2-Kanal-Colorimeter mit Transimpedanz-PGAs und synchronen Detektoren

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Analog Devices

Schaltungsevaluierung und Test

Die Schaltung nutzt das Evaluation Board EVAL-CN0312-SDPZ und das System Demonstration Plattform (SDP) Evaluation Board EVAL-SDP-CB1Z. Die Evaluierungssoftware CN-0312 kommuniziert mit dem EVAL-SDP-CB1Z zur Erfassung von Daten vom EVAL-CN0312-SDPZ.

Folgende Ausrüstung ist erforderlich:

• Ein PC mit USB-Anschluss und Windows XP oder Windows Vista (32 Bit) oder Windows 7 (32 Bit),

• das Evaluation Board EVAL-CN0312-SDPZ,

• das Evaluation Board (SDP) EVAL-SDP-CB1Z,

• eine Stromversorgung mit 6 bis 12 VDC und 500 mA,

• die Evaluation Software CN-0312 und

• destilliertes Wasser und Testflüssigkeiten.

Die ersten Schritte

Laden Sie die Evaluierungssoftware, indem Sie die CD mit der Evaluation Software CN-0312 in das CD-Laufwerk des PC einlegen. Gehen Sie auf das Laufwerk, das die Evaluation Software enthält und öffnen Sie die Datei Readme. Folgen Sie den Anweisungen in der Datei Readme zur Installation und zum Verwenden der Evaluierungssoftware.

Funktionsdiagramm

Bild 7 zeigt den Testaufbau als Blockschaltbild. Die vollständige Schaltung finden Sie im pdf-Dokument EVAL-CN0312-SDPZ-SCH. Diese Datei ist im Design Support Package CN0312 enthalten.

Bildergalerie

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Aufbau Biegen Sie die Anschlussdrähte der Fotodioden um 90° und stecken Sie sie in D2 und D3. Die richtige Ausrichtung der Anodenanschlüsse an den Fotodioden entnehmen Sie Bild 7. Stellen Sie nach der Installation sicher, dass die Fotodioden etwa 15 mm von der Leiterplatte entfernt sind. Verbinden Sie den 120 poligen Stecker am EVAL-CN0312-SDPZ mit dem Stecker CON A am EVAL-SDP-CB1Z. Schließen Sie eine externe Stromversorgung mit 6 bis 12 VDC an J2 am EVAL-CN0312-SDPZ an und nutzen Sie das im Lieferumfang des EVAL-SDP-CB1Z enthaltene USB-Kabel zum Verbinden des USB-Anschlusses am PC und dem EVAL-SDP-CB1Z. Das EVAL-SDP-CB1Z erhält seine Versorgung vom USB-Anschluss am PC.

Test

Schalten Sie die externe Stromversorgung ein und starten Sie die Evaluierungssoftware. Die Software kann mit dem EVAL-SDP-CB1Z kommunizieren, falls der Treiber „System Development Platform“ von Analog Devices im Device Manager erscheint. Sobald die USB-Kommunikation aufgebaut ist, kann das EVAL-SDP-CB1Z serielle Daten vom EVAL-CN0312-SDPZ senden, empfangen und erfassen.

Die Readme-Datei der Evaluation Software CN-0312 enthält Informationen und Details, wie man die Evaluierungssoftware zum Erfassen von Daten nutzt. Das SDP-Benutzerhandbuch UG-277 enthält Informationen über das EVAL-SDP-CB1Z.

Das System muss zunächst kalibriert werden, um Fehlanpassungen zwischen LEDs, Beam-Splitter und Fotodioden zu kompensieren. So werden auch Fehler in der Reaktion der Fotodioden kompensiert.

Zum Kalibrieren des Systems füllt man die beiden Behälter mit destilliertem Wasser und steckt sie in die quadratischen Vertiefungen in der Leiterplatte. Jetzt wählt man für beide Kanäle die Verstärkung mit 33 kΩ sowie Initiate Calibration Sequence im Pull-Down-Menü Calibration. Die Software schaltet jede der drei LEDs nacheinander ein und misst das empfangene Licht, welches die Referenz- und die Mess-Fotodioden erreicht. Die Software berechnet einen Multiplikator für jede LED-Farbe; dies ergibt

U_{Reference_Channel} / U_{Sample_Channel} K = 1

Darin ist K die berechnete Kalibrierungskonstante. Nach der Kalibrierung nutzt die Software die Kalibrierungskonstanten in allen folgenden Messungen.

In der Spektroskopie definiert man die Absorption als das logarithmische Verhältnis zwischen dem Licht, welches das zu untersuchende Material erreicht und dem Licht, welches das Material durchdringt. Das Beer-Lambert‘sche Gesetz besagt, dass die Menge Licht, das durch ein Material dringt, mit zunehmender Pfadlänge und Konzentration exponenziell abnimmt.

Definiert man die Absorption als Logarithmus, ist sie direkt proportional zur Konzentration des Materials (konstante Pfadlänge vorausgesetzt).

Um diese Theorie auf einfache Weise und ohne gefährliche Chemikalien zu überprüfen, misst man die Konzentration von Trägermaterial für das Färben von Lebensmitteln.

Bild 9 zeigt experimentelle Ergebnisse aus verschiedenen Konzentrationen des Trägermaterials „Yellow Number 5”, gemessen mit dem EVAL-CN0312-SDPZ. Gelbe Lösungen absorbieren blaues Licht sehr stark. Deshalb wurden die Messungen mit der blauen LED (470 nm) als Lichtquelle gemacht. Die x-Achse zeigt die Volumenkonzentration (ausgedrückt als Milliliter des Trägermaterials pro Milliliter Wasser; daher ohne Einheit). Die y-Achse zeigt die Absorption. Wie durch das Beer-Lambert'sche Gesetz vorausgesagt, variiert die Absorption linear mit der Konzentration.

Zusätzlich zu Konzentrationsmessungen kann dieses Board Materialien auch auf der Basis ihrer Lichtabsorption bei verschiedenen Wellenlängen charakterisieren und identifizieren. Wählen Sie Analyze Sample im Pull-Down-Menü Automated Data Collection, um jede Farbe zu messen und stellen Sie die Ergebnisse auf dem Front-Panel dar. Man kann eine Datenbank mit bekannten Substanzen aufbauen und diese dann unbekannten Testsubstanzen gegenüberstellen.

Zum Beispiel ist es üblich, pH-Messlösungen zu verwenden, die ihre Farbe entsprechend des pH-Wertes ändern. Durch den Aufbau einer Datenbank mit bekannten pH-Werten kann das System die Farbe einer Testsubstanz identifizieren und dem richtigen pH-Wert zuordnen.

* Luis Orozco ist Applikationsingenieur bei Analog Devices im Bereich Industrial and Instrumentation in Wilmington/ USA.

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