Добрый день!

Имею задачу, справиться с которой оказалось сложнее, чем ожидал.

Необходимо остлеживать относильное изменение интенсивности лазерного излучения при внешних возействиях. Излучение импульсное, длина импульса - сотни пикосекунд, период - сотни миллисекунд. Номинальная мощность высока, но может быть приведена к необходимой оптическими фильтрами. Предполагаю использовать для этого pin-фотодиод с емкостью порядка единиц пикофарад. Далее - преобразователь ток-напряжение на быстром операционном усилителе (макетировал на AD8000, предварительно получается что-то). Как обработать и оцифровать результат? Рассматривал несколько вариантов:
Собрать столь быстрый интегратор не получилось, даже на стадии моделирования ничего не вышло хорошего.
С пиковым детектором так же: слишком быстрый процесс.
Пока наиболее перспективным кажется использовать быстрый компаратор с RS-триггером, подавая на второй вход уровень с ЦАП микроконтроллера. Метод требует большого количества измерений, а значит и времени, но так как интересует не точное абсолютное значение, а его относительное изменение, можно уложиться на грани допустимого. Хочется чего-то получше.

Есть ли у Вас идеи на этот счет? Буду рад любым советам.
Заранее спасибо!

посмотрите схемотехнику гамма- рентген- спектрометров, там принципы те же, обработка коротких импульсов с PIN-диода (точнее подобного или фэу, но это не важно). так как у Вас большие периоды, детектор наложений и стабилизатор нулевой линии можно исключить, что сильно упростит схемотехнику. да и с шумами получше.

Сообщение удалил, возможно в нем была ошибка.

может тупо мерять тепло - и смотреть куда оно плывет- я так понял что вам не нужно N импульс относительно N+n мерять? а среднее по деревне нужно
есть же тепловые головки - не используете?

Я решал аналогичную задачу лет двадцать назад, еще на советских компонентах. Схемотехника не сохранилась, но общая идея была следующая. Не используйте pin-диод. Поставьте что-нибудь класса ФД-7 с большим окном. В предположении, что длительность импульса постоянна, энергия его будет пропорциональна амплитуде. А энергию Вам даст интеграл от импульса с фотодиода. При этом там уже никаких пикосекунд не будет, фронт будет десяток наносекунд, спад и того больше. Так что собирайте интегратор. Усилитель на входе не нужен - амплитуда при прямом лазерном импульсе там будет и так большая.

Оцифровка компаратором с защелкой на выходе скорее будет наиболее компактным и недорогим решением, можно даже пойти дальше, смещая во времени строб на компараторе, построить временную характеристику импульса в стробоскопе. Сложность скорее всего в другом, как сделать качественный преобразователь ток-напряжение, на ОУ AD8000 с частотой 1.5ГГц время нарастания в лучшем случае будет порядка 233 пс и соизмерима с длительностью вашего импульса. Можно также попробовать использовать схему выборки с диодным мостом, входной сигнал коммутировать через диодный мост парафазным стробсигналом на небольшую емкость порядка нескольких пФ и затем обрабатывать обычным АЦП.

Не знаю чего это стоит, но меня давно мучает такая мысль
А если этим импульсом возбудить несколько кварцевых осциляторов три например
например 10МГц 50 и 100
У них узкая полоса и все стабильно

В зависимости от ширины импульса изменяется наклон спектра
Возникнут переходные процессы, оцифровав которые, измерив их мощность, можно получить наклон спектра
А через него и длительность

В принципе подойдут наверное и обычные полосовые фильтры, но у них хуже со стабильностью

1. Если относительное, то должна быть дифференциальная схема измерения. На один канал подаётся импульс эталонной интенсивности, а второй измеряет контролируемый сигнал. Оба сигнала должны быть отличаться только интенсивностью, но не формой или продолжительностью.
2. Для получения максимальной ширины пропускания входной цепи необходимо использовать рабочую точку фотоприёмника с возможно низким внутренним сопротивлением.
3. Два фотодиода.
4. Нужен широкополосный дифференциальный усилитель тока.
На выходе усилителя получите импульсы тока пропорциональные разности амплитуд эталонного и входного импульсов.

Если период относительно большой, то можно нарочно испортить фотодиод конденсатором (+ резистор). Тогда импульс размажется (до сотен микросекунд или больше) и его легко будет проинтегрировать интегратором на медленном малошумящем ОУ. С ключиком сброса.

Спасибо за наводку, ищу. Пока плохо получается, правда: в тупую схемы не гуглятся, но я уверен, что что-то найду.



Да, так и нужно. Я рассматривал предварительно тепловой метод, но так как на тот момент вообще не имел никакого опыта обращения с лазерами, фотодиодный подход показался ближе и роднее. Постараюсь выжать из него все, оставив тепловые головки как последний шанс. Спасибо.



У таких фотодиодов большая емкость. Она будет медленно заряжаться во время импульса и медленно разряжаться после него. Если фотодиод не выдаст кучу ампер, амплитуда выходного импульса напряжения будет измеряться микровольтами, в лучшем случае - единицами милливольт. Интегрировать это сложно по причине шумов в реальной схеме.
Если есть возможность, поясните, что не так: я действительно не очень хорошо разбираюсь в теме.



1. Можно, хотя это будет долгое такое стробоскопирование: несколько импульсов в секунду дадут возможность получать характеристику одного состояния за десятки секунд, а это все-таки много. Но идея хорошая, особенно для отладки и настройки.
2. Работать будет, хотя и далеко от оптимального. Амплитуда будет меньше, погрешности больше. Но я пока не придумал ничего лучше.
3. Пока плохо понял, надо порисовать и осознать.
Спасибо.



Интересная идея. Но в моем случае, видимо, не подойдет: длина принимаемых импельсов у меня одинакова, меняется мощность.
Хотя для других задач может сработать, помакетирую, когда время будет. Спасибо.



Я имел ввиду изменение интенсивности излучения в одном состоянии системы относительно другого: подвинули зеркала, фильтры - измерили, подвинули ещё - измерили.
Если я правильно Вас понял, предложенный метод мне не подойдет. Но для повышения грамотности я попробую в нем разобраться подробнее. Быть может, натолкнет на идею.
Спасибо.



Амплитуда выходит слишком мальнькой. Видимо, ОУ должен быть супермалошумящим. Сначала я так и планировал сделать, закладывая в систему фотодиод с большой площадкой и емкостью около 4000 пФ, но ещё на этапе моделирования в мультисиме начали закрадываться подозрения, что что-то не так. Поделитесь, если у Вас есть идеи, как собрать действительно малошумящий интегратор, я буду искренне рад. В любом случае спасибо!

Сообщение отредактировал DmitrijProF - Sep 15 2014, 08:43

Непонятно, о какой амплитуде Вы говорите.
Кванты света порождают электроны, которые переносятся в конденсатор интегратора. Если фотонов (электронов) мало, то тут ничего нельзя сделать.

Вероятно, я просто не переключился с одной идеи на другую.
Я имел в виду следующее. Если взять фотодиод с большой емкостью, то электроны, пораждаемые квантами света, сначала будут заряжать эту емкость. По окончании импульса емкость будет медленно разряжаться. При этом амплитуда напряжения, которую можно получить на преобразователе ток-напряжение, будет совсем небольшой. Я говорил о ней.
При этом я совершенно не подумал об интеграторе заряда. Теперь попробую порисовать и подумать.
Спасибо!

Сообщение отредактировал DmitrijProF - Sep 15 2014, 09:02

Еще одна бредовая идея
Если вместо фотодиода использовать ПЗС
И дальше уже ацп и ЦОС
Или это ничем не лучше фотодиода

Насколько я знаю, таки ничем не лучше, плюс свои грабли. Но я могу ошибаться.
У меня первоначально было искушение использовать для этой задачи матрицу ПЗС с её системой обработки, уже заточенную и проверенную с этим лазером: она используется для других задач в той же системе. Но такая сказка разбилась в дребезги о габариты сборки. Одно дело - маленькая платка с smd-компонентами и pin-диодом, совсем другое - целая матрица со своим большим черным ящиком и таки та же платка с мк для обработки.

В случае с ПЗС как-бы интегрирование во времени происходит оптически
У лучей после линзы разная длина, в разные части ПЗС импульс придет с разными задержками
Кстати можно попробовать собрать какую-нибудь хреновину из системы зеркал или призм перед фотодиодом
Чтобы многократно отраженный импульс приходил с разными задержками и растягивался
Набор пластин - будут переотражения от граней