Hallo Community, ich habe eine Idee zu einem Projekt, dass einen Messprozess automatisieren soll. Jetzt bin ich gerade dabei zu überlegen wie die konkrete Implementierung aussehen soll. Erstmal das Projekt: Ziel ist es in einer Platte mit 96 Einbuchtungen die Änderung der optischen Dichte verschiedener Flüssigkeiten über die Zeit zu messen. Dazu möchte ich einen 600nm Laserpointer an eine in XY-Richtung steuerbare Lenkeinheit festmachen (kann man sich vorstellen wie den Druckkopf eines 3D-Druckers) und die einzelnen Einbuchtungen in ca. 10min Abständen abfahren. Unter den Einbuchtungen sollen Photodioden angebracht werden, die die Intensität des nicht gestreuten Lichts des Laserpointers messen. Das klingt erstmal einfach, wenn man es nur für eine einzige Einbuchtung realisieren will. Für 96 Einbuchtungen scheint es aber bei der Skalierung zu einigen Problemen zu kommen. Ich würde das Auslesen der Sensoren gerne mit einem Raspberry Pi umsetzen, da damit die spätere Kommunikation mit der Lenkeinheit einfach wäre. Wie ich aber nun sehe scheinen die meisten Raspberries nur 2 SPI Anschlüsse zu haben und wenn ich z.B. einen MCP3008 als ADC nutzen würde, könnte ich maximal 16 Sensoren auslesen. Das Problem liegt also darin wie man am besten 96 Sensoren ausliest (oder eine andere Methode findet um alle Positionen zu messen). Gibt es hier Ideen für eine (am besten einfache) Variante um die 96 Sensoren auszulesen? Oder weiß jemand ob es so eine Art "Flächensensor" gibt? Ich stell mir das wie einen Display vor bei dem jeder Pixel ein Lichtsensor ist (würde dann die Intensität und dazugehörigen Koordinaten ausgeben). Natürlich freue ich mich auch über komplett andere Ideen wie die Realisierung der Messung dieser 96 Einbuchtungen umsetzen könnte. Grüße, Markus
Warum faehrst Du nicht einen Sensor unten parallel mit dem Laser oben mit?
Markus E. schrieb: > und wenn ich z.B. einen MCP3008 als ADC nutzen würde, könnte > ich maximal 16 Sensoren auslesen. Du kannst beliebig viele dieser ADCs an den SPI-Bus anschließen, wenn Du die Chipselect-Leitungen davon mit Deiner Software passend ansteuerst.
Eigentlich brauchst du doch nur einen ADC (mit einem Kanal) und "einen" Multiplexer für die 96 Sensoren. Oder du verwendest 12 deiner ADC und schaltest due Chip-Select-Leitungen der einzelnen ICs. Ums Multiplexing (ob Signal- oder Steuerleitung) wirst du nicht herumkommen, wenn du keine externe "Intelligenz" (Microcontroller oder dergl.) verwendest.
Rüdiger B. schrieb: > Warum verfährst du nich die Platte ? Oder vielmehr: Platte in x und Laser mit Sensor in Y Richtung. Das vereinfacht die Mechanik erheblich.
> Das Problem liegt also darin wie man am besten 96 Sensoren ausliest > (oder eine andere Methode findet um alle Positionen zu messen). Dieses Problem wurde 1970 durch die Erfindung des Ladungsgekoppelten Sensors - CCD gelöst. 2009 gab es den Nobelpreis dafür. https://de.wikipedia.org/wiki/CCD-Sensor
Markus E. schrieb: > Das Problem liegt also darin wie man am besten 96 Sensoren ausliest > (oder eine andere Methode findet um alle Positionen zu messen). Größere Arrays von Photosensoren inklusive Ausleseelektronik und WLAN Interface gibt es für kleines Geld. Ein Eigenbau lohnt da nicht. https://www.az-delivery.de/products/esp32-cam-modul-esp32-wifi-bluetooth-modul-inklusive-kamera?variant=32376084136032 Beim Auslesen kannst du mehrere Kanäle zusammenfassen, um auf deine erforderliche Auflösung zu kommen (Binning)
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Markus E. schrieb: > scheinen die meisten Raspberries nur 2 SPI Anschlüsse zu haben Das reicht locker. Die Anzahl von SPI-IC an einem SPI ist nahezu unbegrenzt. Naja, nicht wirklich, aber deutlich höher als 2! und wenn > ich z.B. einen MCP3008 als ADC nutzen würde, könnte ich maximal 16 > Sensoren auslesen. Nö. > Das Problem liegt also darin wie man am besten 96 Sensoren ausliest > (oder eine andere Methode findet um alle Positionen zu messen). Mit einem passenden Multiplexer vor dem ADC oder einem Bus ala I2C etc., welcher 96 einzelne Sensoren mit ADC digital abfragt.
Rahul D. schrieb: > Eigentlich brauchst du doch nur einen ADC (mit einem Kanal) und "einen" > Multiplexer für die 96 Sensoren. Richtig, weil der Laser zu einer Zeit nur an eine Stelle scheint. Markus E. schrieb: > Unter den Einbuchtungen sollen Photodioden angebracht werden, Wie wertest du die Photodioden aus, Transimpedanzverstärker oder Sperrstrom ? Klar ist: eine Photodiode ist ein 2-pol, schliesst man einen Pol nicht an (Analogschalter) ist sie nicht vorhanden. Nur sind 96 Analogschalter auch nicht witzig. Die Frage ist also: geht es mit einer Matrix von 12 x 8. Die Antwort hängt vom erlaubten Fehler ab den die Analogschalter (CD4051 gut genug?) bringen.
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Michael B. schrieb: > Rahul D. schrieb: >> Eigentlich brauchst du doch nur einen ADC (mit einem Kanal) und "einen" >> Multiplexer für die 96 Sensoren. > > Richtig, weil der Laser zu einer Zeit nur an eine Stelle scheint. Deswegen braucht man auch nicht mehrere Sensoren oder Multiplexer sondern nur einen Sensor, den man mit dem Laser mitfuehrt. Aber das hatte ich ja schon erwaehnt. Man kann sich das Leben auch kompliziert machen.
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Markus E. schrieb: > azu möchte ich einen 600nm Laserpointer an eine in XY-Richtung > steuerbare Lenkeinheit festmachen (kann man sich vorstellen wie den > Druckkopf eines 3D-Druckers) und die einzelnen Einbuchtungen in ca. > 10min Abständen abfahren. Unter den Einbuchtungen sollen Photodioden > angebracht werden, die die Intensität des nicht gestreuten Lichts des > Laserpointers messen. Das setzt aber schon einmal eine gute mechanische Zentrierung (und Wiederholbarkeit derselben) voraus. Laser sind ja nicht gerade berühmt dafür Arm-dicke Strahlen zu erzeugen. Und Photodioden nicht für Teller-große Sensorabmessungen. Der mechanische Aspekt dürfte um ein Vielfaches aufwendiger in der Realisation sein als der Elektronische.
Rüdiger B. schrieb: > Warum verfährst du nich die Platte? Andreas B. schrieb: > Warum faehrst Du nicht einen Sensor unten parallel mit dem Laser oben > mit? Jeder dieser beiden Ansätze ist besser als der geplante Weg, weil es damit nur 1 einziges Messystem gibt, das kalibriert werden muss. Und eben nicht 96 davon. Und wie bei Langzeitmessungen üblich könnte man das eine einzige Messsystem auch zwischendurch mal auf Zuverlässigkeit und Langzeitstabilität kontrollieren und ggfs. nachjustieren.
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Michael B. schrieb: > Rahul D. schrieb: >> Eigentlich brauchst du doch nur einen ADC (mit einem Kanal) und "einen" >> Multiplexer für die 96 Sensoren. > > Richtig, weil der Laser zu einer Zeit nur an eine Stelle scheint. Würde der alle gleichzeitig bescheinen und man die Messergenbisse auch alle "gleichzeit" brauchen, müsste man den selben Aufbau für einen Einzelmessung mehrfach haben. Andreas B. schrieb: > Deswegen braucht man auch nicht mehrere Sensoren oder Multiplexer > sondern nur einen Sensor, den man mit dem Laser mitfuehrt. Wenn der mechanische Aufbau das zulässt... Man könnte den Laser auch per Spiegel umlenken, was die Fehleranfälligkeit durch den X-Y-Tisch (Warum überhaupt 2D?) verringern würde. Ich kenne den Aufbau nicht. Vielleicht möchte man durch die einzelnen "Einbuchtungen" Frendeinstrahlungen verhindern. > Aber das hatte ich ja schon erwaehnt. Ja...
Rüdiger B. schrieb: > Warum verfährst du nich die Platte ? Also Platte verfahren geht leider nicht da dafür in dem Setup kein Platz übrig ist. Klaus K. schrieb: > Dieses Problem wurde 1970 durch die Erfindung des Ladungsgekoppelten > Sensors - CCD gelöst. 2009 gab es den Nobelpreis dafür. Die Einbuchtungen sind auf einer Fläche von ca. 12x8cm verteilt also fällt da ein CCD-Sensor weg. Andreas B. schrieb: > Warum faehrst Du nicht einen Sensor unten parallel mit dem Laser > oben mit? Das wäre wohl die eleganteste Lösung aber da muss ich sagen, dass ich mir nicht zutraue das umzusetzen. Rahul D. schrieb: > Eigentlich brauchst du doch nur einen ADC (mit einem Kanal) und > "einen" Multiplexer für die 96 Sensoren. > > Oder du verwendest 12 deiner ADC und schaltest due Chip-Select-Leitungen > der einzelnen ICs. Das wird wohl die beste Methode mit meinen begrenzten Kenntnissen sein. Und noch für den Kontext: das ganze wird in einen Opentrons OT-2 Liquid Handler eingebaut.
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Ist der Winkel, mit dem der Laserpointer-Strahl auf die Flüssigkeit auftrifft, bei allen 96 Messstellen gleich? Wenn nein, wird es Probleme mit dem Brechungsindex geben. Der könnte sich wie die Absorption, die du eigentlich messen wolltest, ebenfalls verändern. Eventuell muss also ein Suchalgorithmus mit jeweils mechanischem Tracking des Maximums mit rein. Naja, ist eh Software... mfg mf
Achim M. schrieb: > Ist der Winkel, mit dem der Laserpointer-Strahl auf die > Flüssigkeit auftrifft, bei allen 96 Messstellen gleich? Ja der Winkel ist immer 90° zur Oberfläche der Flüssigkeit. Und um kleinen Variationen (z.B. bei der Platte) vorzubeugen wird am Anfang des Messprozesses immer eine Kalibration durchgeführt.
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>> Warum faehrst Du nicht einen Sensor unten parallel mit dem Laser > oben mit? >Das wäre wohl die eleganteste Lösung aber da muss ich sagen, dass ich mir nicht zutraue das umzusetzen. Google mal nach Bilder von "diy cnc embroidery machine" Die Nähmaschine wäre dann der feststehende Laser (oben) mit Sensor (unten).
Markus E. schrieb: > Oder weiß jemand ob es so eine Art "Flächensensor" gibt? Ich stell mir > das wie einen Display vor bei dem jeder Pixel ein Lichtsensor ist (würde > dann die Intensität und dazugehörigen Koordinaten ausgeben). https://de.wikipedia.org/wiki/CCD-Sensor Mit einer Linse davor auch gemeinhin als Kamera bekannt...
Markus E. schrieb: > Die Einbuchtungen sind auf einer Fläche von ca. 12x8cm verteilt also > fällt da ein CCD-Sensor weg. Da bietet sich die Mechanik eines CD Laufwerks an. Natürlich 2*. Es gibt kleine Lasergravierer die so aufgebaut sind.
Markus E. schrieb: > Die Einbuchtungen sind auf einer Fläche von ca. 12x8cm verteilt also > fällt da ein CCD-Sensor weg. Das ist vielleicht etwas zu kurz gedacht. Da kommt mir doch für den Zusammenhang von Platten- und Sensorgröße folgende bekannte Gleichung in den Sinn:
1 | 1/f = 1/G + 1/B |
Du hast noch nicht beschrieben, welche Anforderungen du an die einzelnen Sensoren hast. - In welchem Wellenlängenbreich sollen die empfindlich sein? [nm] - Wie viel Licht kommt an? [mW/cm²] - Wie lang soll ein Messzyklus dauern (Bandbreite) [µs-ms] - Welches SNR will Du erreichen (Signal/Rauschen) [dB] - Wie groß soll ein "pixel" maximal oder minimal sein [cm²] Je nachdem, kann man sich Vieles vorstellen - Einzelne Phototransistoren mit Multiplexer oder in einer Matrix. - Man könnte digitale Ambient Light Sensoren (ALS) als Lichtsensor nutzen (erfordert wohl einen I²C Multiplexer) - Photodioden mit geeignetem Read-Out IC. Der MCP3008 ist hier nicht so geeignet, aber google mal nach "X-ray AFE, TIA ROIC" oder so etwas ...
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Norbert schrieb: > Der mechanische Aspekt dürfte um ein Vielfaches aufwendiger in der > Realisation sein als der Elektronische. Kreuztisch und 2 Stepper oder (gebrauchten) CNC-Frästisch
> Die Einbuchtungen sind auf einer Fläche von ca. 12x8cm verteilt also > fällt da ein CCD-Sensor weg. Custom light-pipe? https://www.electronicdesign.com/technologies/components/article/21796302/fundamentals-of-led-light-pipes Geht vielleicht mit dem 3D-Drucker? https://www.fictiv.com/articles/how-to-3d-print-light-pipes https://fab.cba.mit.edu/classes/865.18/additive/sla/printedOptics.pdf Da mal ein Zeilensensor: https://toshiba.semicon-storage.com/info/TCD2726DG_Web_Datasheet_en_20211027.pdf?did=70599&prodName=TCD2726DG
Stephan S. schrieb: > Kreuztisch und 2 Stepper oder (gebrauchten) CNC-Frästisch Ja, das denkt man zunächst. Dann wird sich das jeweilige Beleuchtungsmaximum und die umgebende Verteilung der Lichtbrechung abhängig davon zeigen, wie opak die Flüssigkeit ist. Ähnlich einer X-Y Normalverteilungskurve. Hoch und spitz bei Transparenz, zunehmend flacher und verschwommener bei zunehmender Opazität. Ausrichtung: Selbst ein zehntel Grad aus der 90° Achse ändern die Werte. Der Spaß steigt an mit zunehmender Bauzeit.
Markus E. schrieb: > einer Platte mit 96 Einbuchtungen Welche Form sollen die Einbuchtungen haben? Zylinderförmig? Markus E. schrieb: > Unter den Einbuchtungen sollen Photodioden > angebracht werden, die die Intensität des nicht gestreuten Lichts > des Laserpointers messen. Dann muß aber auch jede einzelne Photodiode perfekt senkrecht (zur Platte) sitzen, oder? Läßt sich das ganze sicher nicht auf ein auf reflektierend Umdesignen, dann bräuchtest Du nur eine Photodiode, die gemeinsam mit dem Laser verfahren wird für letztlich beliebig viele Meßpunkte bzw. Einbuchtungen? Dann bräuchte es zwar eine Art halbdurchlässigen Spiegel, der den reflektierten Strahl zur Photodiode umleitet aber dafür wäre die ganze optische Einheit letztlich nur ein (bewegtes) Teil und Du müßtest bei den Meßpunkten nur die jeweilige Einbuchtung treffen und nicht exakt die jeweilige Fotodiode. Michael B. schrieb: > Nur sind 96 Analogschalter > auch nicht witzig. Eventuell wären Reed-Kontakte 'ne Möglichkeit; der Magnet dafür wird mit der Lasereinheit mitbewegt und schaltet jeweilige Photodiode durch.
Markus E. schrieb: > Andreas B. schrieb: >> Warum faehrst Du nicht einen Sensor unten parallel mit dem Laser >> oben mit? > > Das wäre wohl die eleganteste Lösung aber da muss ich sagen, dass ich > mir nicht zutraue das umzusetzen. Zur Erinnnerung: Andreas B. schrieb: > Oder vielmehr: Platte in x und Laser mit Sensor in Y Richtung. Das > vereinfacht die Mechanik erheblich. Nochmal: Laser und Sensor an eine Gabel, die in x Richtung (hier die kuerzere Richtung) bewegt wird und die Platte umfasst. Die Platte selbst wird in y Richtung bewegt. Wenn Du das nicht hinbekommst, dann such Dir einen Mechaniker. Michi S. schrieb: > Welche Form sollen die Einbuchtungen haben? Zylinderförmig? Vermutlich: https://de.wikipedia.org/wiki/Mikrotiterplatte
Such mal nach AS-6408 64 to 8 or 1 Analog Digital Multiplexer Sowie 12bit 4ch ADC+PGA. Kann direkt vom Rpi angesteuert werden , oder die 6 Pins mittels i2c portexpander. Mit einem 4ch ADC können 256 Kanäle bedient werden, bei sehr geringem Preis. Ich würde nicht 96 plates verwenden sondern zwei weniger, eines nur zum messen des Lasers, wegen eventuellen Positionsfehlern und eins mit Wasser/Glyzerin gefüllt, um etwaige Vibrationen zu detektieren welche die Messung wegen Abweichung des Laserwinkels beeinflusst. Laser sollte in diesem Falle ein closed loop laser sein, oder bevor und danach braucht es eine Referenzmessung. Meine 2Cent Cri
Markus E. schrieb: > Die Einbuchtungen sind auf einer Fläche von ca. 12x8cm verteilt also > fällt da ein CCD-Sensor weg. Ich habe gestern ein Foto mit meiner Handykamera gemacht. Die hat einen ganz winzigen CCD-Chip drauf. Aber trotzdem konnte ich problemlos Flächen mit weit über 50mx100m auf ein Bild bannen. Markus E. schrieb: > Oder weiß jemand ob es so eine Art "Flächensensor" gibt? Ich stell mir > das wie einen Display vor bei dem jeder Pixel ein Lichtsensor ist Schon vor 15 Jahren hatte eine optische Maus eine hochauflösendere Kamera eingebaut. Dann musst du nur noch eine Optik davorbauen und fertig: - http://spritesmods.com/?art=mouseeye - Beitrag "Re: Optical Maus Sensor ADNS2610 mit AVR" Oder du nimmst einfach gleich eine übliche Kamera, setzt um deine Proben herum ein paar Referenzpunkte, die zwischendurch immer wieder mal angefahren werden. Und wie immer bei solchen "Problemen", die garantiert von anderen schon gelöst wurden, würde ich schauen, wie die das machen.
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96 well plates werden oft fuer QPCR benutzt. Dabei gibt es von basis aus 2 principen : A) Statische (zB Halogen) lampe und CCD camera B) Bewegbares licht (zB Led) das mittels X/Y motors sich oberhalb die Wells positionieren. Beiden functionieren (meistens) mit spiegeln. Die PCR messung ist umfangreicher weil damit fluorescence gemessen wird aber vielleicht kannst du die mechanik/optik von ein altes/defectes geraet davon benutzen fuer eine Messaufbau. Denke an einen BioRad iCycler mit optische unit (principe A) oder BioRad CFX cycler (principe B) Grusz aus die Niederlande / Patrick
Falls eine Kamera nicht tut... zB wegen ders dynamischen Bereiches... Wuerd ich einen 3D Drucker nehmen. zB einen FLSUN Q5, den gibt's mittlerweile fuer 199$. Der faehrt diese Punkte in wenigen Sekunden ab. Alles andere ist vergeben Muehe. Der laesst sich ueber G-Code ansteuern. Und von Unten, falls es denn wirklich mit Durchlicht vermessen werden soll.. alles auf's Mal belichten. Ob's homogen ist, ist weniger wichtig, kann man ja weg kalibrieren.
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