Ist es möglich, Glasfasern zu verwenden, um den Erfassungsbereich eines Infrarot-Fotodetektorarrays zu vergrößern?

Ich arbeite mit einem Infrarot-Emitter/Detektor-System, das auf einer Osram SFH 4545 IR-LED basiert, die durch eine 120-mm-Fl-Linse mit 40 mm Durchmesser kollimiert ist, und einem Sensor-Array, das auf drei separaten Sätzen von drei Vishay TSOP 34856 basiert, die alle ein 56-kHz-Signal ausführen. Sowohl Emitter als auch Detektor sind so konzipiert, dass sie an einer Vielzahl von vollständig mobilen Objekten montiert werden können und daher nicht physisch verbunden werden können.

Das Problem ist, dass die mobilen Elemente, auf denen die Sensorarrays montiert sind, in der Regel viel größer in Bezug auf die Oberfläche sind, als die Detektoren abdecken können, insbesondere wenn man die Anzahl der verwendeten Komponenten berücksichtigt. Außerdem müssen die Sensoren konstruktionsbedingt während eines hochgradig physikalischen Prozesses exponiert werden, was zusätzlichen Schutz und Wartung erfordert.

Wäre es möglich, Glasfaserleitungen als Lichtleiter zu verwenden, um das IR-Signal zum Sensorarray zu bringen? Ich stelle mir vor, mehrere Linien über einen breiten Bereich des Zielelements anzuordnen, wodurch der Bereich vergrößert wird, den jedes Array abdecken kann, und es auch ermöglicht wird, die empfindlichen Sensorkomponenten an einen geschützteren Ort zu bewegen. Idealerweise möchte ich in der Lage sein, dieselben Detektoren oder zumindest einen mit ähnlichen Parametern zu verwenden, um eine Neugestaltung oder Neuprogrammierung zu vermeiden.

Wenn dies möglich ist, welche Art von Kabel wäre erforderlich? Wie würde das IR-Signal an jedem Kabel erfasst werden? Ich kann mir nicht vorstellen, dass überall rohe Kabelenden herausragen, aber ich kann anscheinend keine Abschlusskomponenten finden, die nicht für den physischen Anschluss an eine Lichtquelle ausgelegt sind. Ich habe dies ziemlich gründlich über Google und mehrere andere Message Boards recherchiert und die Informationen, die ich brauche, nicht gefunden. Mein Team und ich sind fest im DIY-Lager und daher ist unsere Wissensbasis nur in bestimmten Bereichen tief. Glasfaser gehört nicht dazu. Jede Hilfe wäre willkommen.

@ krb686: Kommentare dienen dazu, dem OP zu helfen, seine Frage zu verbessern, nicht zum Verfassen einer Antwort im Bewusstseinsstrom. Ich denke, Sie sollten diese Menge in eine Antwort ausschneiden und einfügen und die Folge von Kommentaren löschen. Nur meine 0,02 wert.
Sehr gute Vorschläge
Das, wonach Sie fragen, kann getan werden, kann jedoch etwas kosten, um es für Ihre Situation zu optimieren. Können Sie Ihr Budget (Größenordnung – etwa 10 oder 10.000 US-Dollar) für dieses Projekt nennen? In der Zwischenzeit können Sie eine Websuche nach "Glasfaserbündel" versuchen. Oder wenn Sie keine flexible Verbindung benötigen, "Lichtleiter".

Antworten (3)

Sie möchten also nur Glasfaser verwenden, um den Abdeckungsbereich der Sensoren zu erweitern. Es ist durchaus möglich, dass IR durch Glasfaserkabel übertragen wird, es hängt nur vom Kabeltyp und der Übertragungswellenlänge ab. Schauen Sie sich das an, insbesondere das Diagramm, das die Streuung und Absorption nach Wellenlänge in Glasfaserkabeln zeigt.

Wellenlängen in der Faseroptik verstehen

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Und wie sie auf dieser Seite sagen, sind die Hauptwellenlängen 850, 1300 und 1550, weil sie zwischen die Absorptionsbanden fallen, und es scheint wegen der Streukurve 1550 > 1300 > 850 zu sein. Lichtwellenleiter werden mit IR-LEDs zum Beispiel in Produkten wie diesen verwendet:

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Glasfasergekoppelte IR-LEDs

Dies unterscheidet sich jedoch offensichtlich von dem, was Sie tun, da sich Ihre IR-Quelle nicht direkt an einem Ende befindet. Ich stelle mir vor, es wird darauf ankommen , ob der IR-Detektor empfindlich genug ist , und das hängt davon ab, wie viel Licht in das Kabel gelangt oder wie weit Kabel und LED voneinander entfernt sind.

Und es sieht so aus, als ob Ihr Detektor von 850 bis 1050 nm empfindlich ist und Ihre LED 940 nm, das ist also gut, aber wenn Sie dies tagsüber verwenden, müssen Sie sich um die Sonneneinstrahlung und die atmosphärische Absorption kümmern. Es sieht so aus, als gäbe es etwa 0,75 W/m^2 bei einer Bestrahlungsstärke von 940 nm, und das Absorptionsband liegt um eines dieser Plateaus herum:

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Oder auf diesem Bild ist es die erste Spitze über 50 % von links, bei etwa 65 %, hauptsächlich aufgrund von Wasserdampf:

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Da ich also nicht wirklich weiß, ob Sie dies am helllichten Tag verwenden möchten oder nicht, würde ich sagen, wenn es sich um ein Gerät nur für die Nacht handelt, entscheiden Sie sich dafür. Wenn nicht, könnte es immer noch möglich sein, aber es könnte schwierig sein. Wenn Sie es ausprobieren und es nicht funktioniert, fallen mir drei Dinge ein, die helfen könnten:

  1. Holen Sie sich eine leistungsstärkere IR-LED - Es sieht so aus, als hätten Sie bereits die leistungsstärkste IR bei 940 nm, zumindest auf der Digi-Taste, aber es kann nicht schaden, sich umzusehen.
  2. Holen Sie sich empfindlichere Detektoren
  3. Wechseln Sie zu einer anderen Wellenlänge. --Ich habe tatsächlich auch einige IR-LEDs von OSRAM. Ihr 4545 hat eine Spitzenstrahlungsintensität von 500 mW/sr. Die, die ich habe, sind die 4751 mit Spitzenwerten von 1250 mW/sr. Diese scheinen eingestellt zu werden, aber sie haben den 4750 , der im Wesentlichen die gleichen Spezifikationen hat. 1250 mW/sr, bei einer Wellenlänge von 850 nm
Ich schätze die Grafiken. Das gibt mir ein besseres Verständnis dafür, wonach ich in Bezug auf wl suchen muss. Sie werden sowohl in als auch außerhalb der direkten Sonne verwendet. Der Epoxidblock um die TSOP-Baugruppe herum dient dazu, Interferenzen etwas abzumildern. Gute Infos zu den LEDs. 850 nm liegt innerhalb des Bereichs, mit dem wir ohne ernsthafte Änderungen arbeiten können. Irgendwelche Vorschläge zu Detektoren?
Hier ist ein Fototransistor mit einer Spitzenempfindlichkeit von 850 nm: vishay.com/docs/81526/bpw76.pdf Ich glaube nur, dass ich an diesem speziellen nicht mag, dass er immer noch eine gewisse Empfindlichkeit hat, wenn er in sichtbares Licht eintaucht. Sie könnten sich für einen IR-Passfilter entscheiden. Diese haben sehr steile Kurven. maxmax.com/axnitefilters.htm Etwas wie die X-nite 780 oder X-nite 830 könnte dieses Problem lösen

Bereits 1972 ließ ich Glasfaserkabel (von einem skeptischen Hersteller von IR-Detektoren) herstellen, um sie an der Linse mehrerer industrieller IR-Detektoren anzubringen, wobei diese Detektoren verwendet wurden, um den Durchgang von „rotglühenden“ Stahlblöcken in einer Stranggussanlage zu überwachen. Obwohl die IR-Detektoren wassergekühlt und auf maximale Empfindlichkeit „eingestellt“ waren, mussten sie ursprünglich immer noch sehr nahe an den vorbeiziehenden Blüten installiert werden, um effektiv zu funktionieren. Diese ursprüngliche Anordnung führte jedoch zu einer sehr hohen Ausfallrate des Detektors. Die Glasfaserkabel, die jeweils etwa 1 Meter lang und etwa 5 mm im Durchmesser (innerhalb einer flexiblen Außenhülle) waren, wurden ursprünglich mit Hochtemperatur-„Enden“ hergestellt, damit sie jeweils in der Nähe der Blüten mit dem zugehörigen IR platziert werden konnten Detektoren wurden an einen „sicheren“ kühleren Ort zurückbewegt. Das modifizierte System funktionierte sehr gut mit den Glasfaserkabeln, die noch weiter von den Blüten entfernt waren. Aus diesem Grund mussten spätere Glasfaserkabel nicht wie die Pilotgeräte hitzebeständig sein und waren billiger in der Anschaffung.

WRT krb686's Masse an Graphen, beachten Sie bitte, dass es neuere Fasern mit erheblich besserer Übertragung als das erste Bild gibt. Möglicherweise finden Sie etwas, das für Ihre Interessenswellenlänge geeignet ist, wenn Sie bei den Spezialanbietern einkaufen, aber Sie werden feststellen, dass es im Allgemeinen billiger ist, Standard-Telekommunikationsfasern zu verwenden. Sie befinden sich bei 940 nm an der LED-Quelle, sodass die meisten 62,5- oder 50-um-Multimode-Fasern wahrscheinlich gut funktionieren. Um mehr Licht mit einigen möglichen Formen der Verschlechterung zu erhalten, die für Ihre Anwendung möglicherweise oder möglicherweise nicht von Bedeutung sind, können Sie sich einige der älteren Fasern mit "großem Kern" ansehen, da Sie anscheinend relativ kurze Fasern betrachten. Ihnen fehlen ausgefallene Funktionen, die für die moderne Telekommunikation wichtig sind, aber sie sind größere "Rohre" mit 100- oder 200-um-Kernen (in Glas, Stufenindex.

Wie Sie das Licht hereinbringen, können Sie möglicherweise selbst herstellen, aber es ist im Allgemeinen ein teurer Bereich, in dem Sie spielen können / ein typischer Ansatz, um ein Signal in eine Faser einzukoppeln - Sie schmelzen im Wesentlichen das Ende der Faser und lassen es seine eigene Linse herstellen. Der Trick ist, dass dies normalerweise mit einem Glasfaser-Spleißgerät gemacht wird, und die kosten mehr als mein Auto ... OK, es ist kein so neues Auto, aber immerhin. 2 im Bild ist eine Kugellinse - sie zeigen auch andere Formen, die für andere Zwecke verwendet werden.

Einige Linsenfasern

Hier ist ein Link zu einer POF-Seite "nicht nur für Beleuchtungszwecke" - 960 um / 1000 um TLC POF , die für ~ 45 Cent / Meter erhältlich ist (weniger in großen Mengen, da bin ich mir sicher).

Sehr hilfreich. Das gibt mir einige neue Forschungsrichtungen, insbesondere die mm-Faser. Je billiger desto besser natürlich. Dieser Aspekt ist an dieser Stelle rein spekulatives Prototyping. Meine anfänglichen Recherchen schienen darauf hinzudeuten, dass Kunststofffasern dazu neigen, im IR zu absorbieren, aber ich werde anfangen, mich nach Spezialherstellern umzusehen. Glücklicherweise bieten die meisten Patchkabel an, die für meine Zwecke lang genug sind. Kugellinsen scheinen der richtige Weg zu sein. Ich habe einige FiO-Taper und Faceplates gefunden, die genau das Richtige wären, aber sie sind ungeheuer teuer.
Wenn Ihre interessierende Wellenlänge 940 nm beträgt (dh sie ist nicht oder nicht sehr weit verschoben), scheint PMMA jenseits von 1000 nm flach zu sein (ähnlicher Verlust wie das sichtbare Band). Natürlich kann es immer noch zu viel sein, je nach benötigter Länge.
Diese spezielle LED verschiebt sich nur geringfügig bis zu 950 nm. Ich verstehe, was Sie mit PMMA-Fasern meinen, toller Anruf. Transmission % bleibt genau um 90, aber die Dämpfungsrate liegt buchstäblich außerhalb der Tabelle nach 800 nm. Ich würde nichts länger als einen Meter brauchen, also sollte das kein ernstes Problem sein. Außerdem ist PMMA billig genug, um es praktisch zu testen, so wie wir es hier gerne machen. Ich denke, ich habe genug Informationen, um zumindest einige vorläufige Proof-of-Concept-Arbeiten durchzuführen. Danke!