RU163505U1

RU163505U1 - STAND FOR RESEARCH OF PARAMETERS OF LED SIGNALS

Info

Publication number: RU163505U1
Application number: RU2015147431/28U
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Ляшук; Сергей Викторович Зуев; Денис Александрович Кулешов; Алексей Александрович Шейфлер
Priority date: 2015-11-05
Filing date: 2015-11-05
Publication date: 2016-07-20

Abstract

1. Стенд для исследования параметров сигналов светодиодов, характеризующийся тем, что он включает фотодетектор, размещенный в светоизолированном боксе, светодиод с драйвером (плата светодиода), помещенный в светозащищенный чехол в механическом разъеме с возможностью оперативно менять экземпляры светодиодов, световод, закрепленный в стенке бокса, один конец которого оптически связан с фотодетектором внутри бокса, а другой - оптически связан со светодиодом и соединен механическим разъемом с цоколем светодиода, управляемый высоковольтный источник напряжения фотодетектора, низковольтный источник питания программируемого контролера, цифровой осциллоскоп для записи сигналов фотодетектора, программируемый контроллер, управляемый компьютером, причем программируемый контроллер выполнен с возможностью подачи низковольтного питания на драйвер светодиода, управления высоковольтным источником напряжения, драйвером светодиода и осциллоскопом.2. Стенд для исследования параметров сигналов светодиодов по п. 1, отличающийся тем, что в качестве фотодетектора использован быстрый фотоэлектронный умножитель с временем нарастания импульса менее 3 нс.3. Стенд для исследования параметров сигналов светодиодов по п. 1, отличающийся тем, что в качестве световода использовано оптоволокно с характеристиками, согласованными с характеристиками светодиода и обеспечивающими наилучшее пропускание оптического излучения светодиода.1. A stand for studying the parameters of LED signals, characterized in that it includes a photodetector located in a light-insulated box, an LED with a driver (LED board), placed in a lightproof case in a mechanical connector with the ability to quickly change LED instances, a light guide fixed to the box wall one end of which is optically connected to the photodetector inside the box, and the other is optically connected to the LED and connected by a mechanical connector to the LED base, controlled by high-voltage source photodetector, low voltage power supply voltage of the programmable controller, a digital oscilloscope for recording the photodetector signals, programmable controller, computer-controlled, wherein the programmable controller is configured to supply low voltage power to the LED driver control high-voltage voltage source, and the LED driver ostsilloskopom.2. A bench for studying the parameters of LED signals according to claim 1, characterized in that a fast photoelectronic multiplier with a pulse rise time of less than 3 ns is used as a photodetector. 3. A bench for studying the parameters of LED signals according to claim 1, characterized in that an optical fiber with characteristics consistent with the characteristics of the LED and providing the best transmission of optical radiation of the LED is used as a fiber.

Description

Полезная модель относится к контрольно-измерительной аппаратуре для полупроводниковых элементов, а более конкретно, к контрольно-измерительной аппаратуре для исследования временных параметров сигналов светодиодов (LED). Применение стенда для исследования параметров сигналов светодиодов, позволяет проводить отбор быстрых светодиодов, пригодных для их использования в процессе регистрации, накопления и обработки сигналов с фотодетекторов, например, нейтринного телескопа, когда необходимо периодически контролировать отклик фотоэлектронного умножителя оптических модулей при фиксированной слабой импульсной засветке.The utility model relates to instrumentation for semiconductor elements, and more particularly, to instrumentation for studying the time parameters of LED signals. The use of the test bench for studying the parameters of LED signals allows the selection of fast LEDs suitable for their use in the process of recording, accumulating and processing signals from photodetectors, for example, a neutrino telescope, when it is necessary to periodically monitor the response of the photoelectronic multiplier of optical modules with a fixed weak pulse illumination.

Из существующего уровня техники известны лабораторные стенды для изучения характеристик солнечных фотоэлектрических модулей [см., например, Сенигов П.Н., Галишников Ю.П. Лабораторный стенд для изучения характеристик солнечных фотоэлектрических модулей. Полезная модель РФ №91776, 2009], которые содержат источники светового излучения и оптически связанные с ними солнечные фотоэлектрические модули. При этом изучается процесс фотоэлектрического преобразования и электрические характеристики фотоэлектрических модулей.Laboratory stands for studying the characteristics of solar photovoltaic modules are known from the existing level of technology [see, for example, Senigov PN, Galishnikov Yu.P. Laboratory bench for studying the characteristics of solar PV modules. Utility Model of the Russian Federation No. 91776, 2009], which contain light sources and optically coupled solar photovoltaic modules. In this case, the process of photoelectric conversion and the electrical characteristics of the photoelectric modules are studied.

Также известно устройство для контроля времени жизни светодиодов (LED) [Chiu_Ling Chen, et al. DEVICES AND METHODS FOR LED LIFE TEST. Patent US 7888942, 2011], в котором измеряются только электрические характеристики самого светодиода и поэтому устройство имеет ограниченные функциональные возможности.A device for controlling the lifetime of LEDs is also known [Chiu_Ling Chen, et al. DEVICES AND METHODS FOR LED LIFE TEST. Patent US 7888942, 2011], in which only the electrical characteristics of the LED itself are measured and therefore the device has limited functionality.

Также известен фотометрический стенд для проверки светотехнических характеристик светодиодов в зависимости от времени наработки, содержащий блок преобразования сетевой энергии в виде фильтра-стабилизатора; узел размещения объектов измерения/драйвер группы светодиодов; средства коммутации измерительных и управляющих сигналов; средства измерения и контроля выходных параметров [С. Никифоров. Измерительная лаборатория для комплексного исследования характеристик светодиодов. Компоненты и технологии, 2007, №7, с. 170-175].Also known photometric stand for checking the lighting characteristics of LEDs depending on the operating time, containing a unit for converting network energy in the form of a filter-stabilizer; node for placing measurement objects / driver of a group of LEDs; means for switching measuring and control signals; measuring instruments and control of output parameters [S. Nikiforov. Measuring laboratory for a comprehensive study of the characteristics of LEDs. Components and Technologies, 2007, No. 7, p. 170-175].

Известное решение предназначено для исследования характеристик светодиодов и обеспечивает измерение спектрального распределения энергии излучения, световых потоков и вольтамперных характеристик светодиодов, но не предназначено для измерения, например, временных характеристик светодиодов.The known solution is intended to study the characteristics of LEDs and provides a measurement of the spectral distribution of radiation energy, light fluxes and current-voltage characteristics of LEDs, but is not intended to measure, for example, the temporal characteristics of LEDs.

Таким образом, известные технические решения имеют ограниченные функциональные возможности.Thus, well-known technical solutions have limited functionality.

Задачей заявляемой полезной модели является расширение функциональных возможностей стенда для исследования параметров сигналов светодиодов.The objective of the claimed utility model is to expand the functionality of the stand for studying the parameters of the LED signals.

Техническим результатом, позволяющим решить указанную задачу, является обеспечение возможности исследования временных параметров сигналов светодиодов.The technical result that allows us to solve this problem is the ability to study the time parameters of the LED signals.

Указанный технический результат достигается за счет создания стенда для исследования параметров сигналов светодиодов, который включает фотодетектор, размещенный в светоизолированном боксе, светодиод с драйвером (специализированная плата светодиода), помещенный в светозащищенный чехол в специализированном механическом разъеме с возможностью оперативно менять экземпляры светодиодов, световод, закрепленный в стенке бокса, один конец которого оптически связан с фотодетектором внутри бокса, а другой - оптически связан со светодиодом и соединен механическим разъемом с цоколем светодиода, управляемый высоковольтный источник напряжения фотодетектора, программируемый контроллер, низковольтный источник питания программируемого контроллера, цифровой осциллоскоп для записи сигналов фотодетектора и персональный компьютер для управления контроллером, причем программируемый контроллер выполнен с возможностью подачи низковольтного питания на драйвер светодиода, управления высоковольтным источником напряжения, драйвером светодиода и осциллоскопом. При этом в качестве фотодетектора использован быстрый фотоэлектронный умножитель с временем нарастания импульса менее 3 нс, а в качестве световода использовано оптоволокно с характеристиками, согласованными с характеристиками светодиода и обеспечивающими наилучшее пропускание оптического излучения светодиода.The specified technical result is achieved by creating a stand for studying the parameters of the LED signals, which includes a photodetector located in a light-insulated box, an LED with a driver (specialized LED board), placed in a lightproof cover in a specialized mechanical connector with the ability to quickly change LED instances, a light guide fixed in the wall of the box, one end of which is optically connected to the photodetector inside the box, and the other is optically connected to the LED and It is connected by a mechanical connector with the LED base, a controlled high-voltage photodetector voltage source, a programmable controller, a low-voltage programmable controller power supply, a digital oscilloscope for recording photodetector signals and a personal computer for controlling the controller, the programmable controller configured to supply low-voltage power to the LED driver, control the high-voltage voltage source, LED driver and oscilloscope. In this case, a fast photoelectronic multiplier with a pulse rise time of less than 3 ns was used as a photodetector, and an optical fiber with characteristics consistent with the characteristics of the LED and providing the best transmission of optical radiation of the LED was used as a fiber.

Сущность полезной модели поясняется чертежами.The essence of the utility model is illustrated by drawings.

На Фиг. 1 показана блок-схема стенда для исследования параметров сигналов светодиодов, где:In FIG. 1 shows a block diagram of a bench for studying the parameters of the LED signals, where:

1 - фотодетектор,1 - photodetector,

2 - светоизолированный бокс фотодетектора,2 - light-insulated photodetector box,

3 - светодиод с драйвером,3 - LED with driver,

4 - светозащищенный чехол светодиода,4 - lightproof cover LED,

5 - специализированный механический разъем светодиода,5 - specialized mechanical connector LED,

6 - световод,6 - light guide

7 - управляемый высоковольтный источник напряжения фотодетектора,7 - controlled high voltage photodetector voltage source,

8 - программируемый контроллер,8 - programmable controller,

9 - низковольтный источник питания программируемого контроллера,9 - low voltage power supply programmable controller,

10 - цифровой осциллоскоп,10 - digital oscilloscope,

11 - персональный компьютер.11 - a personal computer.

На Фиг. 2 показано фото светодиода с драйвером, где:In FIG. 2 shows a photo of the LED with the driver, where:

3 - светодиод,3 - LED

12 - драйвер светодиода.12 - LED driver.

На Фиг. 3 показана диаграмма, иллюстрирующая распределение светодиодов в протестированной серии по величине задержки сигнала светодиода относительно запускающего сигнала триггера. Амплитуда сигнала - 500 мВ.In FIG. 3 is a diagram illustrating the distribution of LEDs in the tested series by the amount of delay in the LED signal relative to the trigger trigger signal. The signal amplitude is 500 mV.

На Фиг. 4 показана диаграмма, иллюстрирующая распределение светодиодов в протестированной серии по величине времени нарастания сигнала светодиода. Амплитуда сигнала - 500 мВ.In FIG. 4 is a diagram illustrating the distribution of LEDs in the tested series by the rise time of the LED signal. The signal amplitude is 500 mV.

На Фиг. 5 показана диаграмма, иллюстрирующая распределение светодиодов в протестированной серии по величине ширины сигнала светодиода. Амплитуда сигнала - 500 мВ.In FIG. 5 is a diagram illustrating the distribution of LEDs in the series tested over the width of the LED signal. The signal amplitude is 500 mV.

Стенд для исследования параметров сигналов светодиодов включает фотодетектор 1, размещенный в светоизолированном боксе 2, светодиод 3 с драйвером 12 (специализированная плата светодиода), помещенный в светозащищенный чехол 4 в специализированном механическом разъеме 5 с возможностью оперативно менять экземпляры светодиодов. В стенке бокса 2 закреплен световод 6, один конец которого оптически связан с фотодетектором 1 внутри бокса 2, а другой - оптически связан со светодиодом 3 и соединен механическим разъемом с цоколем светодиода 3. Напряжение на фотодетектор 1 подается от управляемого высоковольтного источника напряжения 7. Стенд содержит также программируемый контроллер 8, управляемый персональным компьютером 11 и питаемый от низковольтного источника питания 9. Контроллер 8 управляет высоковольтным источником напряжения 7 фотодетектора 1, подачей низковольтного питания на драйвер 12 светодиода 3 и запуском режима записи сигналов цифрового осциллоскопа 10 подачей триггерного сигнала. Цифровой осциллоскоп 10 осуществляет запись сигналов фотодетектора 1.The stand for studying the parameters of the LED signals includes a photodetector 1, placed in a light-insulated box 2, LED 3 with a driver 12 (specialized LED board), placed in a lightproof cover 4 in a specialized mechanical connector 5 with the ability to quickly change LED instances. A fiber 6 is fixed in the wall of the box 2, one end of which is optically connected to the photodetector 1 inside the box 2, and the other is optically connected to the LED 3 and connected via a mechanical connector to the base of the LED 3. The voltage to the photodetector 1 is supplied from a controlled high-voltage voltage source 7. Stand also contains a programmable controller 8, controlled by a personal computer 11 and powered by a low voltage power source 9. The controller 8 controls the high voltage voltage source 7 of the photodetector 1, low voltage supply a power driver 12 to the LED 3 and starting the recording mode signal 10 digital oscilloscope trigger signal supply. Digital oscilloscope 10 records the signals of the photodetector 1.

При этом в качестве фотодетектора 1 может быть использован быстрый фотоэлектронный умножитель с временем нарастания импульса менее 3 нс, а в качестве световода 6 - использовано оптоволокно с характеристиками, согласованными с характеристиками светодиода 3 и обеспечивающими наилучшее пропускание оптического излучения светодиода.In this case, a fast photoelectronic multiplier with a pulse rise time of less than 3 ns can be used as a photodetector 1, and an optical fiber with characteristics consistent with the characteristics of LED 3 and providing the best transmission of optical radiation of the LED can be used as a fiber 6.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Для исследования параметров сигнала светодиодов в лабораторных условиях создан стенд (см. фиг. 1), в светоизолированном боксе 2 которого закрепляют фотоэлектронный умножитель Photonis ХР1911 в качестве фотодетектора 1. Для тестирования светодиодов 3 используют быстрый фотоэлектронный умножитель с малым временем нарастания импульса - 2-3 нс, что соответствует высоким требованиям, предъявляемым к сигналам светодиодов. Засветку фотоэлектронного умножителя осуществляют через закрепленный в боксе 2 вывод оптоволокна, используемого в качестве световода 6 и соединенного механическим разъемом с цоколем светодиода 3. Светодиод 3 с драйвером 12 (специализированная плата светодиода - см. фиг. 2) помещают в светозащищенный чехол 4, позволяющий оперативно менять экземпляры светодиодов в специализированном механическом разъеме 5. Светозащищенный чехол 4 исключает опасность засветки фотоэлектронного умножителя, выведенного на рабочий высоковольтный режим для серийных лабораторных измерений. Реализованная схема засветки фотоэлектронного умножителя через оптоволокно позволяет надежно и точно воспроизводить геометрические условия засветки фотоэлектронного умножителя и условия светосбора при замене светодиодов в механическом разъеме в ходе серийных испытаний светодиодов.To study the parameters of the LED signal in laboratory conditions, a stand was created (see Fig. 1), in a light-insulated box 2 of which a Photonis XP1911 photomultiplier is mounted as a photodetector 1. For testing LEDs 3, a fast photoelectron multiplier with a short pulse rise time of 2-3 ns, which meets the high requirements for LED signals. The photoelectron multiplier is illuminated through the output of the optical fiber used in the box 2, used as a light guide 6 and connected by a mechanical connector to the base of LED 3. LED 3 with driver 12 (specialized LED board - see Fig. 2) is placed in a lightproof case 4, which allows quick change LED instances in a specialized mechanical connector 5. Lightproof cover 4 eliminates the risk of exposure to a photomultiplier tube brought to the operating high-voltage mode for a series GOVERNMENTAL laboratory measurements. The implemented scheme of illumination of the photoelectron multiplier through the optical fiber allows reliable and accurate reproduction of the geometric conditions for the illumination of the photoelectron multiplier and light collection conditions when replacing LEDs in a mechanical connector during serial tests of LEDs.

Низковольтное питание драйвера 12 светодиода 3 реализовано и управляется через программируемый контроллер 8. Высокое напряжение на фотоэлектронный умножитель подают с высоковольтного источника 7, также управляемого контроллером 8. Контроллер работает от стандартного источника питания 9 с напряжением 12 В. Управление контроллером 8 осуществляют через com-порт персонального компьютера 11.The low-voltage power supply of the driver 12 of the LED 3 is implemented and controlled through a programmable controller 8. A high voltage is supplied to the photomultiplier tube from a high-voltage source 7, also controlled by the controller 8. The controller operates from a standard power supply 9 with a voltage of 12 V. The controller 8 is controlled via the com-port personal computer 11.

Напряжение на фотоэлектронный умножитель устанавливают путем ввода в контроллер 8 цифрового кода с помощью компьютера 11, а реально установленное напряжение контролируется и корректируется контроллером 8 в режиме мониторинга.The voltage on the photomultiplier is set by entering a digital code into the controller 8 using a computer 11, and the actual set voltage is monitored and adjusted by the controller 8 in the monitoring mode.

Контроллер 8 обеспечивает подачу на цифровой осциллоскоп 10 сигнала триггера с назначаемым упреждением (временным интервалом между запуском триггера на регистрацию осциллоскопом и сигналом светодиода) в несколько нс для регистрации фотоэлектронного умножителя вспышки светодиодов 3. С помощью контроллера 8 управляют запуском светодиода 3, изменением частоты запуска, интервала между экспозициями, длительности свечения, порога срабатывания. Сигналы с фотоэлектронного умножителя выводят на осциллоскоп 10 Tektronix в режиме усреднения до 256 сигналов (регулируемый режим с назначаемым интервалом усреднения) и записывают на flash-память. После обработки сигналов получают параметры сигнала светодиодов, некоторые из которых приведены на Фиг. 3-5. Для задержки сигналов разброс (максимальное значение минус минимальное) составил 1.51 нс. Максимальный разброс нарастания сигналов составил 1.4 нс при среднем времени - 3.1 нс. Максимальный разброс времени падения сигналов равен 8.8 нс при среднем значении - 12.0 нс. Разброс ширины сигнала равен 5.1 нс при среднем значении 7.4 нс. По результатам измерений отобраны наиболее «быстрые» светодиоды (с минимальными временами нарастания сигнала) и минимальными значениями разброса параметров.The controller 8 provides a trigger signal to the digital oscilloscope 10 with an assignable lead (the time interval between the start of the trigger for registration by the oscilloscope and the LED signal) in several ns for registering the photo-electron multiplier of the LED flash 3. Using controller 8, the trigger of LED 3 is controlled, the trigger frequency changes, the interval between exposures, the duration of the glow, the response threshold. The signals from the photoelectronic multiplier are output to a Tektronix 10 oscilloscope in averaging mode up to 256 signals (adjustable mode with an assignable averaging interval) and recorded on flash memory. After processing the signals, the signal parameters of the LEDs are obtained, some of which are shown in FIG. 3-5. For signal delay, the spread (maximum value minus minimum) was 1.51 ns. The maximum spread in signal growth was 1.4 ns with an average time of 3.1 ns. The maximum spread of the signal fall time is 8.8 ns with an average value of 12.0 ns. The spread of signal width is 5.1 ns with an average value of 7.4 ns. Based on the measurement results, the most “fast” LEDs were selected (with minimum signal rise times) and minimum parameter spread values.

Таким образом, использование настоящего технического решения существенно расширяет функциональные возможности стендов для исследования параметров сигналов светодиодов. Заявляемый стенд может найти широкое применение в промышленности в качестве контрольно-измерительной аппаратуры для исследования временных параметров сигналов светодиодов, а также в качестве учебной техники для проведения лабораторных исследований параметров и характеристик светодиодов при их работе в различных режимах.Thus, the use of this technical solution significantly expands the functionality of the stands for studying the parameters of the LED signals. The inventive stand can be widely used in industry as instrumentation for studying the time parameters of LEDs, as well as educational equipment for laboratory research of the parameters and characteristics of LEDs when they work in various modes.

Claims

1. A stand for studying the parameters of LED signals, characterized in that it includes a photodetector located in a light-insulated box, an LED with a driver (LED board), placed in a lightproof case in a mechanical connector with the ability to quickly change LED instances, a light guide fixed to the box wall one end of which is optically connected to the photodetector inside the box, and the other is optically connected to the LED and connected by a mechanical connector to the LED base, controlled by high-voltage source photodetector, low voltage power supply voltage of the programmable controller, a digital oscilloscope for recording the photodetector signals, programmable controller, computer-controlled, wherein the programmable controller is configured to supply low voltage power to the LED driver control high-voltage voltage source, the LED driver and oscilloscope.

2. A bench for studying the parameters of the LED signals according to claim 1, characterized in that a fast photoelectronic multiplier with a pulse rise time of less than 3 ns is used as a photodetector.

3. A stand for studying the parameters of LED signals according to claim 1, characterized in that an optical fiber with characteristics consistent with the characteristics of the LED and providing the best transmission of optical radiation of the LED is used as a fiber.