[DS 0]

Stanislav, в ветке про opa380 я предлагал уже Herz использовать импульсный лазер. Там не то что 100 мвт, а 100 Ватт можно получить. Но у него, оказывается ограничение в ТЗ по пиковой мощности.

[Stanislav 0]

Stanislav, в ветке про opa380 я предлагал уже Herz использовать импульсный лазер. Там не то что 100 мвт, а 100 Ватт можно получить. Но у него, оказывается ограничение в ТЗ по пиковой мощности.

Простите, я эту ветку недостаточно изучил (мало времени), щас почитаю внимательно. Вопрос, однако, принципиален: нужно использовать максимально допустимую/разрешённую по ТЗ пиковую мощность. Забегая вперёд, скажу, что для реальной модели помех частота следования импульсов (а, следовательно, и средняя мощность) не будут играть очень уж большой роли, при условии, что мощность шумов измерителя мала по сравнению с мощностью помехи (а это, похоже, выполняется).

 

PS. Ага, нашёл, простите ещё раз. Этот подход действительно был высказан Вами ранее (правда, не очень акцентированно, с некоторыми непонятными предложениями по части оцифровки, а положение об ограничении полосы ТИ усилителя - просто неверно). Тем более, укрепляюсь в принципиальной правильности предложенного метода (не сочтите за плагиат, пожалуйста).

[MarkOne 0]

да и о необходимости синхронного детектирования я тоже ранее уже говорил ....

[Herz 5]

2 Herz

Предлагаю обсудить высказанные положения и пойти дальше в способах построения оптимальной (то есть, теоретически наилучшей) в смысле отношения сигнал/помеха системы для решения Вашей задачи.

Буду очень признателен за участие.

Пока же, то, что Вы пишете о сигнал/шум и синхронном детектировании совершенно понятно (даже для меня :) и это радует).

Эти принципы я использовал в своём первом приборе. С/Ш там , правда, был несколько иным, 1/1 ~ 1/10.

Аналоговая часть состояла из ПУ на ОРА350, за ним - 2 Sample/Hold (2хОРА615), затем дифусилитель (INA118, кажется) и оконечный усилитель на ОРА350 (как оказалось, можно было обойтись). Синхронно с модуляцией лазера (с учётом задержки в тракте, она формировалась МК, большой точности не требовалось) производилась фиксация уровней сигнала в наличии/отсутствии импульса. Разность усиливалась и оцифровывалась АЦП МК. Сэмплов делалось 128 за период 20 мс (отсюда и частота 6,4 кГц), затем усреднялось... Впрочем, об этом я уже рассказывал, тот же подход собирался применить и в этот раз. Теперь (спасибо собеседникам :) ) прихожу к выводу, что оцифровывать каждый импульс сравнительно быстродействующим АЦП нет смысла, тем более задача "медленная" и время есть. Следовательно, напрашивается аппаратное интегрирование, Дельта-Сигма АЦП и т.д. В этом есть свои преимущества.

 

П.С. Альтернативные источники света пока обсуждать не хотелось бы, но за подсказки спасибо.

Изменено 30 мая, 2006 пользователем Herz

[MosAic 0]

Рекомендую для ознакомления статью "Нижний предел измерения средней мощности оптического излучения инфракрасного диапазона" из журнала "Фотонэкспресс".

 

2Herz

Пришлите адрес в личку - перешлю "Микрофотоэлектронику" (3,5 MB)

Как у Вас с английским? Есть еще пара книжек "на ихнем".

[Stanislav 0]

...Впрочем, об этом я уже рассказывал, тот же подход собирался применить и в этот раз. Теперь (спасибо собеседникам :) ) прихожу к выводу, что оцифровывать каждый импульс сравнительно быстродействующим АЦП нет смысла, тем более задача "медленная" и время есть. Следовательно, напрашивается аппаратное интегрирование, Дельта-Сигма АЦП и т.д. В этом есть свои преимущества.

Правильно собирались. Попытка реализации системы без синхронного детектора, или синхронного с сигналом захвата данных АЦП приведёт к существенному ухудшению С/Ш. "На пальцах" это можно пояснить так: любой аналоговый фильтр имеет "память", при воздействии помехи в отсутствие сигнала фильтр "заряжается", а в момент прихода сигнала в нём уже есть некая случайная величина, зависящая большей частью от помехи... СД же позволяет полностью избежать этого.

Хорошо, что метод модуляции лазера короткими импульсами не вызывает сомнений.

Фильтр НЧ в тракте приёма ставить можно и нужно, но только после сэмплера (синхронного детектора). А полосу пропускания предусилителя нужно делать достаточно широкой (зависит от конкретной реализации модулятора, но не меньше, чем ~1/T, T - длительность импульса). И сигма-дельта АЦП использовать нужно тоже в совокупности с СД.

Получить дальнейшее улучшение С/Ш возможно только при наличии модели помехи, определением которой, вообще говоря, нужно заняться в первую очередь. Интересны как временнЫе, так и спектральные характеристики модели.

Выражаясь образно, с полезным сигналом дальше работать нет смысла - всё возможное сделано. Теперь стоит обратить внимание на помеху, и "поработать" именно с ней.

ЗЫ. А какие ограничения по пиковой мощности имеются?

[Herz 5]

Правильно собирались. Попытка реализации системы без синхронного детектора, или синхронного с сигналом захвата данных АЦП приведёт к существенному ухудшению С/Ш. "На пальцах" это можно пояснить так: любой аналоговый фильтр имеет "память", при воздействии помехи в отсутствие сигнала фильтр "заряжается", а в момент прихода сигнала в нём уже есть некая случайная величина, зависящая большей частью от помехи... СД же позволяет полностью избежать этого.

Хорошо, что метод модуляции лазера короткими импульсами не вызывает сомнений.

Э... Хотелось бы убедиться, что мы с Вами правильно друг друга понимаем. Поэтому ещё раз:

-система без синхронного детектра даже не предполагалась. Тот первый вариант, который я описал, тоже рассматриваю, как разновидность синхронного детектирования.

-первоначально система не имела интегратора (ФНЧ), так что никакого "накопления помехи" не происходило. Запоминалиь лишь мгновенные значения напряжений: УВХ1 - фона+сигнала; УВХ2 - фона. Импульсы были действительно короткими (несколько мкс, определяемое временем установления УВХ), Hold УВХ2 - непосредственно перед включением лазера, т.е. относительно 50 Гц наводки временная дельта между Hold-ми небольшая. Дальше - усиление разности значений. Так было.

- теперь, поскольку принято решение измерять усреднённое значение амплитуды импульсов, применить синхронное детектирование и интегрирование "в железе", становится актуальным то, о чём Вы говорите. Для снижения требований к полосе представляется разумным сделать импульсы модуляции меандром, а не короткими и поручить их формирование уже не МК, а внешнему генератору.

(раньше это были пачки импульсов, только во время замеров, теперь пусть идут непрерывно, меньше переходных процессов). Синхронизировать будет, пожалуй, даже проще - это не отнимет ресурсов у МК и не будет зависеть от его быстродействия.

 

Ограничения по пиковой (как и постоянной) мощности пока не позволяют применять лазеры мощнее 10 мВт. Надеюсь, в будущем эти рамки удастся расширить.

 

Рекомендую для ознакомления статью "Нижний предел измерения средней мощности оптического излучения инфракрасного диапазона" из журнала "Фотонэкспресс".

 

2Herz

Пришлите адрес в личку - перешлю "Микрофотоэлектронику" (3,5 MB)

Как у Вас с английским? Есть еще пара книжек "на ихнем".

Спасибо. С английским - так себе. Попробую пока обойтись этими. :)

Изменено 30 мая, 2006 пользователем Herz

[DS 0]

Stanislav, в ветке про opa380 я предлагал уже Herz использовать импульсный лазер. Там не то что 100 мвт, а 100 Ватт можно получить. Но у него, оказывается ограничение в ТЗ по пиковой мощности.

Простите, я эту ветку недостаточно изучил (мало времени), щас почитаю внимательно. Вопрос, однако, принципиален: нужно использовать максимально допустимую/разрешённую по ТЗ пиковую мощность. Забегая вперёд, скажу, что для реальной модели помех частота следования импульсов (а, следовательно, и средняя мощность) не будут играть очень уж большой роли, при условии, что мощность шумов измерителя мала по сравнению с мощностью помехи (а это, похоже, выполняется).

 

PS. Ага, нашёл, простите ещё раз. Этот подход действительно был высказан Вами ранее (правда, не очень акцентированно, с некоторыми непонятными предложениями по части оцифровки, а положение об ограничении полосы ТИ усилителя - просто неверно). Тем более, укрепляюсь в принципиальной правильности предложенного метода (не сочтите за плагиат, пожалуйста).

 

Да я просто напомнил, мне авторства не жалко. Полоса ТИ усилителя важна, если вместо полноценного синхронного детектора используется умножение на знак (коммутатор). В этом случае пропускаются нечетные гармоники основной частоты(с коэффициентами 1/3, 1/5 и т.д.), поэтому неплохо подрезать полосу так, чтобы на частоте F*3 уже мало чего оставалось.

[Herz 5]

Рекомендую для ознакомления статью "Нижний предел измерения средней мощности оптического излучения инфракрасного диапазона" из журнала "Фотонэкспресс".

Ознакомился. Что-то не пойму. Похоже, она впопыхах списывалась не вполне проснувшимся студентом-двоечником с некачественной шпаргалки. :)

 

Не сочтите за неблагодарность! :cheers:

[Tanya 4]

2 Herz

Простите за перерыв - времени маловато. И за то, что ещё раз придется забежать назад и поговорить о принципах.

Начать предлагаю вот с какого вопроса. Дело в том, что обеспечить максимально возможное соотношение сигнал/шум можно, как ни банально это звучит, только при максимально возможном отношении мощности зондирующего сигнала к мощности помехи в момент измерения. Для обеспечения такого соотношения предлагаю использовать излучающие приборы с максимально возможным отношением допустимой пиковой мощности к средней. Модуляцию следует производить короткими импульсами максимально возможной интенсивности и большой скважности, чтобы не превысить макс. рассеиваемую мощность прибора в таком режиме.

Иными словами, если лазер средней непрерывной мощностью, допустим, в 10 мВт, позволяет получить в импульсе 100мВт, пусть даже и при скважности не 10, а 20, его нужно использовать именно в таком режиме. Подавая на лазер меандр (скважность 2) с мощностью в импульсе 20мВт, в общем случае, получим гораздо худшее соотношение мощности сигнала и шума в момент действия импульса.

Если есть вопросы по существу этого предложения - буду рад ответить.

 

Второй момент: как воспользоваться достигнутым, хоть и максимально возможным для имеющегося излучателя, но очень кратковременным отношением С/Ш?

Ответ - с помощью синхронного детектора, обеспечиваюшего пропускание входного сигнала только в момент действия импульса (сейчас я опускаю существенные вещи, касающиеся вопросов построения предусилителя). Насколько я понял, возможность синхронизации приёмника и передатчика всё же имеется, что избавляет от необходимости применения несинхронного квадратурного детектора или ФАП.

Синхронный детектор может быть реализован на недорогом современном быстродействующем электронном аналоговом ключе (простите за обилие эпитетов :) ). Стробом ключа может являться модулирующий сигнал лазера, с компенсацией задержки в тракте передачи-приёма, которую несложно реализовать на достаточно шустром МК (подойдёт даже AVR).

Надо сказать, что эквивалент синхронного детектора может быть реализован и непосредственно на аналого-цифровом преобразователе с синхронным захватом сигнала.

Предлагаю обсудить высказанные положения и пойти дальше в способах построения оптимальной (то есть, теоретически наилучшей) в смысле отношения сигнал/помеха системы для решения Вашей задачи.

 

2 Tanya

Вы снова совершенно правы. :) В части компенсации я также советовал познакомиться с приёмниками сигнала ДУ, где она имеется. Однако, компенсация фона и медленных изменений сигнала способствует только смягчению требований к динамическому диапазону тракта приёма, не решая задачу в принципе.

Насчёт лампы-вспышки - суть правильна, только не знаю, приемлемо ли такое решение для автора темы. Кроме того, с узкополосной системой передачи-приёма, возможно получение решения без использования таких экстремальных методов и энергий. :)

Да и Вы правы - Вы пишите то же самое, только другими словами... И я знаю этому причину..

Предлагаю либо объединиться под ником Станя или не писать в одну ветку.... :a14:

Похоже автор темы разрабатывает что то из области охранных устройств, поэтому толком не объясняет, что к чему.

В далекие голодные времена было нечто подобное придумано - многоканальная адаптивная оптическая система обнаружения изменений отражения в охраняемом помещении. Чисто аналоговая. Так получилось только со вспышкой. Но все это уже давно забыто. Помнится только, что было некоторое адаптивное суммирование со знаком и с делением на опорный сигнал.

[Stanislav 0]

Да и Вы правы - Вы пишите то же самое, только другими словами... И я знаю этому причину..

Предлагаю либо объединиться под ником Станя или не писать в одну ветку...

За что же, не боясь греха... и т.д. ©

Страдая определённым тугодумием, нахожу многие посты весьма сумбурно, непонятно и противоречиво написанными. Поэтому и переписываю их, соизмеряя со степенью собственного (не)понимания, надеясь, что укажут путь истинный.

Предложения по поводу ника принимается. Считаю, однако, совершенно необходимым согласовывать действия на вербальном уровне. :)

 

...Похоже автор темы разрабатывает что то из области охранных устройств, поэтому толком не объясняет, что к чему.

В далекие голодные времена было нечто подобное придумано - многоканальная адаптивная оптическая система обнаружения изменений отражения в охраняемом помещении. Чисто аналоговая. Так получилось только со вспышкой. Но все это уже давно забыто. Помнится только, что было некоторое адаптивное суммирование со знаком и с делением на опорный сигнал.

Я только пытаюсь систематизировать подход к решению задачи с тем, чтобы потом получить приемлемое решение. Пока этого не сделано, обсуждение частностей только во вред.

[Stanislav 0]

...Полоса ТИ усилителя важна, если вместо полноценного синхронного детектора используется умножение на знак (коммутатор). В этом случае пропускаются нечетные гармоники основной частоты(с коэффициентами 1/3, 1/5 и т.д.), поэтому неплохо подрезать полосу так, чтобы на частоте F*3 уже мало чего оставалось.

Нет, неверно.

Во-первых, непонятно, почему коммутатор делает умножение на знак? :blink: По-моему, он делает умножение на 0 или 1.

Во-вторых, почему СД на аналоговом ключе является неполноценным? :blink: По-моему, он есть наилучший из возможных для предполагаемой системы, т.к. моменты его включения/выключения можно совместить с моментами появления/пропадания полезного сигнала. Иными словами, данный СД согласован с полезным сигналом.

В-третьих, предлагаю переместиться в спектральную область и рассмотреть распределения энергий спектров короткого зондирующего импульса и одного периода помехи (при условии, что она является таковой). Отношение плотностей мощности будет в общем случае увеличиваться с частотой. "Зарезав" сверху полосу принимаемого сигнала, существенно ухудшим и отношение сигнал/шум.

Вообще-то я предлагаю решать задачу оптимальным (или близким к таковому), то есть, наилучшим из возможных, способом, обеспечивающим на выходе отношение сигнал/помеха, близкое к теоретическому пределу. Все предложенные ранее решения - неоптимальны в этом смысле. Поясню своё имхо.

 

Для того, чтобы реализовать оптимальную систему приёма-передачи сигнала для данной постановки вопроса, требуется:

1. Получить точную оценку суммы полезного сигнала и помехи, желательно, с наилучшим практически достижимым отношением С/П;

2. Получить точную оценку помехи в момент действия полезного сигнала. Способ, предложенный Вами, субоптимален в этом смысле;

3. Вычесть второе из первого, получив желанный полезный сигнал.

Конечно, нужно при этом учесть собственные шумы аппаратуры, хотя, для данной задачи, они, скорее всего, будут пренебрежимо малы.

Если где ошибся - поправьте, пожалуйста.

 

Исходя из этого, оптимальная система приёма-передачи видится такой:

1. Передатчик, осуществляющий импульсную засветку объекта наблюдения. Отношение импульсной мощности к максимально допустимой средней должно быть максимально возможным;

2. Аналоговая часть приёмника сигнала - фотодетектор+широкополосный усилитель, возможно, с компенсацией медленно меняющихся значений засветки - эквивалент ФВЧ с некоторыми преимуществами против такового, а также со всеми возможными методами спектральной (в смысле длины волны) и пространственной фильтрации;

3. Синхронный детектор. Для облегчения решения задачи видится двухканальным - один канал производит оценку суммы сигнал+помеха во время действия сигнала, другой - помехи в отсутствие сигнала;

4. ФНЧ. Реализуем с помощью простой RC-цепи и сигма-дельта АЦП с цифровым фильтром;

5. МК, реализующий вычитание сигналов, всяческие коррекции, компенсации и выдачу результатов измерения.

Если есть надёжная модель помехи, достаточно и одного канала приёма. Только это бывает далеко не всегда.

О способах практической реализации каналов приёма постараюсь написать завтра.

Если есть возражения по существу - буду рад выслушать.

 

2 Herz

Скажите всё же, какова максимально допустимая мощность лазера в импульсе (ессно, при соблюдении средней)? Или ткните носом, где это написано...

[Herz 5]

Похоже, моё участие в беседе становится ненужным... :)

2 Herz

Скажите всё же, какова максимально допустимая мощность лазера в импульсе (ессно, при соблюдении средней)? Или ткните носом, где это написано...

Зачем же так...

Это написано в посте №67, а также в №64.

Исходя из этого, оптимальная система приёма-передачи видится такой:

1. Передатчик, осуществляющий импульсную засветку объекта наблюдения. Отношение импульсной мощности к максимально допустимой средней должно быть максимально возможным;

Давайте считать этот пункт выполненным.

Если, всё же, исходных данных недостаточно для поиска оптимального решения, то мне останется лишь извиниться за отнятое время...

[DS 0]

Давайте считать этот пункт выполненным.

Если, всё же, исходных данных недостаточно для поиска оптимального решения, то мне останется лишь извиниться за отнятое время...

 

Я думаю, пора Вам набросать схемку аналогового тракта и начать ее обсуждать. Тут уже много всего насоветовали, а решать что делать ведь все равно Вам.

[MosAic 0]

Рекомендую для ознакомления статью "Нижний предел измерения средней мощности оптического излучения инфракрасного диапазона" из журнала "Фотонэкспресс".

Ознакомился. Что-то не пойму. Похоже, она впопыхах списывалась не вполне проснувшимся студентом-двоечником с некачественной шпаргалки. :)

 

Не сочтите за неблагодарность! :cheers:

Ну за что же Вы их так? :) Это же популярная статейка. Полезная информация в том, что ЛФД не улучшит результат (подсчет фотонов не подходит из-за фоновой засветки). Да и сравнить полученный результат с их оценками будет интересно. Моделировать будете предварительно? В чем?