 3:49 pm   

W dniu 2015-04-29 o 23:15, bartek pisze:


Ciekawie wygląda porównanie obrazków dane.png i matowka.png
W dane.png nie ma nic co by wychodziło poza 6e-6, jak nożem uciął, za to
w matowka.png widać dość regularny szum powyżej 5e-7.
Stawiam na błąd przetwarzania dużych sygnałów. Tzn. soft/firmware nie
radzi sobie z ekstremalnymi wartościami sygnału.
Jeśli to prawda, to osłabienie strumienia świetlnego padającego na
detektor (dowolną metodą, nie tylko matówką ale np. naświetloną błoną
rentgenowską) powinno wyeliminować ujemne wartości.

JK

Thu Apr 30, 2015 6:37 pm   

Nie wszyscy mają konto na dropbox-ie albo ochotę je zakładać, daj te
zdjęcia na jakiś darmowy server bez logowania.


--
Pozdr

Janusz_K

Thu Apr 30, 2015 7:16 pm   

"janusz_k"

Dla wygody oglądającego w adresie "obrazka" można zastąpić www na dl i mamy
link do czystego linku do pliku graficznego.
https://dl.dropboxusercontent.com/s/6yoqauuf2w4z85g/dane3.png?dl=0

Robert