4.1 Obvody detekce pro nízkofrekvenční senzory
Princip – Nyquist theorem
- Rychlost vzorkování, která by měla byt min. 2x větší než detekována frekvence, v opačném případě se jedná o částečnou ztrátu informace z časového průběhu změn výkonu interferogramu!
Pro detekci optického výkonu interferogramu lze použit čítače proužků, spektrální
analyzátory fotodiody připojené na zesilovače nebo přímo integrované
s operačním zesilovačem, nebo speciální jednotky vyvinuté na míru.
Pro nízkofrekvenční signály jsou dostačující komerčně dostupné spektrální
analyzátory, sledovat lze multifrekvenční signál, nebo pouze jednu frekvencí ze
spektra.
Spektrální analyzátor značky Exfo pro měření spekter optického záření.
Spektrální analyzátory jsou vhodné pouze pro nízkofrekvenční signály – rychlost vzorkování v řadu několika vzorku za vteřinu není dostatečná pro měření signálu s frekvencí větší než několik Hz.
Spektrální analyzátory jsou vhodné zejména pro:
- změření deformace materiálu v řadu několika desítek nm
- měření amplitudy vibrace
- měření otřesů
- měření teplotní roztažností měřeného objektu (pomalá změna)
Požadavky
Mezi nejdůležitější parametry, které je třeba zohlednit během sestavování obvodů detekce, lze zařadit:
- Rychlost vzorkování, která by měla byt min. 2x větší než detekována frekvence
- Minimální přijímaný výkon
- Pracovní vlnovou délku, citlivost fotodiody na dané vlnové délce
- Zpracování v reálném čase
- Možnost ukládání měřených dat
- Možnost ukládání časového vývoje měřeného signálu
- Případně další funkce jako je Fourier analýza pro určení frekvence změn
4.2 Obvody detekce pro vysokofrekvenční senzory
Pro vysokofrekvenční změny optického záření interferogramu jsou vhodné fotodiody, např. fotodiody PIN s tzv. intrinzickou vrstvou (velká kapacita). Signál z diody je třeba zesilovat elektrickým zesilovačem tak, aby bylo možná takový signál zobrazit na osciloskopu a zpracovat.
PI N dioda s intrinzickou vrstvou pro měření rychlých změn výkonu optického záření v pásmu
kompatibilním s optickými vlákny.
Profesionální, komerčně dostupný zesilovač Thorlabs má výhodu v tom, že umožňuje měření velmi slabých optických signálů v řádu několika μW.
Zesilovač fotodiod značky Thorlabs k přizpůsobení signálu pro osciloskop.
Nevýhodou tohoto řešení je omezená možnost zpracování dat na osciloskopu. Pouze některé osciloskopy umožňuji měření v opravdu reálném čase a ukládání dat na externím disku ve formátu, který lze bez problému zpracovávat v prostředí Matlab nebo MS Excel.
Možným řešením je použití osciloskopu Tektronix, který ukládá data pro daný časový okamžik (nelze ukládat časový vývoj dat) a spektrálním analyzátorem Exfo. Další variantou jsou speciální karty, které lze instalovat na stolním počítači.
Interfejs osciloskopu připojeného k počítači.
Na obrázku níže je znázorněná fotodioda osazena v přípravku, který jsme používali pro měření interferogramů. Fotodioda převádí optický signál na elektrický, který je následně zesílen a lze ho zobrazit na osciloskopu.
Přípravek osazen fotodiody pro detekcí optického záření, kompatibilní se zesilovačem.
Schéma vysokorychlostní fotodiody s integrovaným operačním zesilovačem.
Lze použit zesilovače integrované s fotodiodou, nebo speciální přípravky, které jsou kompatibilní s celou řadou diod, a které slouží pro přizpůsobení signálu pro osciloskop, např. značky Thorlabs.
Spektrální charakteristiky telekomunikačních fotodiod.