¿Qué tan rápido podemos medir usando sensores IR?

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Suponiendo que tengo un objeto repetidamente pasando a través de sensores IR y estoy mirando la forma de onda de salida. ¿Cuál es la frecuencia máxima que puede tener la forma de onda de salida?
Creo que esto puede estar relacionado con la frecuencia de los rayos IR utilizados para la detección, pero no puedo encontrar una lógica concreta de por qué puede depender de eso. PD: ignore otras limitaciones, como la velocidad del objeto para dar lugar a una frecuencia tan alta y limitaciones del instrumento de medición.

    
pregunta Red Floyd

3 respuestas

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Desde un punto de vista fundamental, prácticamente no hay límite de velocidad para la detección IR (es decir, convertir la intensidad de la luz en una señal eléctrica). La frecuencia de la luz es tan alta (en el rango de 100 THz) que prácticamente no hay límite para eso, dadas las frecuencias de modulación de luz típicas que pueden manejarse eléctricamente.

Los fotodetectores más rápidos para el IR que conozco tienen frecuencias de corte en el rango de 100 GHz . Esto corresponde a tiempos de subida en el orden de los picosegundos.

Bueno, este es un ejemplo extremo. Prácticamente, debe tener en cuenta otras restricciones, por ejemplo, el tamaño del detector (más pequeño es más rápido) que tiene un impacto en el campo de visión con la óptica aplicada, la longitud de onda de corte (diferentes materiales del detector tienen diferentes "velocidades"), nivel de ruido del detector (hay tipos de detectores que son muy rápidos pero que no son de poco ruido), la ganancia de amplificación deseada (el producto de ancho de banda de ganancia generalmente es limitado) o el precio del detector.

A menudo, el amplificador impone la limitación del ancho de banda, y para las altas velocidades, se requiere un módulo integrado (es decir, un detector y un amplificador).

    
respondido por el Andreas H.
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Además de la otra respuesta, las limitaciones prácticas incluyen niveles de corriente, capacitancia de la unión del diodo y resistencia de carga como punto de interrupción. Así, algunos tienen un tiempo de subida > > 10x tiempo de decaimiento.

Un PD típico de 5 mm como el LTR-323DB tiene una capacitancia de unión de 50 pF y se puede usar hasta 3 MHz.

Al convertir la corriente de PD al voltaje del amplificador de impedancia trans, (TIA), que es un OpAmp Vin- / Rf y reducir el Rf a baja (xxx Ohms), puede generar más ganancia en cascada para obtener un voltaje más útil para detectar.

Si tiene un haz óptico estrecho restringido por una apertura de PD de 5 mm y un PD empotrado y un ancho de haz de emisor estrecho de <10 grados. , es posible definir un pequeño camino en el medio, ahora puede calcular la velocidad. Pero dado que la potencia del emisor es la variable más importante, necesita AGC. Esto plantea un problema con la detección, pero se resuelve fácilmente al tener 2 emisores iguales, pulsados alternativamente, uno bloqueado y otro no, de modo que AGC siempre tiene una entrada estable para comparar el abandono. Entonces necesitas un patrón de sincronización simple para distinguir 1 fuente de la otra, como la duración del tiempo.

Ahora puede "detectar" la pérdida relativa de la transmisión del objeto, no solo en pulsos cortos ~ 1us, sino a alta velocidad en una apertura muy pequeña, como 1 mm en el recorrido entre el uso de un PD empotrado de 5 mm y 10 grados y detectando una caída del 50% en la pérdida de transmisión. 1mm / us es 1km / s, lo que es bastante rápido, asumiendo una SNR alta con lente de bloqueo de luz diurna en PD.

Anecdotal

Ahora me parece demasiado rápido, pero solo lo he hecho con una ruta de 1 m y he detectado un cable de 1 mm que pasa rápidamente a través del medio utilizando pulsos de 100us para verificar el diseño óptico. Funcionó. Con múltiples detectores detecté dirección.

    
respondido por el Tony EE rocketscientist
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Aquí hay algunos datos sobre el silicio.

La resistencia térmica de un metro cúbico de silicio es de 11.400 segundos.

El tono térmico de un centímetro cúbico de silicio es 100 * 100 más rápido, o 11,400 / 10,000 = 1.14 segundos

El tono térmico de un milímetro cúbico de silicio es todavía 10 * 10 más rápido, o 1.14 segundos / 100 = 11.4 milisegundos.

El temporizador térmico de una micra cúbica de silicio (quizás la profundidad de unión de algún detector) es de 11.4 nanoSegundos.

    
respondido por el analogsystemsrf

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