Ultrasnabb "Peak"-detektion

[joharohl]

Hej gott folk.

Har ett knivigt problem som jag sitter och lurar på och skulle gärna se om någon här har några idéer.

Jag hjälper för tillfället till i ett laserlabb. Vi skulle vilja logga ljusintensitet på diverse ställen med hjälp av ströljus. Det vi kommer använda är fotodioder.

Nu till problemet. Ljuset från lasrarna är pulsat. Pulslängden är ungefär 300 fs (3x10-13 s) vilket fotodioden inte har en chans att upplösa. Fotodioderna är dock ganska snabba så pulser med en stigtid på ca 5 ns är att vänta. Pulsernas avklingning är ungefär 10 ggr stigtiden. Pulshöjden är jag inte helt säker på, men några 100 mV är en rimlig gissning. Dioden får räknas som obefintlig strömkälla så klart. Repetitionshastigheten på lasrarna är 200 kHz och 1 kHz.

Vi har inga krav på puls till puls mätning även om det skulle vara trevligt. Det räcker med det senaste värdet eller ett medelvärde över ca 1s. Det vi vill ha ut från pulsen är egentligen arean av pulsen men min grundtanke är att toppvärdet räcker. Det är inte viktigt att ha ett absolut värde, relativt räcker bra. Det viktiga är att det går att se relativa skillnader.

Hur skulle ni göra för att få ut ett analogt värde lätt kan mätas av t.ex. en mikrokontroller?

Jag har googlat runt hela dagen och testsimulerat lite grejer så jag har en idé om hur jag vill göra. Men jag vill inte färga era hjärnor med min infallsvinkel. Berättar om mina egna tankar sen.

Edit: La till lite info som saknades.

[blueint]

Diod och kapacitans? Så att kondensatorn kan laddas upp utan att laddas ur bakvägen via sensorn. Kondensatorn kan sedan A/D mätas.

[Andax]

Problemet att få arean är att en integrator är svårt att få driftsfri mm. Men har man tillgång till en tidpuls för utgående puls kan man kanske använda den som reset av integratorn. Och sedan läsa av integratorvärde så snart efter intressant ströpuls som möjligt.
Beroende på budget kan man göra det helt digitalt också.

[hcb]

Ett sätt att göra detta (men det faller nog på ekonomin om ni skall mäta på flera ställen) är att använda en Boxcar integrator liknande den här. Det borde inte vara omöjligt att bygga något liknande med en snabb mikrokontroller, en snabb analog switch och en S/H-krets.

200 kHz och 1 kHz, det låter precis som de laserlabb jag driftade i Uppsala

[Nerre]

Går det inte att lösa med nån form av fysikalisk integrering? D.v.s. en sensor som styrs av "medelljuset", vet inte om en solcell kan funka t.ex.?

[hcb]

Jag tolkar det som om det är intensiteten på laserljuset som skall mätas, och i så fall måste allt omgivningsljus skärmas av utomordentligt väl om det inte skall kontaminera mätningen kraftigt. Jag tror på någon form av boxcar-liknande lösning.

Expla (tror jag) har fotodiodmoduler med inbyggd toppvärdesmätning, men jag vet inte hur de fungerar.

[joharohl]

Diod plus kapacitans vore det enklaste men det lilla jag testat klarar helt enkelt inte av den extremt låga dutycyclen.

Just sådana Boxcarmoduler är vad dom har använt förut. Dom kostar rätt ordentligt så tanken var att försöka komma på något billigare (jag jobbar "gratis" så min tid räknas inte just nu ).

Det finns trigger ut från lasrarna såklart, men tanken var att försöka göra det så enkelt som möjligt.

Idéen med switch+S&H pillar jag. Skall kolla mer om vad man kan göra med det. Det skall gärna vara självtriggande vilket kanske blir krångligt men det är värt en titt.

Jag började titta på att använda op-amps och bygga en peak-detector i stil med den på wikipedia
http://en.wikipedia.org/wiki/Precision_rectifier

Dock är opamps som är snabba nog svåra att få tag i samt dyra. Så jag började kolla efter annat. Hittade denna: http://www.edn.com/article/493236-High_ ... arator.php

I princip används en komparator istället för op-amp med den fördel att en komparator kan göras mycket snabb. ECL är meck enligt mig, så hittade max913 som är TTL. Funkar bra i pspice i alla fall. Den ger inte riktigt rätt toppvärde men blir stabilt och bra. Den går på ca $7 styck men bra mycket billigare än mycket annat.

[hcb]

>Dock är opamps som är snabba nog svåra att få tag i samt dyra

Behöver du verkligen så snabba op-förstärkare? Så länge de är snabbare än pulsrepetitionsfrekvensen borde de funka fint för att läsa av den laddning som fotodioden producerar.

Tack för tipsen till EDN, förresten

[joharohl]

Det är ju faktiskt sant. Jag måste nog ta reda på om vi har lösa dioder eller om det är färdiga moduler. Backspänner man inte dioderna vanligtvis? Kan det innebära bekymmer i och med att större delen av laddningen går till batteriet istället för till op ampen? Hur kan man koppla runt det? Skall googla lite och se om jag kan hitta något men om du vet hur det skulle gå till hcb så lyssnar jag

[hcb]

Nja, ena halvan av laddningsseparationen går ju till jord hur som helst, men den andra tas upp av förstärkarkretsen. Se bifogad fil för exempel på kopplingar.

PhotodiodeAmplifers.pdf