Светодиодный датчик апогея

Serge77> Зададим вопрос Центаурусу– что означает эта калибровка?

Да, рабочие моменты техники спектроскопических измерений, неизвестные не специалистам. Калибровка инструмента производится при помощи эталонных ламп (ртуть низкого давления по нескольким известным линиям) или лазерных узкополосно-монохроматических источников. HeNe лазер имеет 2 линии в VIS: красная 632. 8 нм и оранжевая 585 нм (? забыл, сколько точно). Чтобы убедиться, что механическая сканирующая система монохроматора привязана к указателю длин волн после перестановки решётки (он раньше работал в дальней ИК области) делается калибровка с источником известной длины волны и по возможности монохроматическим (лазер - доли ангстрема). Если есть разница, то в редукторе системы сканирования выбирается люфт одной из шестерён. После калибровки инструмент работает лучше швейцарских часов... Замечу, что фотодиод нужно назвать калиброванным в системе, привязанной к центру кривой чувствительности человеческого глаза (555 нм), эталонным ДЕТЕКТОРОМ. Иначе его нельзя было бы использовать для измерений подобного рода. Ну, далее разбирайтесь сами.

Я так и думал, что это калибровка по шкале длин волн, а не по шкале интенсивности.

Serge77> Я так и думал, что это калибровка по шкале длин волн, а не по шкале интенсивности.

Нашёл вчера свой же отчёт 98 года по исследованиям клинового интерференционного фильтра для гиперспектральной спутниковой камеры. С графикамии излучательной способности вольфрамовой лампы 100 W, использованной в качестве эталонного источника (стабилизированного по питанию до 0.1%) и спектральной чувствительности Si Photodetector. По идее с.ч. корригированного ФД имеет прямоугольную форму (где-то была калибровочная кривая от фабриканта), а вот W при цветовой температуре около 3000 К в синей области западает. Но в эмиссии бело-голубого СД основной пик спектральной плотности излучения приходится на 360 нм, что связано, видимо, со свойствами пп, использованного для подложки, а суммарный VIS фон даёт ощущение белого. Но это сопутствующее излучение. По закону Вина обратный процесс поглощения фотонов (в максимуме) происходит для данного ЛД на той же длине волны, что и пиковая ламбда для излучения. Закончим набирать статистику для 5 ЛД и померяем эти же источники в качестве приёмников с W лампой. Графики:
в том числе калибровочные, для He_Ne laser. Калибровка по "обнаружительной способности" системы делается перед записью спектра. На осциллографе выбирается шкала с минимально возможным шумом и максимальной амплитудой сигнала, а на монохроматоре выбиратеся ширина щели, минимально достаточная для обеспечения этого условия. Однако, увеличение щели приводит к падению разрешения. Так, в случае настоящего молекулярного лазера с резонатором, разрешение монох. меньше 1 Ангстрем. Но спектральная плотность излучения ТАК ВЕЛИКА (всё в 1 Анг) , что позволяет регистрировать сигнал на шкале 10-50 mV. А поверяемый ЛД даёт возможность регистрировать его излучение со спектральной плотностью 6 нм (в 60 раз меньшей) только на шкале 1 mV. Ну спектроскопия - всегда ловля блохи на шкуре старого медведя во время его зимней спячки.

a_centaurus> Графики: в том числе калибровочные, для He_Ne laser.

a_centaurus> спектральной чувствительности Si Photodetector. По идее с.ч. корригированного ФД имеет прямоугольную форму (где-то была калибровочная кривая от фабриканта), а вот W при цветовой температуре около 3000 К в синей области западает.

Что-то я никак не пойму. Если "с.ч. корригированного ФД имеет прямоугольную форму", тогда график Si PhD_Response.jpg должен в точности повторять кривую излучения W_source_Plank.jpg. Правильно?

Serge77> график Si PhD_Response.jpg должен в точности повторять кривую излучения W_source_Plank.jpg. Правильно?

Так он её и повторяет.

Serge77>> график Si PhD_Response.jpg должен в точности повторять кривую излучения W_source_Plank.jpg. Правильно?
a_centaurus> Так он её и повторяет.

Нет, не повторяет. И не должен повторять. Посмотрел внимательнее. Распределение Планка для W лампы (2730 K) представляет калибровочную кривую спектральной освещённости получаемой от источника излучения, сделанной эталонным спектрофотометром(в сравнении со встроенным Black Body). То есть, который измерял Е на шкале длин волн с шириной полосы, заданной щелями прибора. Поэтому на оси ординат отложена Еs в microW/cm2*nm. График типической спектральной чувствительности был приложен к Si Детектору производителем. И я его только воспроизвёл, причём забыв изменить тау (пропускание из другой картинки) на Response, a.u. Но это только дополнительная разьясняющая информация. Она ничего не добавляет, не убавляет, а только даёт понятие о необходимой матрице параметров для полной и точной характеристики источника излучения. Спектр W лампы -сплошной. Её цветовая температура - 2730К. Спектр ЛД - составной: на сплошном фоне вырос пик основной полосы излучения. Его цветовая температура в этой области ок. 5000К (уточнить). Поэтому у лампы голубая часть спектра бедная, а у LED побогаче. У источника с 10000 К вообще всё в сине-голубой и УФ области. Ну а Солнце имеет 6000К. Поэтому, калибровочная кривая ЛД от лампы не будет воспроизводить (по интенсивности) к.к., полученную от Солнца.

Согласно формуле Вина для BB (АЧТ) максимум излучения на ламбда (0.465 mic)= 2896/Т. Принимая blue LED за АЧТ можно прикинуть его цветовую температуру, соотв. длине волны 465 нм. Примерно 6228К.

-VMK-> Тест на фотодатчик в неприветливи атмосферни условия - туман с видимост около 50-60 метра!

Здесь, наверно, разница "туман - земля" сказывается. Интересно, как бы он повел себя на высоте 10м-50м, "туман-туман", когда земли не видно.

MartKot> Интересно, как бы он повел себя на высоте 10м-50м, "туман-туман", когда земли не видно.
Ультрафиолет от земли (такой земли, как у VMK в эксперименте) практически не отражается.
Вот как он туманом рассеивается ? наверное, зависит от вида тумана.
Если УФ не рассеивается в тумане из капелек воды, то на высоте датчик все равно будет работать.

Ckona> Вот как он туманом рассеивается ? наверное, зависит от вида тумана.

В общем случае ЧИСТАЯ вода не поглощает UV(график) . В собственных экспериментах использовали деминерализованную воду как ИК фильтр для Xe лампы, излучающей UV (220 нм). То есть, ИК излучение - поглощалось. UV излучение - проходило. Конечно, в капельках воды образующих туман могут быть твёрдые аэрозольные частицы, способные рассеивать UV. Но, в любом случае, излучение от верхней полусферы по интенсивности всегда больше, чем от нижней. При условии, что не пройден порог обнаружения UV LED ами. Если помните, я приводил данные экспериментов о работе датчика HEAD в условиях ВУЛКАНИЧЕСКОГО СМОГА. Это когда видимость ок 1 км по горизонтали. Датчик работал без видимых проблем, на уровне поверхности. Вулканическая пыль (сфероидные стекловидные частицы с коэффициентом преломления 1.5 размером ок 1-5 мик. сильно поглощает ИК излучение в области 10-14 мик. Из-за этого заметно изменился климат в зоне вулкана. А загар так же сильно прилипает в дни смога, как и без него. В субботу косили газон и сгорели, хотя смог был достаточно плотный.
Так что оптический датчик пока претендует на роль всепогодного и ограничен только световым днём.

Ckona>> Вот как он туманом рассеивается ? наверное, зависит от вида тумана.
a_centaurus> В общем случае ЧИСТАЯ вода не поглощает UV(график)

Вода и видимый свет не поглощает, но туман видимый свет рассеивает. Точно так же туман рассеивает и УФ.

-VMK-> Тест на фотодатчик в неприветливи атмосферни условия - туман с видимост около 50-60 метра!

Получил от VMK (Muchas Gracias!) 2 образца датчика HEAD нового поколения. Разница между моделью 2010 года и 2011 серьёзная. HEAD 2011 выглядит уже как коммерческое поверенное изделие, отвечая всем стандартам. Пока в работе не проверял, но по опыту работы с прежней моделью видно, что новый датчик будет проще крепить, контролировать и включать. Может чуть (2 мм) не хватает ширины верхней платке управления (колодки вылезают из-за периметра что будет вынуждать делать пропил в отсеке по их ширине и останется незакрытая щель. Но в моем случае это не важно, так как я использую дополнительный контейнер с панелью-интерфасом. Датчики будут установлены на находящиеся в изготовлении ракеты. По крайней мере на Solaris_HL_50_01 ( ЖРД) - обязательно. думаю, также попытаться использовать второй датчик для проекта "всадник" (ракетоплан) в качестве сенсора выброса планера с одновременным выбросом парашюта инерциальной системой. Но для этого, будет необходимо дополнить HEAD неким устройством, закрывающим верхнюю полусферу ещё до ПЕРЕВОРОТА ракеты. С тем, чтобы ракетоплан смог стартовать из вертикального положения с некоей добавочной скоростью. Если есть есть идеи, то поделитесь.

a_centaurus> до ПЕРЕВОРОТА ракеты ... чтобы ракетоплан смог стартовать из вертикального положения с некоей добавочной скоростью.
Датчик HEAD реагирует на изменение ориентации. До переворота - никакой реакции.

Идеальное решение: непрерывно измерять высоту (баровысотомер), интерполировать - прогнозируя апогей и вычисляя скорость, не достигнув апогея на требуемой скорости выдать команду на старт ракетоплана.
Паллиатив: датчик скоростного напора плюс инерционный датчик стартового ускорения.

Ckona> Датчик HEAD реагирует на изменение ориентации. До переворота - никакой реакции.
Экивалентом переворота является перекрытие FoV верхнего LED. Вот это-то и хочется обыграть. Простейшим образом. И использовать его логику и исполнительную часть. Именно датчик с.н. в той, или иной форме. Может быть щиток или флапс, а может просто трубка Пито с каким-то кинематическим узлом.

MartKot> ...Интересно, как бы он повел себя на высоте 10м-50м, "туман-туман", когда земли не видно.
Теста е проведен на височина около 20 метра (6-ти етаж), но земли видно.

a_centaurus> Получил от VMK (Muchas Gracias!) 2 образца датчика HEAD нового поколения.
Всего 23 дня, за транспорт.

a_centaurus> 2 образца датчика HEAD нового поколения.
Конструктор "Pinko": http://www.korio.org/rocket/index.php?topic=32.msg11559#msg11559
Made in CANADA

a_centaurus> Может чуть (2 мм) не хватает ширины верхней платке управления (колодки вылезают из-за периметра что будет вынуждать делать пропил в отсеке по их ширине и останется незакрытая щель.
"Тricky" монтаж е описан тук: http://www.korio.org/rocket/index.php?topic=32.msg11759#msg11759

a_centaurus> По крайней мере на Solaris_HL_50_01 ( ЖРД) - обязательно.
Я буду очень рад!

a_centaurus> Если есть есть идеи, то поделитесь.
Може би е добра идея: "Air-Speed Triggering System for Parachute Deployment" на R.Nakka

a_centaurus> Экивалентом переворота является перекрытие FoV верхнего LED.
Возражаю. Схема с двумя фотоприемниками, они включены по дифференциальной схеме.
Если что-то делается с одним из диодов, со вторым происходит "то же самое, но в обратную сторону".
a_centaurus> Именно датчик с.н.(надо понимать, датчик скорости ?) в той, или иной форме. Может быть щиток или флапс, а может просто трубка Пито с каким-то кинематическим узлом.
Если аэродинамический датчик скоростного напора вращается, логично поворачивать пару светодиодов, пусть "они думают", что перевернулась ракета. Или перебрасывать источник излучения относительно приемных светодиодов.
С трубкой Пито... не знаю... проще преобразовывать давление в электрический сигнал и подавать его на схему вместо фотоЭДС.

Ckona> Если что-то делается с одним из диодов, со вторым происходит "то же самое, но в обратную сторону".
Не вижу проблемы. Вспомни, как многие на земле инициируют ССР от оптического сенсора. Просто закрывают какой-нибудь шторкой верхний LED. При этом световой поток от нижней п.с. остаётся прежним, а от верхней - гасится (0). И компаратор вычитает разницу, и открывает реле. Все абсолютные датчики давления нужно калибровать. Или использовать, как в схеме алтиметров. То есть, по тому же принципу перемены знака производной (апогей-падение). Да и делать что-то свое, одноразовое, нет смысла. Тогда уж лучше таймер. Более менее подобрал время и пусть летит. Инерциальная система менее зависима от скорости ракеты, парашют ведь вытягивается отлетающим головным отсеком.

-VMK-> Теста е проведен на височина около 20 метра (6-ти етаж), но земли видно.

Испытания полученного оптического датчика курса HEAD ((Bulgaria). Погодные условия сложные. Patagonia, Parque Nacional LLaoLLao, Bariloche, Argentina. Вулканический смог (alerta 3, всего 5), безветренно, +30°C, 18 часов. Место испытаний: скала примерно 900 м над уровнем моря и 100 м над окружающими поверхностями (залив озера). В 3 км горная вершина (Cerro Lopez) в 2.2 км (на фото оба) Небо серое. Диффузно рассеянный свет. После заката возникает жёлто-оранжевое свечение над горизонтом (противотуманные фары), так как этот участок спектра VIS меньше всего рассеивается. HEAD запитывался от спаренной батареи 12 V (A23=) изрядно подсевшей. В качестве load применялась 2.2 В (0.8 ом) лампа накаливания. Модернизированный датчик HEAD имеет на панели два сигнальных LED (жёлто-оранжевого свечения - load и зелёного - power). Ползунковый выключатель расположен вблизи нижнего датчика, поэтому включение питания относительно безопасно. Яркости LEDs достаточно для визуального контакта в условиях дневного освещения. Индикация включения исполнительной цепи на воспламенитель позволяет убедиться в готовности системы к работе. Следующее испытание будет уже с ССР. Пока все штатно. Спасибо, Болгария.

a_centaurus> Испытания полученного оптического датчика курса HEAD ((Bulgaria). Погодные условия сложные. Диффузно рассеянный свет.

a_centaurus> Испытания полученного оптического датчика курса HEAD ((Bulgaria).

Спасибо Александр!
За проявеното търпение, интерес и желание за помощ в бъдещи изследвания възможностите на фотодатчика. Ние ценим високо твоя принос и мнение на специалист, по въпросите относно оптическите свойства на фотодатчика. Ярък пример за сърдечно международно сътрудничество!

-VMK-> Ярък пример за сърдечно международно сътрудничество!

По итогам исследования LEDs сине-белого излучения, используемых в оптических датчиках апогея. Были проведены спектральные измерения на 5 образцах, случайно выбранных из ранее закупленной партии в 25 штук. Из пяти образцов - 2 оказались White LED, три - Blue LED. То есть, WL излучают спектр в видимой области (400-700 nm) с двумя характерными пиками в области 460 nm и 560 nm. Первый, более острый (bandwith at FWHM-29 nm), соответствует материалу подложки и второй, пологий (bandwith at FWHM-147 nm), соответствует материалу люминофора (Ce3+IAG), наносимого на подложку для получения эффекта "белого" излучения. В режиме поглощения фотонов WL имеют пик в области 411 нм (48 nm). BL излучают только в области 466 nm (29 nm) без заметного "хвоста" в зелёно-красной области (присутствует визуально в очень слабой форме, но не регистрируется) и в режиме поглощения имеют пик в области 417 nm (60 nm). В качестве источника излучения применялась 6W tungsten lamp от системы освещения микроскопа. Её световая температура может быть оценена как 2300-2700 К. В качестве конденсора применялась кварцевая линза. Обнаружено, что интенсивность излучения, как и положение пика, зависят от тока источника питания. В пределах изменения тока от 4 до 15 mA пик излучения для Blue LED "гуляет" от 472 nm ("голубой") до 466 nm ("синий"). Ни в одном из случаев НЕ БЫЛО ОБНАРУЖЕНО ИЗЛУЧЕНИЯ/ДЕТЕКЦИИ В УФ - ОБЛАСТИ. Чтобы сделать выводы о выборе LEDs для оптического датчика апогея, нужно было бы набрать статистику с более интенсивными широкополосными источниками (3000 К) и Солнцем (6000 К). На основании данных измерений можно только заметить, что в режиме детектирования "синие" LEDs давали в среднем большую (20-30%) интенсивность ответного сигнала. И именно этот критерий, очевидно можно использовать при отборе приёмников для HEAD (коммерческий вариант для массового производства) Bulgaria. Более подробная информация в pdf. Для иллюстрации вышеизложенного приложены два графика: Blue LED: Emitter vs. Detector.

a_centaurus> По итогам исследования LEDs сине-белого излучения

LEDs_Characterization.pdf

http://albe76.newmail.ru/Charact_LEDs.pdf