Simulation MatLab d'une photodiode (BPW34)

[invitef1432e85]

Bonjour à tous

Pour mon PPE, je travaille actuellement sur le store Somfy. Après avoir partagé les tâches, on m'a attribué l'étude de la détection du soleil (le store est automatisé et peut fonctionner seul).

Pour réaliser mon étude, j'ai quelques fichiers à ma disposition. Mon professeur d'élec et moi-même ne savons pas comment ouvrir les fichiers .dsn, .dbk, .opj et .mrk. Cependant j'ai pu ouvrir un fichier Matlab.

Voici quelques captures d'écran du projet Matlab en question:
Aperçu général: Général.PNG

A l'intérieur du BPW 34 (à priori une photodiode): BPW34.PNG

A l'intérieur du Voltmètre: Voltmètre.PNG

Le problème est que je ne sais pas vraiment me servir de Matlab... et mes professeurs de SI non plus.

J'aimerais donc vous poser principalement ces questions:
-A quoi correspondent les variables Irradiation (sûrement l'ensoleillement), gain et Ioff?
-Je n'ai pas bien compris le schéma électrique (Solver Configuration???): quel est grossièrement son fonctionnement?
-Quelques pistes sur le fonctionnement d'une photodiode?
-Savez-vous comment ouvrir les fichiers .dsn, .dbk, .opj et .mrk?

J'ai bien conscience de vous en demander beaucoup mais si vous pourriez seulement répondre à ma première question, je pourrai déjà progresser.

Merci d'avance
-----

[albanxiii]

Bonjour,

http://forums.futura-sciences.com/tp...-tpe-tipe.html

- Les sujets traités
Seuls les sujets relatifs aux questions administratives, pédagogiques et méthodologiques seront traités dans la section TPE/TIPE. Exemple : comment trouver une problématique ? Comment organiser mon plan de rapport ? Comment se déroule l’évaluation ? Comment préparer mon exposé ? Quoi mettre dans l’introduction ?
Par contre, les questions scientifiques ou techniques devront être posées sur les forums scientifiques ou techniques concernés.
Par exemple, dans le cas d’un TPE sur les Bobines, si la question concerne le fonctionnement d’une bobine ou les différents types de bobines, alors posez cette question sur le forum électronique : vous aurez davantage de réponses, et ça permettra d’éclaircir la section TPE.

Votre problème semble plus concerner l’utilisation de Matlab, je déplace donc dans une rubrique plus adaptée.

Pour la modération.

[invitef1432e85]

Merci d'avoir déplacé mon sujet dans le forum Electronique

Si vous avez des questions, je peux essayer de vous répondre... afin de vous aider à m'aider.

[nornand]

http://www.solvusoft.com/fr/file-ext...extension-dsn/

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitef1432e85]

Bonjour à tous!

Dans le cadre d'un exercice en SI, je suis chargé d'étudier (mais d'abord de comprendre) le comportement d'une photodiode en fonction d'une luminosité.
Voici la simulation MatLab:


J'ai en ma possession la photodiode, une lampe de bureau et mon multimètre (dans le monde réel!) et j'aimerai comparer les résultats de simulation et les résultats réels obtenus par mesure.

Le problème est que je n'arrive pas à comparer la simulation à la réalité! Je ne comprends pas les paramètres d'entrée.
Pas de problème pour l'éclairement (en W/m²: je vois avec mon prof de Physique comment faire la conversion Lux→W/m²) mais je ne comprends pas les deux autres paramètres (gain et Ioff).

Savez-vous à quoi correspondent ces paramètres?

Merci d'avance

(Je peux aussi fournir le contenu dans MatLab de BPW 34 et du voltmètre)

[cubitus_54]

Salut,

Ton schéma un un peu biz... la photodiode devrait être à gauche et l'alim à droit.
A gauche l'entrée, à droite la sortie.

Normalement ta photodiode devrait être à la place de ton générateur de courant.

La photodiode fournit un courant proportionnel à l'éclairement.

Gain c'est le coefficient de proportionnalité, c'est à trouver dans la doc de ta photodiode

Ioff c'est le courant résiduel lorsque la diode est dans l'obscurité totale. Dans la doc aussi

[invitef1432e85]

Ah, j'étais pas sûr pour Gain (dans la simu, IL est multiplié par Gain, j'aurais dû comprendre).

Effectivement le schéma est un peu biz... Mais je viens d'apprendre que mes documents ne correspondent pas au modèle réel du store donc ce ne serait pas étonnant qu'il y ait des erreurs.

Du coup je vais me plonger dans la doc de la BPW 34 (facile à trouver).
Pour ceux que ça intéresse, au lieu d'exploiter la simu on va utiliser une carte Arduino pour comparer la valeur sortante et mise en forme de la photodiode pour la comparer avec un seuil/consigne réglable.

Merci beaucoup pour la réponse!

[invitef1432e85]

EDIT: impossible de trouver le coefficient (donc Gain) malgré les quatre dossiers techniques trouvé sur Internet. J'ai cependant sur chaque document un graphique montrant l'intensité de la photodiode en fonction de l'intensité lumineuse reçue en lux. Mais je n'ai pas l'habitude d'exploiter ce genre de graphique (à priori une représentation de fonction linéaire mais l'échelle du graphique est logarithmique).

Je posterai ce soir les différents dossiers pour trouver un moyen de les exploiter.

Merci d'avance

[cubitus_54]

Bonjour,

Il y a d'autres paramètres qui influencent le courant de sortie donc il n'y a pas une valeur fixe.

Si tu regardes la caractéristique tu as 10µA pour environ 130 lx c'est une caractéristique linéaire malgré les échelles log (car c'est log/log).

[Antoane]

Bonjour,

J'ai hésité à le faire hier, mais il me semble plus raisonnable de fusionner tes deux discussions.

La diode : http://pdf.datasheetcatalog.com/data.../124799_DS.pdf

Le schéma de principe de la photo-diode utilisé dans ta simu :

Le schéma d'utilisation de la photo diode est assez étrange, mais la modélisation de la photo-diode est tout ce qu'il y a de plus classique.
Tu sais que ton modèle génère un courant fonction de l'éclairement ("irradiance"), il te faut trouver l'équation utilisée dans le modèle pour relier l'éclairement et le courant (inverse) de la diode.
Il faudra ensuite trouver quelle figure ou donnée chiffrée de la doc te permettra de récupérer les paramètres de cette équation.


Edit : grillé par Cubitus.

[Antoane]

Effectivement le schéma est un peu biz... Mais je viens d'apprendre que mes documents ne correspondent pas au modèle réel du store donc ce ne serait pas étonnant qu'il y ait des erreurs.

Le store utilise très probablement une photo-résistance (même si, de mémoire, j'aurais dit un photo-transistor -- ca remonte à loin), bien plus adapté à cet type d'utilisation et prévu pour être câblé comme cela : http://forums.futura-sciences.com/at...34-general.png, à la place du resistor.

Quoi qu'il en soit, le modèle donné pour la photo-diode (http://forums.futura-sciences.com/at...ique-bpw34.png) est correct.

[invitef1432e85]

EDIT: merci d'avoir fusionné les discussions

Et merci encore pour vos réponses

@ Antoane: aucun doute sur la présence d'une photodiode sur le store; j'ai pris une photo de celle-ci sur le modèle du store:
Mais dans la quasi-totalité des dossiers techniques fournis par Somfy, le capteur utilisé est une photo-résistance...

En ce qui concerne l'équation, voilà ce que j'avais écrit:
Is = (Irradiance X Gain + Ioffset)*10^-6

Is = courant inverse de la diode

Si je comprends tout à fait l'expression entre parenthèse (on voit bien qu'il y a proportionnalité entre Is et Irradiance puisque Gain serait une constante), j'avoue ne pas encore comprendre l'intérêt de multiplier par la constante 10^-6.

Je m’attelle maintenant à trouver les paramètres dans la doc (ici: http://www.gotronic.fr/pj-348.pdf ) mais je crois qu'il me faudra exploiter les courbes. Pas moyen de trouver une valeur précise pour le coefficient reliant intensité lumineuse au courant de la diode, mais deux graph de la doc montrent le rapport Is/Irradiance(en W/m²) et Is/Intensité lumineuse(en lux, ce qui pourrait m'arranger!). Donc je vais calculer le coefficient directeur des deux droites... chose que je n'ai jamais fait avec un repère log-log: il n'est jamais trop tard pour apprendre!

Je posterai mes résultats, une fois trouvés.

[Antoane]

En ce qui concerne l'équation, voilà ce que j'avais écrit:
Is = (Irradiance X Gain + Ioffset)*10^-6

Is = courant inverse de la diode

Si je comprends tout à fait l'expression entre parenthèse (on voit bien qu'il y a proportionnalité entre Is et Irradiance puisque Gain serait une constante), j'avoue ne pas encore comprendre l'intérêt de multiplier par la constante 10^-6.

Oui.
Le 10^-6 permet de travailler avec des valeurs ayant des ordres de grandeur simple à manipuler : quelle est l'unité de Is ?
donc dans quelle unité dois-tu exprimer Ioffset ?

Donc je vais calculer le coefficient directeur des deux droites... chose que je n'ai jamais fait avec un repère log-log: il n'est jamais trop tard pour apprendre!

C'est pareil qu'en linéaire - linéaire.

[invitef1432e85]

Mon résultat: Ir=LUX * 0,072*10^-6 A
Pour Ioffset il me semble avoir lu qu'on est dans l'ordre du nano ampère (j'ai oublié la valeur)

J'ai cependant quelques questions avant d'exploiter ce résultat:
-Pourquoi y a-t-il sur le graph VR=5V? La mesure ne serait pas réalisée en court-circuit?
-J'ai donc l'intensité en fonction de l'éclairement. Mais la photodiode est trop sensible aux infrarouges à mon goût... Est-ce qu'ajouter un filtre bleu-vert ne fausserait pas les données? Est-ce que j'ai vraiment besoin d'un filtre?

Pour le reste je devrais arriver tout seul à amplifier le signal électrique

[Antoane]

Bonsoir,

Mon résultat: Ir=LUX * 0,072*10^-6 A
Pour Ioffset il me semble avoir lu qu'on est dans l'ordre du nano ampère (j'ai oublié la valeur)

Oui.

J'ai cependant quelques questions avant d'exploiter ce résultat:
-Pourquoi y a-t-il sur le graph VR=5V?

Le circuit est typique de l'utilisation d'une photo-résistance, ce n'est effectivement pas comme cela que se câble généralement une photo-diode. Les résultats seront d'ailleurs très variables en fonction des valeurs de la résistance et de la source de courant.

-J'ai donc l'intensité en fonction de l'éclairement. Mais la photodiode est trop sensible aux infrarouges à mon goût... Est-ce qu'ajouter un filtre bleu-vert ne fausserait pas les données? Est-ce que j'ai vraiment besoin d'un filtre?

Ca dépend de ce que tu appelles "fausser les données" Evidemment, un filtre va modifier la réponse du capteur (c'est bien son rôle) mais est-ce un problème... On ne peut pas répondre sans plus d'informations. Cela ne te coûte pas grand chose d'essayer.
Note que la lumière du soleil est riche en IR.

[invitef1432e85]

Note que la lumière du soleil est riche en IR.

C'est ce qui me pousse à mettre un filtre, sachant que je veux mesurer (plus ou moins précisément, je ne fais pas un luxmètre) des lux: une grandeur se rapportant à la sensibilité de l'oeil.

Par contre le filtre risque d'être grandement nécessaire pour une autre raison: La photodiode semble saturer pour une intensité supérieure à 10000 lux! Ce n'est pas un problème pour faire des petits essais mais ce n'est pas l'utilisation à laquelle elle est destinée (un ciel dégagé c'est au moins 40 000 lux) :S

La solution serait d'utiliser un filtre laissant passer 10% de lumière (car un soleil au zénith c'est 100 000 Lux). Mais j'entre dans un domaine que je ne maîtrise pas: je ne sais ni si un tel filtre existe, ni où le trouver. J'en parlerai avec mon professeur de Physiques Lundi.

__________________________

Je n'ai pas été très clair sur cette histoire de résultats faussés
Je voulais dire par là que j'avais peur de me compliquer la tâche à vouloir altérer la réponse du capteur... Apparemment je vais devoir me confronter au problème mais ça devrait le faire

[invitef1432e85]

EDIT (je n'ai pas trouvé comment modifier mon précédent message :P): Après recherche, ce genre de filtre existe! Sans surprise, c'est avant tout utilisé en photographie. Il s'agit de filtres gris-neutre dont le coefficient de transmission varie en fonction de notre utilisation... Les filtres de référence ND8 ont ainsi un coefficient de transmission de 12,5%: ce sera super pour mon utilisation!

Cependant, je vais être confronté à un léger souci: http://www.missnumerique.com/hoya-fi...wVcaAueT8P8HAQ

Sans être inabordable, ces filtres pour photographie sont trop chers.

En voyant ces filtres, je me rends compte que la "protection" de la photodiode (plastique transparent)... pourrait filtrer la lumière. Mais il est beaucoup plus transparent qu'opaque. Je mènerai une expérience rapide avec Luxmètre pour vérifier l'importance de cette "protection". En attendant, je continue à réfléchir à mon montage...

[invitef1432e85]

(Je n'ai toujours pas trouvé comment éditer ses messages )

Je vais faire des mesures demain pour modéliser le comportement de la diode en fonction de la lumière reçue (source: lampe; mesure avec luxmètre). D'abord en court-circuit en mesurant directement l'intensité aux bornes de la BPW34, puis la tension aux bornes d'une résistance avec un schéma de ce type:
(je choisirais la résistance en fonction ce que j'aurais à ma disposition)

La démarche manque de rigueur mais me permettra de vérifier rapidement la linéarité de la diode (et surtout jusqu'à quel point est-elle linéaire!).
Si tout se passe "bien", je verrai que la réponse de la photodiode n'est pas vraiment linéaire et que des paramètres peuvent modifier avec plus ou moins de gravité les résultats (en particulier la température: après 2 heures d'exposition au zénith, de l'infrarouge elle en recevra à gogo!).

Maintenant je comprends pourquoi les concepteurs l'ont choisi
Pas chère et tout juste suffisante pour des mesures à 5~10kLux prêt (qui plus est variables!).

J'aurais sûrement préféré travailler avec cette photodiode: http://pdf.datasheetcatalog.net/data.../124797_DS.pdf
La BPW21, ultra linéaire d'après ce que j'ai trouvé, la sensibilité proche de celle de l'oeil... Parfait pour des mesures! Mais elle coûte presque 10€ plus chère que la BPW34 (qui coûte moins d'un euro)... Comme quoi, y avait bien une raison pour laquelle ils ont choisi ce composant

[Antoane]

Bonjour,

Tu peux faire un filtre optique d'atténuation variable avec deux verres polarisants. Tu peux en récupérer dans les écrans LCD. Il me semble que la réponse est plate sur la partie du spectre t'intéressant.
une autre solution, en tout cas applicable dans le laboratoire, est d'utiliser une lentille divergente pour étaler la puissance lumineuse arrivant sur la surface de la lentille sur une grande surface. Et ainsi diminuer la puissance surfacique.

La démarche manque de rigueur mais me permettra de vérifier rapidement la linéarité de la diode (et surtout jusqu'à quel point est-elle linéaire!).

En théorie oui, mais pour la pratique, j'ai de gros doutes. La photo-diode en elle-même est "très" linéaire, il faut donc un équipement lui-même "encore plus très linéaire" (ou à minima de caractéristique bien connue) pour être sûr que la non-linéarité mesurée (si tant est que tu arrives à en mesurer une) soit effectivement due à la diode.
Entre la variation du spectre de la source avec la puissance émise et la linéarité du capteur de référence... Pas sûr qu'il soit très raisonnable d'espérer tirer des résultats de cette expérience. Ce n'est pas dépourvu d'intérêt pour autant et comme on dit : "il n'est pas défendu d'attendre, il est toujours doux d'espérer".

Les messages ne peuvent être édités que pendant 5 minutes après avoir été postés.

[invitef1432e85]

Il faudrait donc que je réfléchisse à un moyen d'émettre une lumière de caractéristiques connues (spectre, puissance de la source...)?

Je vais déjà essayer en faisant varier la distance avec une lampe de bureau (mesure de l'intensité lumineuse avec un luxmètre). On verra bien les résultats... Je commence à pédaler dans la semoule et ce n'est pas facile de mettre en place des protocoles corrects au lycée

[invitef1432e85]

Je n'ai pas pu me procurer une lampe de bureau, donc j'ai fait des mesures de courant en court-circuit en pointant/plaçant la photodiode à différents endroits (seule lumière hors réflexion: le soleil).

Les résultats n'ont pas été très concluant!
• Mesure luxmètre; intensité du BPW 34→application du gain pour une valeur en lux
• 160 lux mesuré; 6,5uA→90 lux
• 300 lux mesuré, j'ai 12uA→170 lux
• 4700~5000 lux; 160uA→2222 lux
• 8500 lux mesuré; 240uA→3333 lux
• 30000 lux mesuré; 580 uA→8060 lux

Même s'il n'y a pas égalité entre les mesures, les premières mesures sont pas mals (50~60% de la mesure réel). Mais plus l'intensité augmente, plus le rapport de corrélation diminue. On peut néanmoins noter que les résultats ne sont pas infects et tout à fait exploitables pour faire de la domotique.

Ces résultats me déçoivent pas mal... Je pense changer de photodiode, la BPW21 me semblant plus facilement exploitable.

[Antoane]

Bonjour,

Je n'ai pas pu me procurer une lampe de bureau, donc j'ai fait des mesures de courant en court-circuit en pointant/plaçant la photodiode à différents endroits (seule lumière hors réflexion: le soleil).

Les résultats n'ont pas été très concluant!
[...]
Même s'il n'y a pas égalité entre les mesures, les premières mesures sont pas mals (50~60% de la mesure réel). Mais plus l'intensité augmente, plus le rapport de corrélation diminue. On peut néanmoins noter que les résultats ne sont pas infects et tout à fait exploitables pour faire de la domotique.

Ces résultats me déçoivent pas mal...

Tu as utilisé une source de lumière de spectre inconnu, avec les moyens du bord et une instrumentation dont on ne sait rien pour faire ton expérience et tu t'étonnes de ne pas avoir d'excellents résultats ?

Par ailleurs, as-tu tracé tes données en fonction de celles données par le lux-mètre ? Quelle conclusion peux-tu en tirer ?

Je pense changer de photodiode, la BPW21 me semblant plus facilement exploitable.

Je m'y perds un peu... Quel est l'objectif du projet ? pour piloter un store, tu prends le capteur le moins cher et le plus simple à utiliser. On vous a imposé une photo-diode pour corser un peu l'exercice, mais pourquoi chercher à avoir une réponse proche de celle de l'oeil ?

[invitef1432e85]

(Je te remercie sincèrement pour ton aide, j'ai relativement avancé en une semaine et ton aide a été... disons plus efficace que celle de mon professeur )

Je rappelle l'objectif du projet sous forme de fonctions: acquérir l'intensité lumineuse (par la photodiode et sa réponse), mettre en forme le signal obtenu (d'après la doc, c'est un simple amplificateur qui s'en charge) puis le comparer avec la consigne réglé par l'utilisateur (consigne au potentiomètre et comparaison avec un Amplificateur Linéaire Intégré).

Si on regarde le devant du boîtier, on peut effectuer un réglage d'une précision de 10kLux. C'est largement suffisant pour de la domotique, on ne cherche pas à faire un luxmètre. Pour une lumière se situant aux alentours de 10kLux, le boîte valide la consigne jusqu'à ~20kLux réglé sur le potentiomètre.

Petite précision: nous avons à notre disposition le modèle du store. Mais nous avons arrêté de l'utiliser dès lors que nous avons remarqué les incohérences entre les modèles théoriques et le modèle réel. En revanche, les principes de fonctionnement sont similaires entre les modèles. J'ai donc pris l'initiative de proposer mon propre montage avec la même photodiode que les modèles afin de garder l'idée du projet.
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C'était juste pour resituer le contexte et l'idée du projet

En ce qui concerne les mesures, ça ne m'étonne pas vraiment. En revanche je suis assez déçu; ça m'aurait pas mal arrangé si j'avais trouvé les résultats... qui m'auraient arrangé
Ça m'apprendra à faire avec les moyens du bord! Mon professeur avait pourtant validé mon protocole.

Cependant, j'ai réalisé mes mesures uniquement à partir de la lumière extérieure, soit du soleil. Pour varier l'intensité lumineuse, j'ai effectué les mesures avec plus ou moins d'ombre. Peut-être que le problème de mesure viendrait de l'angle des rayons, étant donné que le luxmètre mesure une intensité ambiante, globale, alors que la photodiode ne semble pas apprécier les angles d'incidence.

A force, je commence aussi à m'y perdre. Mais j'ai réellement besoin d'une fonction de transfert avant de me pencher sur le réglage de la consigne. Au vu des mesures, il semblerait que la photodiode réagisse environ moitié moins que prévu... Environ. Ce n'est absolument pas précis et ce n'est pas avec ces résultats que je pourrais établir quoi que ce soit!

Par ailleurs, as-tu tracé tes données en fonction de celles données par le lux-mètre ? Quelle conclusion peux-tu en tirer ?

Pas encore mais je vais le faire. A vu d’œil, je devrai avoir quelque chose de "plutôt" linéaire jusqu'à 5000 lux puis le graph s'amortira. Tu me conseilles bien de tracer le résultat de la formule (Ir=gain*lux+Io) en fonction de la mesure du luxmètre?