¿Puede un fotodiodo distinguir entre la luz del día y el LED blanco/azul?

Question

Estoy trabajando con un fotodiodo que se supone que detecta una cantidad muy pequeña de luz LED (la luz será programada por un attiny 85). Usando diferentes tipos de lentes he conseguido amplificar la cantidad de luz que caerá sobre el fotodiodo. Haciendo uso de amplificadores operacionales pude hacer que el fotodiodo activara una acción (arrancar un servomotor) cuando la pequeña cantidad de luz cayera sobre él.

R1: 10M; Opamp: LM358; fotodiodo: VTB8440BH; El consumo de energía debe ser el mínimo posible.

Ahora tengo el problema como este experimento sólo funciona en el entorno oscuro. Dado que el fotodiodo se ha vuelto muy sensible con el amplificador óptico, incluso una pequeña cantidad de luz del día es detectada por el fotodiodo. El fotodiodo que utilizo es VTB8440BH (Datasheet Photodiode http://www.farnell.com/datasheets/57158.pdf .) Según la hoja de datos, su sensibilidad alcanza su punto máximo a 500 nm. Como la fuente de luz es un LED blanco/azul (arrnd. 450nm) he seleccionado este fotodiodo. Sin embargo, ahora he aprendido que incluso la longitud de onda de la luz del día se establece entre 350 y 700 nm. Por lo tanto, experimento el problema como se mencionó anteriormente que el fotodiodo no puede diferir entre ambas luces. Soy consciente de que para evitar este problema debo/puedo utilizar una fuente de luz infrarroja. También he aprendido que podría utilizar un filtro para evitar la luz del día sin embargo en mi caso dudo (no estoy seguro sin embargo) que sólo la luz del día puede ser deseleccionada filtrando la luz led. Sin embargo quiero hacerlo con un LED. ¿Existe la posibilidad de evitar la luz del día y detectar el led blanco/azul?

Ya he considerado interesantes las discusiones, sin embargo no he podido extraer la información necesaria para poder abordar mi tema. ¿cómo hacer que un sistema responda al láser IR? El sensor de obstáculos IR de los pobres tiene sentido(mejora) de la señal bajo la luz del día

Answer 1

Podrías modular tu LED conduciéndolo a una frecuencia determinada (20kHz por ejemplo).
Entonces, en lugar de buscar una simple señal de encendido/apagado de su fotodiodo, busca esa frecuencia en particular.

Answer 2

Como la fuente de luz (LED blanco / azul) tiene el espectro de emisión conocido, se puede saber qué longitudes de onda hacen no presente allí. Así que esta es la idea: DOS fotodiodos. Uno detecta la longitud de onda "deseada" y el otro la "no deseada" (la que está presente en la luz del día, pero no en el LED). Con un poco de lógica, se puede distinguir entre las dos.

Actualización :
Lo mejoraré con una explicación más formal:

Supongamos que tenemos un LED que emite longitudes de onda en un rango(o conjunto) \$L\$ . La luz del sol está emitiendo en el rango/conjunto \$S\$ . Podemos asumir con seguridad que \$L\subset S\$ . Así que tener un fotodiodo \$P_1\$ , sensible a ambos \$L\$ y \$S\$ y con un fotodiodo \$P_2\$ sensible a un conjunto \$D\$ que es \$D\subset S\setminus L\$ (es decir, el espectro que forma parte de la luz solar pero no del LED), nos permitirá sacar estas conclusiones: $$ Sunlight\_detected = P_2$$ $$LED\_detected=P_1\wedge \lnot P_2$$
Por supuesto, esta lógica no podrá detectar el caso de que el LED esté encendido y la luz del sol juntos, ya que la luz del sol vencerá al LED.

Answer 3

El pico de respuesta espectral de tu fotodiodo es en realidad de unos 580 nm. Así que deshazte del LED azul/blanco y utiliza un LED amarillo-verde de muy alto brillo. Luego, consiga un filtro de banda estrecha con la longitud de onda de su LED. Thorlabs, por ejemplo, tiene una buena selección por no mucho dinero http://www.edmundoptics.com/optics/optical-filters/bandpass-filters/visible-bandpass-interference-filters/3429/ . No se preocupe demasiado por el ajuste perfecto de su filtro y el LED, los LED suelen tener un espectro bastante amplio (decenas de nm). El uso de un filtro de banda estrecha será fundamental para deshacerse de la luz solar no deseada.

Una vez que hayas hecho eso, consigue un mejor amplificador óptico. Si quieres que sea barato, incluso algo como un TL081 será mejor que un LM358. Tendrás que usar una fuente dividida, algo como +/- 12 o +/- 15 voltios. Supéralo. Necesitas un suministro dividido de todos modos para polarizar tu fotodiodo. Si realmente no quieres proporcionar una tensión de alimentación más alta, un LF356 funcionará bien a +/- 5 voltios. También tenga en cuenta que probablemente debería poner un pequeño condensador a través de su resistencia de retroalimentación para la estabilidad.

Esto puede o no solucionar su problema - ayudará, pero puede no ser suficiente. Hay dos maneras de solucionar esto. La primera es conseguir un segundo fotodiodo, y utilizar un filtro diferente en la entrada, con (digamos) una diferencia de 100 nm en la longitud de onda del filtro. Como ejemplo, digamos que usas un filtro de 580 nm y otro de 680 nm. Ambos recibirán más o menos la misma cantidad de energía de la luz solar, pero sólo el de 580 obtendrá energía LED. Por lo tanto, sólo se detectaría un retorno si a) el nivel de la señal de 580 es lo suficientemente alto, y b) la señal de 680 es claramente inferior, como menos de 1/3 de la señal de 580.

Si esto no funciona, tendrías que modular tu LED, y buscar la frecuencia adecuada en el retorno 580. El enfoque más sencillo (y menos eficaz) es simplemente poner un filtro de paso de banda en la señal del 580, de modo que sólo pase la variación del LED. Para los casos más difíciles, necesitas un demodulador síncrono, que suena aterrador pero puede ser tan simple como un amplificador óptico y un FET. Véase http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/technical-articles/Use-Synchronous-Detection-to-Make-Precision-Low-Level-Measurements-MS-2698.pdf , figura 4. También se llama amplificador lock-in. Si estás dispuesto a aprender a usar uno, puedes hacer cosas increíbles sacando una señal del ruido y del fondo.

Answer 4

Lo que he hecho en el pasado para resolver este problema exacto era esencialmente utilizar una especie de guía de ondas. No era nada del otro mundo, sólo una cubierta alrededor del LED y una cubierta alrededor del receptor para que sólo la luz que era muy direccional pudiera llegar al receptor y, por lo tanto, sólo la luz producida por mi LED se recibía con la suficiente fuerza como para importar. También utilicé LEDs infrarrojos. Funcionaron bien hasta una distancia de unos 30 centímetros. Creo que también modulé el LED, pero no recuerdo qué frecuencia utilicé.