Ещё один народный измеритель пульсаций света

На PlusPda уже было несколько конструкций измерителей пульсаций света. Захотелось сделать еще один в виде приставки к осциллографу. В обзоре порядок сборки, тесты. Кому интересно, прошу под кат.



Почему появилось желание собрать эту приставку и зачем нужны измерения на высоких частотах? Кроме пульсаций LED ламп было интересно еще посмотреть ШИМ на мониторах (который может быть до нескольких килогерц), посмотреть пульсации моих светодиодных фонарей (там они могут быть на частотах до десятков килогерц). А вообще идея возникла после прочтения этого известного обзора — budgetlightforum.com/t/reviewed-tested-thirteen-different-optical-sensors-for-measuring-pwm-with-an-oscilloscope-warning-long-post/51981
Автором проведена очень большая работа по сравнению разных датчиков света, показана работа на разных частотах. Очень советую прочитать статью (включите автоперевод в хроме). На основании этой статьи сделал вывод, что надо использовать фотодиод OSRAM BPW34S, который оказался при измерениях лучше многих других соперников. Немного теории. Фотодиод мы можем включить в режиме генерации — подать на осциллограф напряжение, которое будет генерироваться при попадании света на фотодиод. Или подключить диод в обратном включении к источнику напряжения через резистор. В чем разница? В первом случае у нас будет более высокая чувствительность, но ниже быстродействие. Во втором строго наоборот. Но поскольку у нас яркие источники света, естественно я выбрал вариант максимального быстродействия. Другой момент — если посмотрите на схему автора обзора на budgetlightforum.com


У него резистор смещения всего 8 kOhm. Открываем даташит на BPW34S и путем нехитрых расчетов получаем, что нам нужен был бы резистор смещения в 200 kOhm. Почему автор использует низкоомный? Фотодиод имеет паразитную емкость (и немалую), при использовании низкоомного резистора у нас лучше время нарастания и мы можем наблюдать при тех же частотах более реальную форму сигнала. Когда автору обзора на budgetlightforum.com задали тот же вопрос, он измерил скорость нарастания при использовании резистора 100 kOhm и показал, что она стала ниже в 4 раза. Поэтому я также буду использовать низкоомный резистор. Ну хватит разговоров, перейдем к сборке девайса.

Для этой приставки я выбрал алюминиевый корпус Uni-s box 050-01.


В верхней крышке делаем отверстие диаметром 5мм.


Дальше я купил запасное стекло для камеры телефона Xiaomi. По центру по кругу нанес полосу из эпоксидки, поместил напротив отверстия и прижал. Получился ободок из эпоксидки. Сутки подождал, пока высохнет. Это у нас будет защита датчика от пыли и предметов.


Питать я это буду от кроны. Нашел в радиомагазине подходящий холдер.


Крышка там сьемная, удобно менять батарею. Внутри холдера.


Контакты выключателя я замкнул, что бы всегда была подача питания с холдера. На провода одел термоусадку, в боковой стенке корпуса проделал отверстие для провода и сам холдер приклеил двухкомпонентным клеем для пластика.


Дальше на переднюю панель я установил BNC разьем, холдер для светодиода и светодиод, выключатель питания.


Далее из текстолита делаем плату для фотодиода и делаем там отверстие 4.5мм


Припаиваем фотодиод, резистор, провода питания и сигнальные.


Далее на двухкомпонентный клей для пластика приклеиваем плату, совмещая отверстие в корпусе с фотодиодом.


Первая часть готова. Теперь о питании. Делаем стабилизированное питание 3.5в. Зачем стабилизированное? Для получения одинаковых уровней сигнала, плюс я планировал туда ставить крону с преобразователем. Нормальная стабилизация нужна, что бы пульсации не попадали нам в сигнал с фотодиода. Ну и еще у меня есть крона на двух li-ion, надо сделать простой индикатор разряда.


Индикация разряда выполнена очень просто. При таком напряжении стабилизации стабилитрона у нас при 2.9в на элемент яркость сильно падает и потом светодиод тухнет совсем. Визуально можно видеть уровень разряда акб.

Печатка простая.


Готовая плата.


Паяем все провода, приклеиваем плату.


Готовый девайс.


Теперь самое интересное. Тестируем. Для теста я отобрал два фонаря — конвой и китайца с зумом. Плюс такой приставки, что можно делать мобильные измерения. Я взял для примера самый дешевый мини осциллограф от фнирси и подключил к приставке. Не забываем, что коэффициент пульсаций, это (Umax-Umin)/2*U0

Тут Umax — максимальное напряжение пульсации, Umin — минимальное, U0 — напряжение половины размаха пульсаций.
Если вы подключите такую приставку к хорошему осциллографу, сразу получите все три значения и сможете измерять пульсации на уровне дорогих приборов. Но вполне можно прикинуть пульсации и на фнирси.


Смотрим конвой на минимуме. Я извиняюсь за качество следующих фото — фонари дают очень яркие блики, при этом надо увидеть дисплей. Телефон не всегда справляется.


Видно, что у конвоя коэффициент заполнения 5% и частота 4.46kHz. КП = 100%
Конвой на средней яркости.


Коэффициент заполнения 41%, частота 4.48kHz. КП = 100%
Конвой на максимуме.


КП около нуля. Теперь берем китайца. Китаец на минимуме.


Коэффициент заполнения 28%, частота 19.2kHz. КП = 100%
Китаец на максимуме.


КП около нуля. Как уже говорил, можно смотреть ШИМ монитора. Но монитор не такой яркий обьект. Тут уже надо чувствительность прибора от 5mV/Div. Поэтому подключаем к нормальному осциллографу и смотрим монитор с ШИМ.


Дополнительные линии на осциллограмме, это не от подсветки монитора, это наводки от компьютера на осциллограф. Я даже не предполагал, что компьютер так шумит в эфир (для тестирования я отключал компьютер и все наводки пропадали).

Что еще интересного можно посмотреть? Можно понажимать кнопки на пульте управления. Фотодиод имеет хорошую чувствительность в IR.


Вывод.

OSRAM BPW34S — отличный фотодиод для изучения пульсаций источников света