Kalorimetrischer Leistungsmesser

Da ich nun mehrere Laserdioden in Betrieb genommen hatte und auch stolzer Besitzer mehrerer Laserpointer bin, wollte ich mal die Ausgangsleistung der einzelnen Laser erfahren. Erste Versuche zur Messung mit Fotodioden und Fotoelementen waren nicht wirklich Aussagekräftig, da ich mich bei den Messwerten auf die Datenblätter verlassen musste und keine Möglichkeit zur Vergleichsmessung bzw. Eichung hatte, also waren damit nur vergleichende Messungen möglich. Dann fand ich auf der Site Die4Laser das D4Thing, interessant war der Aufbau des Messkopfes. Ein TEC (=Peltierelement) auf einem Kühlkörper montiert. Nach weiterer Recherche fand ich heraus, dass das TEC wenn eine Seite erhitzt wird, die andere gekühlt, eine Ausgangsspannung gemessen wird (Seebeck Effekt), die proportional zur aufgenommenen Leistung ist. Die äussere Seite wird geschwärzt, optimalerweise mit Ruß, Zeichetusche geht auch. Damit entsteht ein schwarzer Körper, der die auftreffende Lichtleistung nahezu unabhängig von der Wellenlänge in Wärme umsetzt.

So sieht der Messkopf aus, schlecht zu erkennen sind die vier 22Ohm 1/4Watt SMD-Widerstände zum eichen. Die 4 Widerstände sind in Reihe geschaltet und werden mit bestimmten Leistungen geheizt. Bei einer Messreihe von 1mW bis 1W habe ich festgestellt, dass die erzeugte Spannung im Bereich von 20mW bis 1W erstaunlich linear von der Leistung abhängt. Allerdings schon ein leichter Luftzug verfälscht die Messung. Also habe ich ein Gehäuse dafür gebaut.

Der Messkopf im Gehäuse. Das Gehäuse wird noch mattschwarz lackiert um Reflexionen zu vermeiden, falls der Laserstrahl nicht direkt den Sensor trifft. Um den Sensor befindet sich noch eine Wärmeisolation aus Schaumstoff. Eine erneute Messreihe hat ergeben, dass sich durch den Gehäuseeinbau der lineare Messbereich bis auf ca. 5mW herunter erweitert hat.

Soweit schonmal ganz gut, aber die Ausgangsspannung mit dem Digitalvoltmeter zu messen und dann immer umrechnen ist nicht grad so toll. Also schnell nen Verstärker mit Opamp zusammengeschustert, bei dem die Verstärkung per 10 Gang Poti einstellbar ist. Die Verstärkung so eingestellt, dass bei 1W 1V angezeigt wird, prima es klappt, aber der LM358 hat nen zu hohen Eingangsspannungsoffset, er zeigt bei kurzgeschlossenem Eingang schon 2 bis 8 mW an. Also schnell nen TC913B mit automatischem Offsetabgleich besorgt und eingesetzt. Dann noch ein billig Panelmeter mit 2V Messbereich angeschlossen und das nächste Problem tritt auf, die zu messende Spannung muss von der Versorgung galvanisch getrennt sein. Was tun? einen extra 9V Block für die Anzeige? das geht auch anders, in alten Netzwerkkarten mit BNC Anschluss ist ein Spannungswandler 5V-->9V galvanisch getrennt, den habe ich dann genommen. Hier gehts zum Schaltplan Weiter ist dann noch ein zweiter Messkopf für kleinere Leistungen geplant, sobald ich günstig an einen kleineren TEC mit unter 1cm 2  komme und eine Auswertung per Microcontroller mit automatischem Abgleich.