Как определить дальность работы ИК-связи?, Если есть сведения о свето и фотодиоде Опции

[DmitriyX]

У фотодиода написано в характеристиках: ток при освещенности 1мВт/см^2, а у светодиода я не понял, что нужно смотреть. Но каким образом определить расстояние, на котором поток, излучаемый светодиодом будет составляеть 1мВт/см^2? Что на что умножить и поделить?
Спасибо заранее большое

[yornik]

То, что Вам нужно, вроде называется оптико-энергетический расчет и штука это тонкая. Вам нужно знать оптические схемы (хотя бы углы расходимости) светодиода и фотодиода, реальную площадь площадки фотодиода, соответствие спектральных характеристик, наихудший случай взаимной ориентации приемника и излучателя и кучу чего еще.

[DmitriyX]

То, что Вам нужно, вроде называется оптико-энергетический расчет и штука это тонкая. Вам нужно знать оптические схемы (хотя бы углы расходимости) светодиода и фотодиода, реальную площадь площадки фотодиода, соответствие спектральных характеристик, наихудший случай взаимной ориентации приемника и излучателя и кучу чего еще.

Допустим, что они смотрят друг на другая прямо, без расхождений. Допустим, что пиковые длины волн равны. Допустим, что площадь фотодиода известна.
Допустим, что известна чувствительность фототранзистора: 0.1мА при облученности 1мВт/см^2.
Допустим, что известна яркость светодиода: 1мВт/стерадиан.
Можно ли на основе приведенных сведений определить дальность приема сигнала?

[yornik]

Нет, даже при таких допущениях можно только определить фототок, вызванный светодиодом. Если речь про дальность приема, то нужно еще знать шумовые характеристики приемника, к которому фототранзистор подключен, темновой ток фототранзистора и уровень паразитной засветки фототранзистора фоном (на котором нужно определить наличие горящего светодиода). Скорее всего, если Вам нужно именно дальность приема поднять, Вы захотите промодулировать свечение светодиода, скажем, частотой 34-38кГц, чтобы фильтром ее было легче выделить из помех и дальность увеличить - как, сопссно, во всех ИК ДУ-пультах сделано.

[Alexandr]

Основной закон фотометрии:
dW=dA1*dA2*L*cosQ1*cosQ2/R*R,
где dW-элементарный световой поток
L- яркость света элемента dA1 в направлении dA2
R - расстояние между поверхностями

Да и не забывайте про рассеяние и поглощение среды, через котрую передается излучение (в формуле оно не учтено).

Эскизы прикрепленных изображений

 

[DmitriyX]

Основной закон фотометрии:
dW=dA1*dA2*L*cosQ1*cosQ2/R*R,
где dW-элементарный световой поток
L- яркость света элемента dA1 в направлении dA2
R - расстояние между поверхностями

Да и не забывайте про рассеяние и поглощение среды, через котрую передается излучение (в формуле оно не учтено).

Мне бы хотя примерно оценить максимальную дальность сигнала, хотя бы порядок.
Правильно ли я считаю:
Пусть у светодиода излучение 30мВт/стерадиан, а у фотодиода ток 1мА при 1мВт/см^2. Пусть площать фотодиода 1см^2, хотя таких больших наверно даже и не бывает.
Насколько я понимаю, площадь поверхности сферы, вырезанной одним стерадианом равна R*R, где R-радиус сферы. Тогда получается, что у светодиода излучение попадающее на площадь 1см^2, составляет 30мВт.
Следовательно, на расстоянии от диода sqrt(30)см (корень квадратный) =5.5см, попадает мощность, равная 1мВт, какая и нужна для получения фототока.
Но тогда получается, что слишком маленькая дальность, учитывая то, что диод по-моему достаточно сильный. К тому же никакого поглощения среды здесь не учтено, следовательно на практике еще меньше.
Такое ощущение, что где-то я ошибся в порядке, но не могу понять где.

Не мог бы мне кто-нибудь помочь найти ошибку в рассуждениях?

Спасибо заранее

[Alexandr]

У Вас есть одна принципиальная ошибка - вы считаете что мощность излучения светодиода в телесном угле 1 стер распределена равномерно. Это не так. Наибольшее излучение находится на оси светодиода, а далее оно не линейно уменьшается (обычно экспоненциально). Почитайте повнимательнее datasheet на светодиод. В расчетах вы не учли множитель L, поэтому и получили странные результаты.

Прикрепленные изображения

 

[yornik]

2 DmitriyX: А почему Вы считаете, что " мощность, равная 1мВт, какая и нужна для получения фототока" ? 1мВт мощности - это ОЧЕНЬ много, это целый 1 мА фототока. Что Вам мешает работать с меньшим фототоком? И какие все же параметры реально есть у Вас для светодиода - общая мощность излучения по всем направлениям и угол "раскрыва" диаграммы направленности по некоторому уровню (скажем, -10дБ), или мВт/ср на максимуме диаграммы направленности светодиода? Обычно там надо из кандел выползать.

[DmitriyX]

2 DmitriyX: А почему Вы считаете, что " мощность, равная 1мВт, какая и нужна для получения фототока" ? 1мВт мощности - это ОЧЕНЬ много, это целый 1 мА фототока. Что Вам мешает работать с меньшим фототоком? И какие все же параметры реально есть у Вас для светодиода - общая мощность излучения по всем направлениям и угол "раскрыва" диаграммы направленности по некоторому уровню (скажем, -10дБ), или мВт/ср на максимуме диаграммы направленности светодиода? Обычно там надо из кандел выползать.

В документации на фототранзистор указан фототок только при 1мВт/см^2.
и графика там нет. Прилагаю документацию на фотодиод и светодиод. На расхождение длин волн можно не обращать внимание, т.к. вся документация аналогична на диоды с разной длиной волны.
Если не сложно, то посмотрите, пожалуйста, эту документацию и помогите примерно прикинуть порядок максимальной дальности обмена между двумя светодиодами. Совсем запутался.

Прикрепленные файлы

 KP_1608P1BT_V1__Photo_transistor_.pdf ( 64.98 килобайт ) Кол-во скачиваний: 70
 KP_1608F3C_V2_.pdf ( 61.2 килобайт ) Кол-во скачиваний: 51

 

[yornik]

1) В этих pdf-ках задано все в энергетических величинах => геморроя с канделами и прочими световыми единицами нет.
2) Мощность излучения задана на максимуме диаграммы, P0(минимум при токе 20мА)=0.4мВт/ср => на малую площадку, перпендикулярную оси светодиода, будет попадать Pout=P0/(4*Pi*R^2) (на расстоянии R=1м получим 32мкВт на м2, или 3.2нВт/см2); площадь приемника сокращается при таком рассмотрении.
3) Предположим, у нас нет никакой модуляции и просто самый фиговый приемник из всех возможных - некая пороговая схема по току фототранзистора: если ток меньше какого-то уровня (скажем, Iпорог=0.1мкА - максимально возможный темновой), то принимается решение "светодиода нет или выключен", если ток больше - то решение "есть включенный светодиод". Но, поскольку минимальный темновой ток не задан, нам надо гарантировать, что ток превысит заданный нами порог даже при нулевом темновом токе ( ток = фототок + темновой ток), т.е. нужна Pin = Ee * Iпорог/I(on) = 1мВт/см2 * 0.1мкА/0.1мА = 1мкВт/см2 - фотоприемники (в отличие от излучателей) весьма линейны, графики тут не нужны, догонять поток до паспортного для фототранзистора 1мВт/см2 для работы совсем не надо.
4) Если на 1м расстояния мы имели 3.2нВт/см2, а надо 1мкВт/см2, то придется подтащить фототранзистор к светодиоду на расстояние 1м/sqrt(1000/3.2) = 5.6см - похожая на Вашу цифра, но совсем другая тем не менее

Итого: Вам гарантированно удастся получить сигнал от этого cветодиода даже с таким убогим (убогим в смысле принципа; надежно проверить ток на превышение 100nА легко, но не абсолютно легко) приемником на расстоянии 5.6см. Если взять не минимумы, а типичные величины - то больше.

А чтобы максимальную дальность получить, надо модуляцию добавлять, внешнюю засветку считать и/или ИК-фильтры вводить; возможно, упомянутые Вами какие-то другие диоды с 30мВт/ср брать (хотя бы не с таким широким углом видимости, как тот, на который pdf-ка), может даже оптику ставить, ... - и вообще как-то понимать, зачем это все делается.

А вообще, если кто профессионально выполненную "рыбу" оптико-энергетического расчета бросит - что для конкретной пары "светодиод - фотодиод", что для матричного ИК-фотоприемника с объективом и охлаждаемой диафрагмой - то я и сам с удовольствием ознакомлюсь

[yornik]

Да, 4*Pi у меня лишние - и расстояние будет побольше, соответственно - смотреть расчеты тут:

http://www.fairchildsemi.com/ds/1N%2F1N6266.pdf

[net]

Да, 4*Pi у меня лишние - и расстояние будет побольше, соответственно - смотреть расчеты тут:

http://www.fairchildsemi.com/ds/1N%2F1N6266.pdf

примерные мощности которые используются для оценки оптической связи

на PIN диодах - стабильный сигнал при 1 мквт
на ЛФД диодах - стабильный сигнал при 0.04 мквт
при ФЭУ - стабильный сигнал при 0.002 мквт
в полосе 1 ГГц
для сравнения сетевая карта выдает мощность заведенную в оптоволокно порядка 20-14 мквт в зависимости от хорошей согласованности оптоволокна и "фотодиода"

[yornik]

"примерные мощности которые используются для оценки оптической связи" - по прочтении http://www.fairchildsemi.com/ds/1N%2F1N6266.pdf и подобных у меня сложилось впечатление, что тут речь не о связи, а о применениях типа обычной шариковой мышки - почти вплотную стоят ИК-светодиод и фототранзистор, между ними - колесико с дырками; этакий разнесенный оптрон, без всяких усилителей/модуляторов получают логический сигнал.

[DmitriyX]

Спасибо огромное!
Ваши советы очень помогли!

[тавр]

Очевиднр Ваш канал будет работать с импульсным синалом. Здесь очень важно, какой именно импульс тока чере СИД Вы намерены пропускать. Допустимый импульсный ток, при боьшой скважности, может в десятки раз превышать среднее значение. Важно, чтобы соблюдалось условие: частное от деления импульсного тока на скважность должно быть меньше или равно сренему допустимому току. И ещё: увеличению дальности способствуют отражатели на передающей и приемной стороне (даже банальные рефлекторы от фонариков). Вообще, масса тонкостей. Проще собрать макет и щупать, чем все рассчитать.