Perché la tensione del fotodiodo “rimbalza”?

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Ho installato un fotodiodo BPW-21 come mostrato di seguito:

Il foto-diodo è attivato da un raggio laser oscillante. Mi aspettavo di ottenere una transizione pulita da + 5 V a 0 V nel punto A quando il raggio laser cade sul fotodiodo e una transizione da 0 V a + 5 V quando il laser si sposta dal fotodiodo. Tuttavia, ciò che ottengo effettivamente sull'oscilloscopio sono transizioni multiple da 0 V a + 5 V che durano per alcune centinaia di microsecondi prima di accontentarsi delle tensioni previste. Di seguito alcune tracce di esempio:

La mia domanda: perché la tensione nel punto A "rimbalza"? Cosa sta succedendo nel fotodiodo per far rimbalzare la tensione tra + e + 5 V prima di stabilirsi sul valore previsto? Qualche idea

Abhishek

photodiode debounce

— Abhishek
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Prova a bloccare il raggio laser con un oggetto opaco e controlla la trama. Spostare il laser dal fotodiodo suona come se potesse coinvolgere tutti i tipi di vibrazioni.

— Dmitry Grigoryev,

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L'effetto laser a semiconduttore è descritto da due equazioni differenziali parziali accoppiate di densità portante e densità di fotoni, le equazioni di velocità .

La soluzione di queste equazioni si traduce in una relazione non lineare di intensità di corrente che provoca oscillazione di rilassamento quando il diodo è acceso.

Vedi qui o immagine seguente: (fonte immagine: p. 45 di questo documento)

E quello che vedi è esattamente questa oscillazione vicino al fronte di salita del segnale.

— Cagliata
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Buona aggiunta. Anche se non riuscivo a capire se "raggio laser oscillante" significasse fisico o elettrico.

— Trevor_G

Intendevo fisico ... in realtà il raggio laser viene riflesso da uno specchio montato su un pendolo a torsione

— Abhishek,

@Abhishek: ??? Anche l'elettricità non è fisica? A proposito di "raggio laser oscillante" capisco che la sua intensità è modulata elettricamente (e non importa se viene riflessa da uno specchio o meno). Se viene utilizzato continuamente, l'oscillazione del rilassamento non può essere una spiegazione di ciò che si vede sul cannocchiale.

— Cagliata

@Abhishek: forse anche il tuo raggio laser è modulato elettricamente?

— Cagliata del

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Potrebbe essere movimento. Probabilmente alla sorgente laser, ma potrebbe anche essere all'estremità del fotodiodo, anche una ventola da qualche parte può causare sensibilità.

Tuttavia, se non si ha un'apertura o un'apertura errata, è anche possibile ottenere percorsi laser vaganti verso il sensore mentre il laser attraversa la copertura metallica del sensore o si riflette all'interno della disposizione.

Se hai altri tipi di laser per finestre ottiche, puoi rimbalzare anche all'interno di quelli.

Anche l'eccessiva sensibilità del circuito del rivelatore può causare dolore. Per i migliori risultati, vuoi che il circuito del rivelatore ti dia un punto nell'oscillazione dell'80-90% quando è completamente esposto, non sommerso . Questo ti darà la tolleranza sufficiente per funzionare su una varietà di dispositivi e condizioni di potenza, fornendo allo stesso tempo un intervallo di segnale sufficiente per utilizzare l'isteresi appropriata.

COMMENTI GENERALI:

Spesso le persone pensano di aver bisogno di usare i laser precisi per il rilevamento della posizione perché pensano che i laser siano meravigliosi. La verità è che, a meno che tu non voglia posizionare qualcosa a una distanza, con una precisione <1mm, l'uso di un laser può effettivamente causare più dolore rispetto all'utilizzo di una fonte di luce meno colonnare.

Con i laser è importante allineare entrambe le estremità. Con una semplice sorgente luminosa e un ricevitore opportunamente installato, è sufficiente posizionare il ricevitore in modo accurato.

I laser tendono a rimbalzare. Ci sono occasioni in cui il laser può effettivamente rimbalzare attorno all'oggetto che stai legando per misurare e finire comunque sul sensore. Peggio ancora possono effettivamente rimbalzare all'interno del sensore.

Se il laser e il ricevitore sono distanti tra loro, si possono avere problemi termici. Il movimento relativo tra loro dovuto all'espansione termica di qualunque cosa siano attaccati può far perdere completamente il bersaglio al laser. In effetti, mantenere entrambe le estremità accoppiate meccanicamente è un problema in generale.

In molte occasioni ho trovato prudente sfocare effettivamente il laser in modo che arrivi come un quarto di dimensione all'estremità del ricevitore. L'apertura sul rivelatore era abbastanza accurata per l'attività da svolgere, ma i problemi di allineamento e vibrazione sono scomparsi.

— Trevor_G
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Caro Trevor ... a dire la verità, questo è anche quello che sospetto ... nell'ultimo paragrafo hai menzionato "l'apertura del rivelatore era abbastanza accurata", vuoi dire che hai messo un'apertura separata (come quella qui e-holmarc.com/product/… ) o vuoi dire che il diametro della finestra sulla confezione del fotodiodo era sufficiente per il lavoro da svolgere?

— Abhishek,

@Abhishek, un'apertura può essere una fessura o un piccolo foro, più piccolo del sensore, fissato ad una certa distanza davanti al sensore stesso in modo tale che la luce che arriva al sensore colpirà il diodo solo quando il foro nell'apertura si allinea con la fonte di luce. Non ha bisogno di essere un dispositivo elegante come quello. È sufficiente un semplice foro da 1 mm o 1/2 mm in una piastra sottile. Più è davanti al sensore, più è preciso, ma si scambia un po 'di sensibilità con la distanza.

— Trevor_G

Nelle decine di microsecondi tra quegli impulsi, la luce viaggerebbe per chilometri. Il meccanismo che proporresti spiegherebbe il rimbalzo in tempi diversi, molto più veloci. (a meno che non abbia calcolato male in modo grossolano qualcosa - o l'OP ha finestre molto spesse :-))

— Sredni Vashtar

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@Sredni Vashtar no ti manca il punto. Man mano che il laser si sposta fisicamente sul sensore, i percorsi extra possono causare la modulazione della luminosità del laser a causa di tali effetti di frange. La velocità della modulazione del sensore è dettata dalla velocità fisica della sorgente / modulatore.

— Trevor_G,

@Trevor, oh, è interessante. Quindi, in sostanza, sarebbe la "frequenza di battimento", molto più piccola del "vettore"?

— Sredni Vashtar,

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C'è movimento meccanico. Ciò probabilmente avrà vibrazioni.

L'uscita del fotodiodo ---- quello che hai mostrato ---- è rail-to-rail perché il Laser è così intenso. Posiziona un filtro tra Laser e PD e ottieni una visione migliore dell'energia in arrivo.

— analogsystemsrf
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Il laser in movimento è montato su una sospensione indipendente (cioè sospesa da una corda) e oscillante con un periodo di tempo di circa 10 secondi, quindi le vibrazioni meccaniche non possono essere il problema. Il fotodiodo stesso non si muove .. e anche se la sua rotaia su rotaia perché "rimbalza"? .. non ci sono contatti meccanici per vibrare

— Abhishek

Vibrazione verticale? Moto browniano? Oppure sospetto che squilli nel circuito analogico dell'interfaccia TIA. Ancora una volta ............. inserire un attenuatore ottico da 1 o 2 stop e cercare le modifiche.

— analogsystemsrf

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Sembra che i modelli di interferenza cambino con l'angolo di deflessione dal bordo. Quanto è ben definita l'apertura per le deflessioni dei bordi?

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

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Questa luce laser IS , con scintillazione!

— analogsystemsrf

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@Abhishek Ho il sospetto che stia usando "scintillazione" come termine da laico per modello a

— chiazze

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Sospetto che il raggio laser potrebbe essere più piccolo dell'area del PD. Se questo è il caso, allora mentre il raggio si sposta attraverso l'area, alcune parti di esso possono condurre e quindi non condurre causando l'apparente "rimbalzo" fino a quando non viene attivato abbastanza del PD per accendere il diodo. All'uscita, l'effetto si ripete fino a quando il raggio non si stacca da tutte le aree del PD. Ciò può essere verificato tenendo fermo il raggio e usando qualcosa per interrompere il suo percorso, invece di spostarlo attraverso il PD.

— Guill
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