В очередной раз о синхродетекторе Опции

[Pavel73]

Здравствуйте, много информации перечитал, но осталось несколько вопросов по синхронному детектированию. Конкретно - по детектированию сигнала после фотодиода. Схема установки классическая: источник света - механический обтюратор - исследуемый образец - монохроматор - фотодиод. Схема компенсации засветки на ОУ по вычитающей схеме и полосовые фильтры работают отлично - при обкатке расстояние от выходной щели монохроматора до фотоприемника делалось около 50 мм и включалось верхнее освещение в виде люминесцентных ламп, при этом мплитуда сигнала фотоусилителя прыгала примерно на 250 мВ при небольшом коэффициенте усиления, зато после компенсации и полосового фильтра, выделяющего частоту модуляции примерно в килогерц, форма сигнала и амплитуда изменялись очень незначительно относительно полезного сигнала. Докучи к этому нужно приделать ещё синхронный детектор. Так как опыта работы с ними не было, первым взгляд упал на статью Дмитрия Лапшина "Простой метод синхронного детектирования" из журнала Схемотехника, она прикреплена ниже. Собран детектор на AD781 - мс выборки-хранения. Но как-то совсем не нравится его работа, может что-то делаю не так или недопонимаю, подскажите. Одновибратор - АГ3, длительность регулируется хорошо и время начала запоминания амплитуды полезного сигнала устанавливается стабильно и почти не плавает. Запутался с вопросом перекрывания частот. К примеру если опорная частота около 1 кГц, а частота помехи в несколько раз меньше, то она однозначно перекрывает опорную и выборка и хранение в случае величины просочившейся помехи, сравнимой с полезным сигналом, будет проведена именно по амплитуде помехи или сумме амплитуд помехи и сигнала. Ниже осциллограммы работы. Синяя -сигнал после детектора, желтая - сигнал с фотоусилителя, зелёная - импульс с оптопары обтюратора, розовый - импульс после одновибратора. Всё вроде хорошо, частоты, большие опорной, детектор гасит, но при меньших частотах амплитуда продетектированного сигнала начинает скакать. Как должно быть в оригинале? Как-то смущает эта выборка-хранение. Однозначно соберу поиграться детекторы на основе перемножения и ключевания, но как-то подзапутался со схемами. Если дадите пару советов по работе с AD781 или поделитесь обкатанными схемами синхродетекторов на попсовых деталях, буду очень признателен.

Сообщение отредактировал Pavel73 - Jun 7 2014, 07:01

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Pavel73]

Да оно, в общем, так и получается, как ни смешно. В моём случае эксперимента каждое устройство работает как и было задумано, но оказалось, что нет особого смысла в применении вдовесок ещё и синхродетектора, повторяющего уже полученную амплитуду. Плюс его в моем случае разве что в получении постоянного напряжения. Но пригодится это, думаю, только когда закончу с ацп. Если делать 10-20 измерений для их последующего усреднения при наблюдении конкретной длины волны, то амплитуда после УВХ будет постоянной независимо от момента времени, в который ацп будет выполнять свою работу. Хотя, запуск АЦП можно так же синхронизировать с работой оптопары и проводить измерения во время максимальной освещённости образца, не городя огороды, хоть 10, хоть 100 раз. Короче, получилась пятая нога у собаки Но тогда вопрос - что я опять недопонял, ведь в случае применения чувствительного фотоприёмника и хорошо настроенного полосового фильтра, установка в принципе не нуждается в синхронном детекторе? Почти во всех научных статьях по фотометрии говорится, что авторы такие-сякие молодцы и применяют синхронный детектор при измерениях, но ни в одной статье не приводится схем, не говорится на основе чего применяется детектор и действительно ли есть в нем смысл. Очень многие применяют тот же ФД24-К для измерений и достаточно неплохие ОУ после него, получая те же сотни милливольт полезного сигнала. Ощущение, что синхронный детектор просто дань моде в случае фотометрии, так как более чем достаточно просто модулировать свет от источника и выделять амплитуду на известной частоте, избавляясь от широкого спектра помех.

Сообщение отредактировал Pavel73 - Jun 15 2014, 10:40

[Меджикивис]

вопрос - что я опять недопонял, ведь в случае применения чувствительного фотоприёмника и хорошо настроенного полосового фильтра, установка в принципе не нуждается в синхронном детекторе?

Вы достигли хорошей фильтрации за счет сильного различия частоты модуляции и полосы возможных помех.
Обтюратор с какой скоростью у Вас крутится - ну максимум герц 10? - разумеется килогерцовую наводку Вы задавите практически полностью всего лишь фильтром.
А если например нужно исследовать более быстрые процессы, и Вы модулируете лазер частотой 2кГц? - вот тут Вы уже от килогерцовой наводки не отделаетесь так легко.
И еще зависит от величины сигнала с датчика. У нас, например, в одной установке используют не ФД24-К, а германиевый детектор, охлаждаемый жидким азотом(!) для понижения теплового шума. Сигнал с него чрезвычайно мал. Даже при всей экранировке, многократно превосходящие помехи идут по всему мыслимому диапазону, включая и скорость вращения "вертушки".
Фильтры используются только предварительно, чтобы отсечь заведомо неиспользуемую часть. Всю главную работу по выделению сигнала производит именно синхронный детектор. Без него оцифровать практически ничего невозможно для таких условий.


Резюмируя:
Просто у Вас очень мягкие и комфортные условия, что оказалось достаточно лишь фильтрации. Используйте сразу АЦП - в этом нет ничего плохого совершенно, если в заданные рамки точности укладываетесь.

Но вот когда будете ставить другие эксперименты и если помехи начнут захлестывать - вспомните о фазовом детекторе, и не с запоминанием (для этого достаточно уже АЦП!) а с ключами и последующей фильтрацией.
Хотя! - как уже тут говорилось. Если АЦП достаточной разрядности и быстродействия, синхронное детектирование можно произвести целиком в цифровом виде и дальнейшее сглаживание с применением сложных статистических способов. Это хороший современный путь.

Почти во всех научных статьях по фотометрии говорится, что авторы такие-сякие молодцы и применяют синхронный детектор при измерениях < . . . > Ощущение, что синхронный детектор просто дань моде в случае фотометрии

Ну, в общем, это тоже есть. Если Вы опубликуете работу с прямой оцифровкой, некоторые снобы могут скривить свою физиономию. Но это уже вопрос так сказать политический... Приходится думать, что писать, чтобы работа хоть как-то увидела свет. Увы! Еще Де-сент Экзюпери съюморил, что астроному, доложившему об открытии, не поверили только потому, что тот был одет по-турецки))))))
Ну а Вы напишите, что синхронное детектирование осуществляется в цифровом виде с использованием АЦП

Сообщение отредактировал Меджикивис - Jun 15 2014, 13:25