Fotodioder, hvilke og hvordan?

[Mads Aggerholm]

Godmorgen.

Jeg skal have lavet en konstruktion hvor en lyskilde detekteres over en afstand på ca. 3-4 cm, således at man kan konstatere når lysstrålen brydes.

Af æstetiske hensyn foretrækker jeg IR så lyset ikke ses med det blotte øje, samtidig med at den ene af enhederne skal være så lille som overhovedet mulig.

Desværre er jeg her ude i et område af elektronikken hvor min erfaring er stort set nul.

Men hvis jeg bruger fantasien forestiller jeg mig noget i den retning her:
En IR-lysdiode (Sådan en måske: https://www.elfaelektronik.dk/elfa3~dk_da/elfa/init.do?item=75-281-45&toc=20386) sidder og lyser ned på en IR-fotodiode (sådan en: https://www.elfaelektronik.dk/elfa3~dk_da/elfa/init.do?item=75-100-07&toc=20382) og så måler jeg på resultatet af det.

Spørgsmålene er: Duer mit forslag overhovedet? Hvad skal jeg måle (strøm/spænding)? Og hvordan måler jeg dét der skal måles?

Venlig hilsen
Mads Aggerholm

[SuperClaus]

Det er en velkendt konstruktion. Se f.eks. her

http://www.circuitstoday.com/infrared-motion-detector-circuit

eller

http://www.circuitstoday.com/ir-level-detector


Afhængig af anvendelsen af detektoren, er der typisk problemer med IR-lys fra ekstrerne uønskede kilder. Dette kan løses med kollimering af detektoren, eller ved at modulere sender og modtager ens.

[B Mønnike]

Jeg tror at det noget andet og til et andet formål  Mads tænker på Claus.

Jeg kunne forstille mig at det er en bevægelse der skal detekteres.

Jeg er ikke elektromand og vil ikke kunne give den rigtige forklaring, men emnet intereserer også mig, hvor jeg med glæde ser frem til at bedre kvalificerede giver et bud, så man er fri for at famle sig frem

[Bent Andersen]

Var det ikke lettere at købe en færdig lysskranke som de kendes fra indgangsdøren til butikker?
Du ved, sådan en "ding-dong".

Bent.

[Mads Aggerholm]

Tak for svarene indtil videre.

Jeg har muligvis formuleret mig uklart, og det skal jeg gerne råde bod på:
Der er tale om en genstand i bevægelse ad en fast bane, og hver gang den passerer et punkt vil jeg gerne tælle én op.
Tællemekanismen og det hele er i orden, jeg mangler blot triggeren. På grund af størrelsen kan jeg ikke anvende et mekanisk system, og da jeg ikke vil have synlige refleksioner af lys foretrækker jeg IR: En lysdiode der lyser, og en anden der modtager. Når strålen brydes, skal det kunne måles.

Mht. størrelsen "så lille som muligt" er tanken noget med éncifrede millimetertal ;-) Derfor ideen med en IR-diode (som jeg gætter på kan gøre det) som åbenbart er 3 mm i diameter.

Som sagt kender jeg ikke til den slags, men jeg kunne forestille mig en IR-lysdiode som lyser ind i en IR-modtager. Med en passende modstand kunne man måske på en meget simpel måde lave en spændingsdeler som "kigges på" af en MOS4093 NAND med schmitt-trigger(?)

Mvh
Mads Aggerholm

[SuperClaus]

Mads:
Nu kan jeg se at Bjarke kan afgøre min faglige elektronikviden, uden selv at have samme, så du må selvfølgelig vurdere om det jeg skriver er helt sort.

De 2 kredsløb jeg har linket til, opfylder de krav du har skrevet i dit første indlæg i denne tråd.

Du kan godt lave kredsløbet mere simpelt, men får hurtigt problemer med andre IR-kilder til din detektor, med mindre at du har andre muligheder for at minimere falske IR-kilder?

[Mads Aggerholm]

Jeg kigger på dine links Superclaus, selv om jeg havde håbet på en lidt simplere løsning.

Min far lavede engang en fotocelle-styring til mit elektriske tog af en transistor med metalkappe han havde savet toppen af og fyldt med lim. Den blev aktiveret af en almindelig elektrisk pære og noget elektronik tog sig af at finde ud af om lysstrålen blev brudt eller ej. Men hvad det var for noget elektronik husker jeg ikke mere.

Mht. andre IR-kilder så skulle det ikke være noget problem. Når objektet passerer vil det så godt som dække modtageren fuldstændig, og om modtageren aktiveres af lysdioden eller en anden IR-kilde er for så vidt ligegyldigt. Det er når den dækkes til, at der skal "ske noget".

Mvh
Mads Aggerholm

[Sophiante]

Som kuriosum kan jeg nævne, at jeg for nogle år siden gjorde netop det du nævner til at trigge tændingen på min scooter. En fane afbrød lyset mellem en lysdiode og en fotodiode. Men hver gang jeg drejede omkring et bestemt hjørne gik motoren ud. Det viste sig at den lavtstående sol kunne nå ind til min sensor under disse omstændigheder!

Så altså, selvom du anvender IR lys skal dagslys stadig holdes væk fra kredsløbet.

For ca 50 år siden købte jeg en OC71 germanium transistor, den med sortmalet glashus. Når man skrabede malingen af og forbandt transistorens collector til et følsomt relæ (telefonrelæer dengang), så havde man et fint lysrelæ som kunne aktiveres på lang afstand med en lommelygte.

Men tilbage til dit problem. Hvis hastigheden er lav kan det gøres meget simpelt. En fotodiodes katode (eller transistor med åben basis) forbindes til en spænding i serie med en modstand. Når dioden belyses trækker den strøm så diode-modstands-punktet går lavt, d.v.s. nul spænding. Nå lyset afbrydes falder strømmen og dit output stiger op til batterispændingen. Dette output vil være højimpedanset og skal buffes afhængig af, hvad du skal bruge det til.
Denne simple løsning forudsætter at lyset går tilnærmelsesvis on/off, at dagslys holdes væk, samt at hastigheden er lav.

Se dette link. http://www.softwareforeducation.com/wikileki/index.php?title=Photodiodes

[harbst]

du kan skaffe dig IR lysdioder ved at slagte en gammel fjernbetjener. De er som regel ret kraftige og der er ofte flere dioder for at give et kraftigt signal. Til dit formål er en vel nok til senderen.
Du kan bruge den samme slags dioder som modtager.
På modtagersiden er der to principper.
Man kan forspænde dioden i spærreretningen og lækstømmen stiger stærkt ved belysning.
Dioden virker også som strømgenerator, men svagt i lederetningen.

Et trik er at man med et digitalkamera kan se IR lys og let konmtrollere lysdioderne.

[Morten Jødal]

Min elektronikerfaring er stort set lige så gammel som Sophiantes, og jeg husker glimrende OC71.
Så selv om jeg langt senere har puslet lidt med CMOS-kredse, vil jeg lade andre vurdere de forskellige kredsløb.

Men:

Mht. andre IR-kilder så skulle det ikke være noget problem.

Det har du muligvis ret i, men kun muligvis. Hvis der er konkurrerende lyskilder kan du få svært ved at indjustere det niveau, der skal definere "slukket".
Den simpleste løsning på problemet er dog rent mekanisk: placer modtageren bagest i et metalrør, der er indvendig sortmalet. Røret skal have god varmeledningsevne, fordi "sort" ikke nødvendigvis er sort i IR-området, og hvis det bliver opvarmet af den nedgående sol eller andet, kan du få falsk lys.
Du skriver ikke nok om din konstruktion til, at det fremgår om der er plads til et rør på et par cm foran detektoren. Men nu er ideen ihvertfald præsenteret.
Den er naturligvis blot lidt flere ord sat på SuperClaus' forslag om kollimering af detektoren.

[SuperClaus]

 - Sophiante og Morten har givet gode eksempler på falsk IR-stråling, hvilket jeg ikke uddybede nærmere.

Det er derfor at disse kredsløb typisk har indbygget modulering af sender og modtager, så det rigtige signal kan kendes fra falsk.

Sophiante er desuden inde på at dioden+modstanden som udgør den første del af detektoren, har høj impedans og der skal en buffer lige efter dioden. Bufferen er en forstærker, der ud over at kunne forstærke også har en høj indgangsimpedans og en lav udgangsimpedans. Endelig er der i de viste konstruktioner indsat filtre og variable forstærkning på bufferen, således at den kan justeres efter forskellige signal-støj-forhold.

Sagt med andre ord - det er svært at lave et stabilt kredsløb, der er mere simpelt end de viste 3 links, med mindre du virkelig kan sikre dig mod falsk IR-stråling.

[Bent Andersen]

"Røret skal have god varmeledningsevne, fordi "sort" ikke nødvendigvis er sort i IR-området, og hvis det bliver opvarmet af den nedgående sol eller andet, kan du få falsk lys."

Den type infrarød vi taler om her er almindeligvis ikke varmefølsom.
Varmestråling har bølgelængder omkring 10 mikrometer, mens strålingen fra IR-LEDs ligger i området 850...970 nanometer. Kaldes også "near-visible-infrared" fordi det ligger tæt på det synlige område.

Ideen med røret er god nok, men vær opmærksom på at det er muligt at købe IR LEDs og fotodetektorer med linser, hvor åbningsvinken kun er på ganske få grader, hvilket forøger følsomheden betragteligt.

MvH,

Bent.

[JMA]

Der findes detektorer, som detekterer en bestemt frekvens. De kræver dog, at du skal modulere lyset med en oscillator. Til gengæld, opnås stort set ufølsomhed overfor uvedkommende lys.

[Sophiante]

Som kuriosum:

I mine unge dage lavede jeg min egen pistolammunition, hvorved opstod behovet for at måle kuglernes hastighed. Jeg designede en hastighedsmåler, som bestod af to fotodioder som "så" dagslyset fra himlen (helst diffust lys fra en overskyet himmel) gennem to smalle sprækker med 15cm afstand. Når kuglen passerede sprækkerne opstod skygger som kunne detekteres. Disse pulser fik jeg ved hjælp af reedrelæer til at taste ind på en Braun lommeregner, som så viste hastigheden i displayet direkte.

Ak ja, det var før microprocessorer blev almindelige.
Et eksempel på, at dagslyset skulle detekteres.

PS: apparatet "døde" til sidst da en ven sigtede for lavt!