Здарвствуйте уважаемые!У меня возник такой вопрос,который я не могу решить самостоятельно!
Есть красный лазер 5мВт с длиной волны 680нм,луч которого проходит сквозь воду и попадает на фотодиод.Данным способом хочу измерять мутность воды.В характеристиках фотодиода написано,что чувствительность 9нА/люкс.Вопрос звучит так:Какую освещенность в люксах будет давать данный лазер на расстоянии 10см,если считать что диаметр луча 3мм?Какой фототок будет давать фотодиод,если не учитывать воду?заранее спасибо!

Измеритель освещенности (люксметр).

это понятно.но поскольку у меня курсовой проект,я должен посчитать формулой сколько люкс дает лазер.Пробовал считать по формуле светового потока Ф,а потом делить на площадь точки S,но получается какая то бешенная цифра порядка 200000 люкс.Подскажите какую формулу нужно применить чтобы рассчитать?

Обычно измеряют мощность лазера. Для этого существуют специальные измерители. А потом можно посчитать число испускаемых фотонов в секунду. Электроны, в которые фотодиод превращает фотоны обусловлены внутренним фотоэффектом. Один фотон будет продуцировать меньше одного электрона. Можно предполагать, что для специальных фотометрических фотодиодов это отношение будет почти хорошей константой. Что до освещенности, то тут сложно - Вы ведь не знаете распределение мощности по сечению луча. Также чувствительность фотодиода в люксах есть некоторое усреднение по длинам волн видимого света. Да и не нужно это Вам.
А нужно Вам отношение рассеянной (или прошедшей) энергии к испускаемой. Лучше, конечно, измерять обе величины одним датчиком, но это потребует некоторых оптических ухищрений. Если испускаемая мощность более или менее стабильная, то для не очень мутной среды точнее будут измерения рассеянного света. Подозреваю, что фотодиода маловато будет... ФЭУ на порядки чувствительнее - там фотоэлектроны размножаются. Примерно в миллион раз. Конечно, лазер достаточно мощный для получения хорошего сигнала на фотодиоде при прямом попадании, но если поглощение (рассеяние) маленькое (около процента), измерить его с хорошей точностью таким способом будет практически очень трудно. Лучше всего поставить два детектора - один для прошедшего, а другой - для рассеянного света. Второй лучше с оптикой, которая будет фокусировать некоторую часть луча на детектор. Лучше всего, конечно, - интегрирующая сфера.
Тема перенесена. Т.

спасибо за ответ!ФЭУ конечно хорошо,но у меня устройство должно быть портативным и питаться от 12В,а ФЭУ требует высокого стабильного напряжения.
Про рассеянный свет (нефелометрический метод) я знаю,но в конструкции проще измерять прошедший свет.
В лазерах пишут его мощность,например 10мВт,это мощность потребления или мощность излучения?

Сообщение отредактировал kostr89 - Sep 15 2011, 12:04

Есть такие готовые модули - там все внутри и источник высокого напряжения, и усилители разные. В т.ч. счетчик фотонов... Размер -(примерно) спичечный коробочек - большая морковка.
Hamamatsu photomultiplier modules - поищите в гугле. Купить (иногда удивительно дешево) можно на e-bay.
Мощность на выходе. Естественно.

1 люкс создает ту же освещенность, что и 1,464 mW мощности, падающей на 1 квадратный метр. Отсюда, при учете мощности лазера и из Вашей геометрии получается, что освещенность, создаваемая лазерным пучком на площадке диаметром в 3 мм, равна 740 тысячам люксов. Это означает, что фотоприемник (при условии, что его диаметр не меньше 3 мм) при данной освещенности будет выдавать 6,66 мА, если вода абсолютно прозрачна. Конечно, если вода мутная, то уровень сигнала будет ниже ровно на величину коэффициента поглощения ("мутности", в Вашем случае). На длинах в 10 см даже в очень мутной воде коэффициент поглощения не будет превышать 100-1000. Это означает, что даже в худшем случае уровень сигнала будет порядка десятков микроамперов. Измерение таких уровней освещенности не требует никаких ФЭУ, никаких сверчувствительных приемников от Хамамацу, малошумящих усилителей и всего прочего, что Вам тут начали рекомендовать.

Вот и расскажите, как можно измерить мутность воды. Не грязи, а чистой воды. По пропусканию. Прибор ведь, наверное, должен показывать качество воды. Питьевой, например. Измерение мутности в реке Хуанхэ малоинтересно.

Еще просьба не забывать, что обычно фотодиод допускает попадание не более 1 мВт оптической мощности, после чего проявляется сильная нелинейность, а при 10 мВт можно его и испортить. Если постарться, можно с помощью фотодиода измерить поглощение порядка 10-3 в жидкости, дальше интерференция помешает. Может автору достаточно ?

Для излучения с длиной волны 555нм.
А для других длин волн та же самая мощность даёт другое значение в люксах, для 680нм это будет только 0.017лк.
Все эти люксы и люмены от лукавого, ибо в их определении присутствует спектральная чувствительность человеческого глаза и при пересчёте в нормальные физические единицы это нужно учитывать.
По этой-же причине сказать что чувствительность фотодиода сколько-то там на люкс или даже на ватт, но без указания для какого излучения это всё равно что не сказать ничего.
Нужно знать для какого именно излучения эта величина и знать спектральную чувствительность фотодиода, тогда можно будет пересчитать её для другой длины волны.

Это с модуляцией, вторым лучом, одним детектором и прокачкой раствора? А если пылинка сядет на окошко.. Практически невозможно.
И поглощение от рассеяния невозможно отличить - капелька красителя... ложка дегтя...
Правда при детектировании сбоку нужно иметь уверенность в отсутствии люминисценции. Но для красного лазера вероятность большая. Можно и фильтровать растворчик для контроля. Не измерять же время жизни.

DS, а кто Вам такое сказал?
Лично разговаривал на эту тему с разработчиком лазеров и фотоприемников из Минского института информационных технологий. И получил ответ - ничего страшного, кристал входит в насыщение и все.

С удовольствием.
Для задачи измерения малых коэффициентов поглощения надо воспользоваться стандартным дифференциальным подходом, используемым, опять же, в дифференциальных спектрометрах. Для этого надо взять две идентичных стеклянных ячейку, хорошо (стабильно) оптически сопряженных и с лазерочком, и с фотоприемниками. При измерении в одну ячейку заливается вода обмеряемого образца, а в другую - достаточно чистая дистиллированная вода. Обязательна предварительная калибровка с обеими ячейками, заполненными дистиллированной водой.
Как устроен дифференциальный (или двухканальный) спектрометр - можно прочитать в массе литературы, доступной в сети. В заключение можно отметить, что, поскольку автора вопроса интересует лишь одна длина волны, то ему нужен всего лишьдифференциальный фотометр, а не спектрометр, что сильно упрощает задачу. В него можно и модуляцию завести, тогда можно будет измерять очень низкие концентрации загрязнений.

Сообщение отредактировал Holly - Sep 17 2011, 16:32

Ячейки идентичные, все углы, размеры стабильные, поверхности идеально чистые. Исследуемая вода - дистиллированная с исключительно механическими примесями. Без химических. Калибровка не только предварительная, но и последующая. А сколько синхронно вращающихся зеркал? Да еще без вибраций... Старый добрый спектрофотометр... с призмой и /или решеткой... Вот найти такой на свалке и сделать из него переносной прибор. На батарейках точно не получится... Даже призмы и решетки помогут избавиться от люминисценции... Только... знаете, какое минимальное поглощение и с какой точностью можно было измерить даже на каком-нибудь приличном... Perkin-Elmer'е? Видели спектрофотометр видимого диапазона? Там шкала обычно в оптической плотности... До 2-3...

Правы оба. Я лично снимал зависимость фототока от мощности входного излучения на красном лазере. В фотодиодном режиме для ФД-24К и S1227 фотодиодов. До 10 мВт характеристики были линейны. Однако стоит отметить, что важна не столько оптическая мощность, а плотность оптической мощности на единицу площади поверхности фотодиода. Если хорошо сфокусировать 10 мВт, то можно и насыщение преодолеть и даже фотоприёмник повредить, а если сильно не фокусировать, а иметь пятно, порядка нескольких миллиметров в диаметре, то даже нелинейность будет практически незаметна.
А по вопросу измерения мутности, то автору не помешало бы указать рабочий диапазон измеряемых "мутностей", точность измерения и желаемую чувствительность средства измерения. Тогда можно и по существу совет дать.