Датчик с 4-мя фотодиодами и точечным отверстием для определения вектора солнца Опции

[fazid]

Добрый день!
Возникла трудность с определением координат центра светового луча на плоскости фотодиодов солнечного датчика. Его принцип работы и принципиальная схема представлены ниже.



По идеи, фотодиоды должны выдавать сигналы пропорциональные площади светового пятна на их поверхности. При низкой мощности излучаемого света все работает нормально. Но при увеличении мощности - один из фотодиодов (в зависимости от положения светового пятна) может достигать точки насыщения. Во время насыщения одного из фотодиодов, соседние фотодиоды так же начинают немного открываться, выдавая сигналы на выходящие пины (например, если В фотодиод в насыщение, то А и С начинают выдавать большие уровни сигналов, при этом, D фотодиод находится в спокойствии) .
Пример приведен ниже. Световое пятно смещается вдоль оси Х от В к А фотодиоду. На графиках показаны выходные сигналы для низкой и высокой мощностей светового излучения (оси: Х – смещение вдоль оси Х фотодиодной сборки, мм; Y – считываемое напряжение в мВ).



На графике с высокой мощностью светового излучения на уровне -0,8 мм фотодиод В находится в насыщении, С и А выдают увеличенные уровни сигнала, при том, что А фотодиод вообще не должен быть покрытым световым лучом (радиус светового пятна: 0.5 мм).

Подскажите, пожалуйста, в чем может быть причина появления сигналов на соседних фотодиодах.

Сообщение отредактировал fazid - Mar 23 2017, 17:27

[fazid]

Используется вот такая фотодиодная сборка: http://www.hamamatsu.com/jp/en/product/alp...4349/index.html

[_pv]

из даташита: crosstalk 2%, и это без насыщения.

для определения положения пятна имхо лучше взять любой модуль камеры, они от 3$, а усреднить картинку по строкам и столбцам и найти максимумы на обоих графиках, мозгов даже у любого 8ми битного AVR хватит.
получится намного точнее.

[Baxt]

... Подскажите, пожалуйста, в чем может быть причина появления сигналов на соседних фотодиодах.

Смущает надпись "voltage data". Фотодиод выдаёт ток, пропорциональный световому потоку, а не напряжение. Напряжение может появиться и от банальной засветки внутри кристалла. Если Вы снимаете сигнал на высокоомный вход, то скорее всего от этого и проблемы.

ЗЫ: У меня видна только одна картинка

[Alex11]

А зачем у Вас резистор между + питания и фотодиодами? Чтобы организовать как раз зависимость диодов друг от друга? И совершенно невозможно прочесть название усилителя на картинке - мелко, не контрастно и не резко.

[Plain]

LTC1053, четыре заурядных автообнуляемых ОУ, но за древностью лет по 16$, ну и датчик за 80$ — задача похоже не сигналы получить, а установить рекорд по сверхзатратам.

И да, чтобы это хоть как-то заработало, невесть зачем поставленный R10 требуется ликвидировать, но всё равно не понятна конечная цель, хотя бы потому, что сигналы ограничены данными ОУ диапазоном 0,5...3,5 В.

[fazid]

Спасибо большое за ответы.

Небольшое предисловие к возникшей проблеме.

Этот датчик используется на японском университетском спутнике, который был запущен год назад.

В подобных проектах большая текучка из-за окончания или начала обучения в университете. Я вошел в проект уже на завершающей стадии инженерной модели. Занимался написание ПО для микроконтроллера системы угловой ориентации (считывания данных с различных датчиков, адаптации алгоритма угловой ориентации, работа с памятью, бортовым компьютером и другими подсистемами). Железо разрабатывали другие ребята. Поэтому я сильно не вникал в подробности схемотехнике (только если были проблемы во время тестирования).

Для тестирования солнечного датчика использовали узконаправленный излучатель света. Мощность излучаемого света довели до уровня световой солнечной постоянной, т.к. на тот момент был только люксометр. Все было в норме. Сейчас проверил мощность излучаемого света в Вт/м2 другим прибором и оказалось, что она в 5 раз меньше, чем солнечная постоянная на орбите.

Поэтому сейчас главной целью является не столько исправить ошибку, сколько найти причину и восстановить сигналы пропорциональные распределению светового пятна между светодиодами полученные с орбиты.

Похоже, что при насыщении фотодиода оставшаяся на нем энергия переходит на соседнии, тем самым приоткрывая их. Но сам принцип еще не очень понятен.
Попробовал уменьшить чувствительность датчика (номинал всех резисторов сократил вдвое). При тестировании с высокой мощностью излучающего света датчик начал работать без насыщения и перетекания между фотодиодами, т.е. в нормальном режиме.

из даташита: crosstalk 2%, и это без насыщения.

В полученных показателях датчика сигналы на соседних фотодиодах доходят до 10% при насыщении основного.

Смущает надпись "voltage data".

Это "voltage data" после ОУ датчика, которая приходит на АЦП платы угловой ориентации.

А зачем у Вас резистор между + питания и фотодиодами? Чтобы организовать как раз зависимость диодов друг от друга?

В принципе, этот резистор поставлен не правильно. Но в сложившейся ситуации может стать полезным, т.к. анализируя зависимость сигналов во время насыщения можно попробовать найти кривые пропорциональные распределению светового пятна на фотодиодах.

LTC1053, четыре заурядных автообнуляемых ОУ, но за древностью лет по 16$, ну и датчик за 80$ — задача похоже не сигналы получить, а установить рекорд по сверхзатратам.

И да, чтобы это хоть как-то заработало, невесть зачем поставленный R10 требуется ликвидировать, но всё равно не понятна конечная цель, хотя бы потому, что сигналы ограничены данными ОУ диапазоном 0,5...3,5 В.

Этот ОУ хоть и старый, но был испытан в условиях космоса ранее. Для минимизации вероятности выхода спутника со строя, используется проверенная элементная база.

А почему диапазон с 0.5 В? Нормально работает и в мВ.
Опорное напряжение АЦП - 4В. Выходные сигналы с датчика ограничили до 3.5 В.

[Plain]

почему диапазон с 0.5 В?

Потому что это сказал производитель в официальной бумаге.

Нормально работает и в мВ.

Если у древних японцев это работало, то только если они перевели выходы в класс А резисторами.