Спектрометры

[Игорь А. Грибко]

Приобрёл "останки"  двух хороших спектрометров 1. Varian Cary 50 - двухлучевой сканирующий
2. Thermo Scientific Evolution Array с линейной матрицей ,оба имеют диапазон 190-1100

Цель - сделать спектрометр для вакуумной камеры(контроль тонких плёнок) и для измерения коэффициентов отражения и пропускания  оптических элементов.
Сначала была мысль попробовать восстановить в варианте №1 не хватает PCI интерфейса и программного обеспечения, а во втором - нет блока питания и программного обеспечения. Вся оптическая часть в идеальном состоянии ,что на одном ,что на втором. После копания в и-те стало понятно ,что не потяну по финансам ,хотя всё для восстановления возможно приобрести,но например программное обеспечение стоит порядка 250-300 тыс. рублей и попытка найти где-то по форумам  не дала пока результата. Интерфейсная PCI плата для 1-го варианта стоит ещё дороже...
 
  Выложу сюда фотки что есть,возможно кто-то подскажет или поможет с информацией в каком направлении двинуться, чтобы сделать рабочий вариант.
 На  фото общий вид 1-й вариант без крышки,

В качестве приёмников использованы широкополосные фотодиоды ,а лампа - ксенон ,но можно приспособить и галогенку.

[Игорь А. Грибко]

Второй вариант мне очень нравиться ,но пока не знаю как подступиться.
На этом спектрофотометре использован монохроматор JOBIN YVON S157-6, на нём установлена линейная матрица HAMAMATSU PDA S3904-1024Q. Кроме того на месте и в полном порядке излучатели - галогеновая долгоиграющая лампа 5В,1А током, и дейтеревая лампа Heraeus DX277/05J. Также на месте две платы для управления монохроматором, но без фирменного программного обеспечения и родного блока питания запустить вряд ли получится ,а вот попробовать запустить монохроматор с матрицей на другой (вопрос-какой?) схеме можно попробовать..
На фото монохроматор..

[Игорь А. Грибко]

Ещё фото по второму варианту, блок осветителей и контроллер монохроматора

[Игорь А. Грибко]

Изучив всё что смог и-те решил пока заняться первым вариантом
 
Для понимания с чем имеем дело снял видео

https://youtu.be/yfzX1lyHh70

буду пробовать запустить не нарушая внутреннего "уклада", удобно ,что все провода от датчиков,движков,сведены в один разъём типа LPT, на него есть родной кабель и самодельное управление можно собрать в небольшом наружном корпусе.
Электроники внутри практически нет ,кроме предусилителей фотодиодов (на фото) ,с ними надо разобраться и запустить.
Двигатель двигающий решётку можно легко запустить через ардуинку ,можно попробовать через неё же мерить сигналы с фотодатчиков и подавать на комп,можно также сделать модуляцию сигнала ,чтобы проводить замеры при засветке.
 Если у кого появяться идеи - буду признателен...

На фото - датчик и схема предусилителя на операционнике OP37 (малошумящий,высокоскоростной,прецизионный,питание до 22В)

[didperm]

Для понимания с чем имеем дело снял видео

Видео хорошо показало устройство прибора.)

Я думаю, что это будет некий вариант монохроматора?
Ардуинкой конечно можно все это сделать - управлять шаговиком и оцифровать данные с фотодиодов.

Пружинка возвращающая решетку непонятна. Можно обойтись без нее. Шаговиком туда-сюда шагать можно.
Еще наверно надо сделать датчики крайних положений решетки.

[Игорь А. Грибко]

Пружинка возвращающая решетку непонятна. Можно обойтись без нее. Шаговиком туда-сюда шагать можно.
Еще наверно надо сделать датчики крайних положений решетки.

Здравствуй,Дмитрий.
Пружина упрощает управление сканированием.Можно обойтись без датчиков - задаём движку определённое к-во шагов , делаем паузу,во время которой решётка возвращается на место и снова крутим движок. Стабильность нужна в скорости и в периодичности,что легко исполняется.. Скорость можно легко менять

[didperm]

Скорее всего пружинка возвращает решетку на нулевой отсчет при выключении питания.

[Игорь А. Грибко]

Скорее всего пружинка возвращает решетку на нулевой отсчет при выключении питания.

Дело в том ,что привод решётки- обычный шаговик без энкодера и точно выставлять его опираясь на шаги может не получиться,а вот если использовать опору как начальную точку то можно ,или во время работы надо предусматривать периодическую калибровку, короче надо засветить и посмотреть где находится спектр и насколько надо двигать решётку..

Хотя если например сканировать некоторый участок,а не весь спектр,то в этом случае надо делать хорошее позиционирование   шаговика,а опору действительно использовать как ноль в начале работы прибора..
Придётся штудировать возможности ардуино (я не сильно погружён в эту тему)

[Serg1]

Шаговиком туда-сюда нельзя делать, т.к. будут люфты. А в варианте с пружиной люфт выбран.

[Игорь А. Грибко]

Прикидывал алгоритм работы, замеры показали- двигатель делает ровно три оборота от опоры до опоры. Допустим у движка 200 шагов на оборот тогда за 600 шагов он сдвигает решётку на 1200нм в пересчёте на спектр(подсветил и примерно замерил по факту) или 1шаг - 2нм
 Алгоритм вижу таким
  1. двигатель делает шаг (если возможно точно сделать надо 0,5 шага для точности 1нм) ,потом пауза ,во время которой подаётся свет (вспышка), потом опять шаг и т.д. Время шага и паузы должны быть равными..
 2. на выходе двух фотодиодов (прямой луч и луч прошедший через измеряемый объект) получаем последовательность импульсов . Импульсный характер сигнала нужен для отделения рассеянного освещения ,тогда можно будет проводить измерения при умеренной засветке .
 3. для измерений у нас в итоге имеются пары импульсов .Импульсы в паре надо сравнить между собой и получить отношение, т.е. прямой луч берётся за 100% ,а прошедший обработку будет в процентах искомой величиной .Такой способ измерения каждой пары импульсов позволяет избавиться от неравномерности по спектру источника света(конечно в определённых пределах,но эти пределы довольно большие,т.к. фотодиоды стоят с большим динамическим диапазоном линейного участка,то же самое и операционники в предусилителе выбраны с динамическим диапазоном до 128дб).Всё это упрощает калибровку уровней по спектру (она практически не нужна).
 4.скорость движения в родном варианте - весь спектр за 2,5сек. возьмём например 3сек /весь спектр,тогда движок должен сделать 400 полушагов в секунду. Частота импульсов с фотодиодов будет тоже 400гц.
 5.В качестве источника света ,в родном варианте стояла импульсная ксеноновая лампа, я собираюсь поставить осветитель светодиодный на матрице с CRI 90-98% (с хорошей цветопередачей) мощностью 15-20вт. Будет потеря в глубоком ультрафиолете , но для меня это не существенно.Галогеновый источник хорош только для непрерывного излучения и в данном варианте не подходит.
 6. Возникает вопрос обработки пар импульсов и получение результата в виде графика спектра..

[didperm]

  1. двигатель делает шаг (если возможно точно сделать надо 0,5 шага для точности 1нм) ,потом пауза ,во время которой подаётся свет (вспышка), потом опять шаг и т.д. Время шага и паузы должны быть равными..
 2. на выходе двух фотодиодов (прямой луч и луч прошедший через измеряемый объект) получаем последовательность импульсов . Импульсный характер сигнала нужен для отделения рассеянного освещения ,тогда можно будет проводить измерения при умеренной засветке .
 

Игорь, а зачем импульсный режим, если тебе надо протянуть весь спектр?
Может быть имеет смысл двигатель заставить работать в микрошаговом режиме и снимать два плавных непрерывных спектра?
И засветка скорее всего будет некоторой константой, которую можно из спектров вычесть.
Или я не прав?

[Игорь А. Грибко]

Думал об этом ,но возникает усложнение,в основном программное , надо как- то определить и вычесть засветку,в случае стабильной засветки это не трудно ,а если она изменяется?Одна из планируемых  задач - это контроль тонких плёнок во время напыления ,в этом случае есть засветка от испарителей ,она не стабильна и довольно значительная. Без модуляции сложно делать фотометрию.
Вообще вопрос пока открытый ,думаю сначала разобраться с фотодиодными предусилителями , чтобы знать какой сигнал будет на выходе,сделаю для начала источник постоянный ,поэкспериментирую..

[Дмитрий Маколкин]

Без модуляции сложно делать фотометрию.

В СФКТ-751В которым комплектовались камеры ВУ1 и ВУ2 использовался механический модулятор и синхронное детектирование.
Здесь есть его описание: https://www.chipmaker.ru/files/file/11327/

[Игорь А. Грибко]

В СФКТ-751В которым комплектовались камеры ВУ1 и ВУ2 использовался механический модулятор и синхронное детектирование.
Здесь есть его описание: https://www.chipmaker.ru/files/file/11327/

Спасибо за инфу, когда делал на монохроматоре модулятор - искал что-то подобное,но не нашёл,пришлось самому изобретать.

[Игорь А. Грибко]

Разобрался с питанием фотодатчиков,операционники включены в обычном режиме  -+ 15В, со средней точкой.
На выходе  при полном затемнении 0,00В , при хорошем освещении 13,40 В(наступает ограничение). Чувствительность очень высокая ,фотодиоды похоже крутые,но к сожалению не добрался до маркировки-не захотел выпаивать.

[Игорь А. Грибко]

Пару дней занимался с Evolution Array,то что наработал в двух небольших видео

https://youtu.be/OD12W09kk7A

https://youtu.be/kErskoerCKo

[didperm]

Пару дней занимался с Evolution Array,то что наработал в двух небольших видео

Хорошо, что данные ты видишь.
Скорее всего при подключению к компьютеру у тебя должен был появится какой-нибудь порт, например СОМ или составное устройство.

Но лучше от этого вряд ли станет, потому что протокол обмена по USB между программулиной в РС и спектрометром,
скорее всего неизвестен.

В этом случае я бы оцифровал этот видеосигнал с помощью внешнего контроллера и потом уже с этого контроллера выводил данные в РС по своему протоколу.

[Игорь А. Грибко]

Хорошо, что данные ты видишь.
Скорее всего при подключению к компьютеру у тебя должен был появится какой-нибудь порт, например СОМ или составное устройство.

Но лучше от этого вряд ли станет, потому что протокол обмена по USB между программулиной в РС и спектрометром,
скорее всего неизвестен.

В этом случае я бы оцифровал этот видеосигнал с помощью внешнего контроллера и потом уже с этого контроллера выводил данные в РС по своему протоколу.

Да так и есть,при подключении определяется контроллер NET2888,который стоит на выходе устройства,более того после замены неисправных деталей,стала проходить внутренняя диагностика- при подаче питания загорается красный светодиод на плате,потом кратковременно срабатывают затворы (заслонка и фильтр отсекающий ультрафиолет) и после этого загорается зелёный светодиод.
Понятно,что запустить аппарат без родного программного обеспечения(программа VisionCollect )не получится ,попытки раздобыть программу не увенчались успехом,купить можно,но официальная цена 436 000 руб.
 Сам я сначала думал использовать сигнал после 16-бит АЦП(микросхема LTC 1605),но внимательно изучив включение её в этом приборе-отказался- оно нестандартное,половина выходов идёт на ПЛИС,а другая половина уходит на разъём к которому ничего не подключено.
 Сейчас изучаю способы преобразовать видеосигнал в цифру и на комп. Но пока не очень понимаю как это сделать, формат видео сигнала какой-то непонятный , идёт пакетами по двадцать подряд снятых сигналов ,аналогичных тому ,что на осциллографе на видеороликах,потом идёт пауза по длине равная этому пакету ,а за ней снова пакет.
Пытаюсь понять для чего это сделано,возможно для усреднения в каждом пакете ...
Сигналы положительной полярности. Поскольку ,в области преобразования сигнала, я не силён - приходится изучать всё с нуля,похоже на форуме тоже особенно никто не поможет ,буду разбираться.

[didperm]

16-бит АЦП(микросхема LTC 1605),но внимательно изучив включение её в этом приборе-отказался- оно нестандартное,половина выходов идёт на ПЛИС,а другая половина уходит на разъём к которому ничего не подключено.

К этому АЦП можно довольно просто прицепиться. У него 16 битная шина данных и есть сигнал на ноге PIN26 по фронту которого данные на шине можно считывать. Кстати, может быть эта шина и выведена на тот дополнительный разъем?
Единственно не понятно, как засинхронизировать процесс. Должен быть сигнал который вырабатывается в начале измерения.
Вот его надо поискать. 

[Игорь А. Грибко]

К этому АЦП можно довольно просто прицепиться. У него 16 битная шина данных и есть сигнал на ноге PIN26 по фронту которого данные на шине можно считывать. Кстати, может быть эта шина и выведена на тот дополнительный разъем?
Единственно не понятно, как засинхронизировать процесс. Должен быть сигнал который вырабатывается в начале измерения.
Вот его надо поискать.

Посмотрел повнимательнее на выходной видеосигнал и на устройство платы управления.
на первом фото - участок платы управления,с ПЛИС на шлейф идущий на матрицу,через буферную микросхему,подаются сформированные сигналы
1. четыре сдвинутых по фазе сигнала частотой около 48,8Гц
2. меандр частотой 1,38Гц
3. меандр 50 кГц
Интересно,что если 50 000 разделить на 1024(количество элементов в линейке), то получим примерно 48,83Гц, а если разделить 48,83 на 36,то получим 1,356Гц...
С помощью этих частот идёт формирование выходного сигнала.
Выходной сигнал с драйвера линейки (через шлейф) попадает на ножку №1 микросхемы LTC1605 (АЦП) , преобразованный сигнал с ног 6-13 попадает на J10,дальше никуда не поступает. С ног 15-22 идёт на ПЛИС,вывода 23,24,26 тоже идут на ПЛИС.