Измерение частоты мерцания светодиодов

Brv · 25.03.2019, 12:16

Здравствуйте,
Нужно померить частоту ШИМ мерцания LED светодиодов по их световому потоку. Диапазон от 50Гц до 100-200кГц (можно и выше, против не буду). Результат нужно вывести на экранчик устройства. График-осциллограмма и вывод на ПК необязательны, но лишними тоже не будут.
Почти идеальным вариантом был бы RadexLupin, но, увы, в него встроен фильтр, который режет всё выше 3кГц и вообще ближе к этому его максимуму чувствительность сильно падает - поэтому не подходит.
Пожалуйста, помогите:
1) Выбрать подходящий осциллограф/частотометр с АлиЭкспресс.
2) Подобрать нужные дополнительные компоненты-элементы - фотодиод? лазерный фотодиод? что-то ещё нужно?
3) Объясните просто и подробно (человеку в этом не разбирающемуся) как это всё соединить вместе (паять умею, но в схемотехнике не разбираюсь), чтобы стабильно точно измеряло частоту мерцания светового потока в этом широком диапазоне?
За подробное ясное изложение в ЛС - готов отблагодарить 500руб на Ваш мобильник.

NewWriter · 25.03.2019, 14:00

Фоторезистор, обычный резистор, батарейка, осциллограф. Соединяются последовательно, осцилл - параллельно фоторезистору. Денег не надо, совет бесплатный

Brv · 25.03.2019, 14:48

Благодарю за быстрый и ясный ответ.
Однако на зарубежных форумах прочитал, что именно фото-резисторы не подходят: "Use a fast light sensor like photodiode or a photo transistor. A slow sensor like a photo resistor shall not apply." Наверно их скорости реакции для 20-100кГц недостаточно.
Может ещё что-то не учли?

mike-y-k · 25.03.2019, 18:28

Brv, таки термины slow и fast имеют размерность в контексте обсуждения.
Вам стоит сюда выбросить предполагаемые варианты из доступных, тогда можно посмотреть на их DS и оценить применимость.
Рассуждение о быстрых/медленных может совсем запросто идти вокруг приемников для оптики на Ethernet

40Gbps

В Ваши 200kHz вполне впишется большая часть фотоприемников. Хотя некоторые драйверы могут и на порядок больше частоту выдать, тогда уже сложнее будет.
И не всегда там присутствует именно PWM, есть варианты и с ключевым режимом на компараторе по сигналу с датчика тока.
Заодно ещё нужно учитывать спектральную чувствительность фотоприемника, дабы максимум находился в требуемом диапазоне. Обычно для таких измерителей используется набор фотоприемников с перекрытием зон чувствительности.

Иногда более вразумительный ответ выдает магниторезистивный датчик у провода на светодиоды - анализ колебаний тока по его магнитной составляющей. Можно взять головку от убитого HDD.

У фоторезисторов/фотодиодов/фототранзисторов в данных, кроме кривой спектральной чувствительности, смотреть на минимальные времена реакции - из них обратная величина даёт частотный диапазон.

PS Можно взять SFH203P и получить частотный диапазон до 200MHz. Останется для него усилитель сделать (желательно с PGA) и набор нейтральных светофильтров или клин для разумного ограничения мощности падающего излучения.

Brv · 25.03.2019, 20:04

mike-y-k
Большое спасибо за столь подробный ответ. Но я в этой теме почти совсем не разбираюсь. Пульсацию нужно измерять для света широкого спектра, типа ТВ HDR. Могли бы Вы помочь подобрать конкретно решения по пп1-2-3 из первого поста?

mike-y-k · 25.03.2019, 21:05

Brv, найти готовое под большим вопросом.
Вариант фотодиода с чувствительностью в полосе ЕМНИП 400…1000nm и временем в 5ns я Вам привёл. Дальше нужно залезать в его DS и смотреть на необходимое для подключения его к чему-то. Начать можно с осциллографа и дальше уже к нужному решению.
Вполне можно осуществить счёт импульсов на таймере подходящего по параметрам МК и выводить результат на индикатор. Там и несколько MHz вполне можно обработать.

В конкретном решении наверное не только частота, но и величина колебания яркости при этом мерцании должна учитываться.
В синтезе картинки на FLCD кадры могут меняться на частоте до 1500Hz. И переключение цветных светодиодов подсветки идёт с этой частотой при полном их выключении.
А в вариантах подсветки можгут играть заметную роль другие источники и интерференция их частот. Иногда и в узком(их) диапазоне(ах) спектра - тут ещё и разница спектров источников играет роль.
Нужно сначала понять какие параметры измерять, затем обьяснить присутствующим,…

Brv · 25.03.2019, 21:56

››› В конкретном решении наверное не только частота, но и величина колебания яркости при этом мерцании должна учитываться.
Очень разумное замечание! Это не очень критично, но пригодилось бы! Поэтому стоит предпочесть осциллограф с дисплеем способным рисовать график.

Какой из этих осциллографов Вы бы рекомендовали?
+ https://ru.aliexpress.com/item/ARM-D...979373732.html
+ https://ru.aliexpress.com/item/DSO-1...838795195.html
+ https://ru.aliexpress.com/item/DSO-F...919766071.html
https://ru.aliexpress.com/item/2-4-T...893304581.html
https://ru.aliexpress.com/item/DSO-S...843061033.html
https://ru.aliexpress.com/item/Hante...961503018.html (большой упор на генератор, с генератором все или только этот??)
Мне удобнее портативные со встроенным аккумулятором (отмечены "+") - они подходят для задачи этой темы, для подключения фотодиода, итд?

Brv · 25.03.2019, 22:14

По поводу датчика (фотодиода), вроде бы у Osram SFH203P отличное соотношение цена/скорость/диапазон. Но вот нашёл в соседней ветке рекомендовали вот такие:
http://azimp.ru/catalogue/avalanche_photodiodes/292/
Имеют смысл или перебор?

mike-y-k · 25.03.2019, 23:24

Можно собственно любой подходящий. И APD вместо PIN подойдёт. Можно поискать другие решения в гибридном варианте - сам диод и интегрированный с ним усилитель с необходимой обработкой. Есть варианты с встроенным PGA и AGC с изменяемой постоянной времени. Где-то встречал готовый вариант с 16бит ADC на борту при ›1Gsps.
Все уже дальше от задачи.
Мне кажется, что схема из усилителя сигнала, настраиваемого компаратора для выделения импульсов с формирователем и возможно двумя схемами интегрирования - по пику и по минимуму с оцифровкой результата будут необходимы и достаточны для датчика под Вашу задачу.

Учитывая особенности измеряемого тут очень хорошо будет смотреться логарифмический усилитель сигнала. Вполне можно сэкономить на PGA усилителе

Из осциллографов DS213 - имеет 4 канала (2A+2D) и встроенный генератор. Более продвинутая версия DS203. Брать в алюминиевом корпусе - они есть и в пластике.

А на тему измерения и рисования графиков - так тут вполне справится нормальный МК с соответствующей схемой датчика на входе. Ему нужно считать импульсы за период и оцифровывать интегрированные значения минимума и максимума яркости. В процессе на маленький OLED при необходимости, а потом накопленное с карты/по кабелю/по воздуху на нормальном ПК или планшете. Это конечно если измерять не пару раз в году…

zoog · 26.03.2019, 03:27

Для обработки импульсов частотой 200кГц нужен усилитель/осциллограф с диапазоном хотя бы в 10 раз выше. Иначе при DC менее 0,1 или более 0,9 ошибка будет под 50%.