Hallo,
ich möchte hier die Reflektivität einer Oberfläche mittels IR-Diode und
Fototransistor messen. Der Transistor bildet mit einem Widerstand einen
Spannungteiler an dem ich je nach Untergrund eine andere Spannung
abgreifen kann.
Das ganze funktioniert auch soweit ganz gut, weiße und schwarze Pappe
lassen sich voneinander unterscheiden. Bei einer schwarzen Linie auf
weißem Untergrund habe ich jedoch das Problem, dass sich mein Signal je
nach Umgebungslicht ändert. Ich habe quasi eine Art "Offset" im Signal
welcher sich mit der Helligkeit der Umgebung ändert. Zudem ändert sich
das Signal da es bei hellerer Umgebung natürlich schwächer wird.
Meine Frage: wie macht man die Auswertung bei einem Fototransistor am
bessten? Analog mit einem Schmitt-Trigger Baustein oder einem
Komparator? Das hat zwar den Vorteil, dass man die Schaltschwellen
mittels Widerständen einstellen kann - diese Schwellenwerte ändern sich
aber leider mit der Helligkeit des Umgebungslichts.
Alternativ wäre dann noch die Auswertung mittels Mikrocontroller
(Software) denkbar. Gibt es für solche Messungen sowas wie einen
Standardansatz?
@ Catherine Haug (Gast)
>Meine Frage: wie macht man die Auswertung bei einem Fototransistor am>bessten?
In so einem Fall ohne Phototransistor, eher mit Photodiode und
Transimpadanzverstärker. Siehe Lichtsensor / Helligkeitssensor
Denn der Phototransisitor hat stark temperaturabhängige Parameter, wie
Reststrom, Verstärkung etc.
> Analog mit einem Schmitt-Trigger Baustein oder einem>Komparator? Das hat zwar den Vorteil, dass man die Schaltschwellen>mittels Widerständen einstellen kann - diese Schwellenwerte ändern sich>aber leider mit der Helligkeit des Umgebungslichts.
Willst du nur weiße und schawrze Pappe unterscheiden oder auch
Zwischenwerte?
Das ist entscheidend für die Auswertung.
Wie auch immer, das Umgebungslicht bekommst du nur mit einer modulierten
Lcihtquelle weg, der Empfänger muss dann logischerweise auf die
Modulation abgestimmt sein. Nicht soooo einfach.
MFG
Falk
Hallo Falk, danke für deine Antwort!
Also es sollten auch einige wenige "Zwischenwerte" erkennbar sein. In
diesem Fall rote, grüne, gelbe und rote Pappe. Es soll eigentlich nicht
die Pappe selbst sonder viel mehr ein schmaler Streifen auf schwarzem
oder weißem Hintergrund erfasst werden. Ich habe also viel Gleichanteil
im Signal (der abhängig ist vom Umgebungslicht) und dann einen kurzen
Peak (nach oben oder unten) der mein eigentlich gewünschtes Signal ist.
Über die Lösung mit der Fotodiode und Transimpedanzwandler habe ich auch
schon nachgedacht. Jedoch habe ich auch hier die beiden Probleme
a) mein Gesamtsignalpegel steigt mit dem Umgebungslicht
b) ab einer gewissen Intensität (wenn der Verstärker in Sättigung geht)
kann ich kein 'Nutzsignal' mehr auswerten
In dem Link den du angegeben hattest habe ich auch gestöbert - das war
sehr hilfreich, danke! Ich frage mich nur wo ich die OPT101 (hat selbst
Farnell nicht mehr) oder die OPT301 (kostet die wirklich 60,- EUR?)
herbekommen soll. Micromaus gibt laut deren Webseite das Geschäft auf -
dort habe ich eine Blausensitive Fotodiode gefunden. Mir wäre eine
Rot/Grün Sensitive lieber, kennt zufällig jemand die genaue Bezeichnung
von so einer Fotodiode?
Gruß,
Catherine
@Catherine Haug (Gast)
>Es soll eigentlich nicht>die Pappe selbst sonder viel mehr ein schmaler Streifen auf schwarzem>oder weißem Hintergrund erfasst werden.
Also eher digital.
> Ich habe also viel Gleichanteil>im Signal (der abhängig ist vom Umgebungslicht) und dann einen kurzen>Peak (nach oben oder unten) der mein eigentlich gewünschtes Signal ist.
Jo.
>Über die Lösung mit der Fotodiode und Transimpedanzwandler habe ich auch>schon nachgedacht. Jedoch habe ich auch hier die beiden Probleme>a) mein Gesamtsignalpegel steigt mit dem Umgebungslicht>b) ab einer gewissen Intensität (wenn der Verstärker in Sättigung geht)>kann ich kein 'Nutzsignal' mehr auswerten
Schon klar, es führt kein Weg an einer Modulation vorbei. Hab aber
leider keine Schaltungen oder Links parat. Musst du mal suchen.
Halt die Sende-LED mit ein paar Dutzend kHz modulieren, ein einfacher
NE555 reicht.
Am Empfänger per Bandpass filtern, verstärken und gleichrichten.
In diesem Fall reicht auch ein Phototransistor.
>Farnell nicht mehr) oder die OPT301 (kostet die wirklich 60,- EUR?)
Was willst du mit dem Ding? Einen TIA kann man auch selber bauen, OPV +
Widerstand + C.
>dort habe ich eine Blausensitive Fotodiode gefunden. Mir wäre eine>Rot/Grün Sensitive lieber,
Ist im Prinzip egal, nimm eine 0815 Didoe von der Stange, das geht.
MFG
Falk
Wie wäre es, wenn du die zu bestimmende Pappe mit einer (roten?) LED
sehr hell beleuchtest? Sodass der Phototransistor oder die Photodiode
quasi nur vom Licht dieser LED beleuchtet wird. Dann wird das ganze vom
Umgebungslicht unabhängiger.
Habe ich auch schon so gemacht:
Ein Objekt bewegte sich dabei an einer Photodiodenzeile vorbei. Dabei
kriegte ich ein Bildchen, aber man musste das Objekt noch mit einer
roten LED beleuchten, weil sonst, wie du bemerkt hast, das
Umgebungslicht einen zu grossen Einfluss hatte.
Ich denke, es müsste gehen, wenn du neben dem Phototransistor (oder der
Photodiode) eine LED-Beleuchtung montierst, und zwischen den beiden
Elementen kommt dann eine Art "Wand", damit nicht direkt das Licht von
der LED in den Phototransistor fällt, sondern erst den Umweg über die
Pappe nehmen muss.
Zum roten Licht würde ich deshalb greifen, weil die Phototransistoren
normalerweise für rotes Licht am empfindlichsten sind, und rote,
superhelle LEDs recht günstig sind.
Bei einer Beleuchtung mit IR wirst Du aber unter Umständen Probleme
kriegen, da Du nicht weisst wie stark die IR Reflektion Deiner
verschieden Farben auf der Pappe ist. Auch eine Beleuchtung mit ROT
hilft da nur bedingt.
Da kann es sein, daß Rot und Weiss fast identische Werte liefern und
Grün fast wie Schwarz.
Ausprobieren und ggf. mit Rot und Grün beleuchten.
Auf jeden Fall mit moduliertem Signal beleuchten und den Empfänger Band
oder wenigstens Hochpass filtern wie Falk ja schon beschrieben hat.
LED-Scanner beleuchten die Vorlage (schnell) nacheinander mit
verschiedenfarbigem Licht. Daraus kann man - wenn die Empfindlichkeit
des Empfaengers fuer die jeweilige Farbe bekannt ist - die Farbe der
beleuchteten Stelle ermitteln.
Gast
Hallo,
vielen Dank für die Anregungen. Also wenn ich das so bisher lese wird
wohl eher die Auswertung mit einem Mikrocontroller alleine in Frage
kommen, oder?
Denn mit dem MC könnte ich die LED pulsen und auch direkt den
Bandpassfilter in der Programmierung realisieren. LED Pulsen sollte kein
Problem sein, beim passenden Bandpassfilter fehlt mir jetzt spontal
allerdings der Ansatz. Wie würde man so einen Filter denn am besten
beginnen?
Gruß,
Catherine
moin moin,
wir arbeiten mit RGB-Leds und Fotodiode auf AD-Wandler. Über dunkel und
RGB können wir die Farbe einer Flüssigkeit (läuft in einem Schlauch
zwischen Sender/Empfänger) feststellen. Durch die zyklische Umschaltung
zwischen den 4 Zuständen wird Fremdlicht kompensiert und da nur relativ
gemessen wird, spielen Bauteilalterung und Toleranz keine Rolle.
Größtes Problem bei einer reflektiven Messung dürfte der Abstand
Platte/Sensor sein.
Mit Gruß
Peter
@ Catherine Haug (Gast)
>wohl eher die Auswertung mit einem Mikrocontroller alleine in Frage>kommen, oder?
Nein, wie kommst du darauf? Die Modulation und Demodulation kann man
problemlos mit einfachen Mitteln analog machen.
>Denn mit dem MC könnte ich die LED pulsen und auch direkt den>Bandpassfilter in der Programmierung realisieren.
Und warum? Totaler Overkill.
>allerdings der Ansatz. Wie würde man so einen Filter denn am besten>beginnen?
OHNE Mikrocontroller.
MFG
Falk
Hallo Falk,
natürlich hast du recht - ohne Mikrocontroller wäre die geschilderte
Messaufgabe sinnvoller. Es soll jedoch später die Abfolge der Streifen
bzw. deren Anzahl mitgeloogt werden. Sprich der MC kommt auf jeden Fall
dazu da das ganze per serieller Schnittstelle auf einen PC übertragen
werden muss.
Aber entweder suche ich falsch oder ich finde keine passenden
Modulations-Demodulations-Schaltungen im Netz. Ich finde nur fertige
Bauteile die sowas zur IR-Abstandsmessung einsetzen.
Zu Pieter: das mit der RGB-LED klingt auch sehr gut - so dürften sich
(ähnliche Reflektionseigenschaften der unterschiedlichen Papp-Farben
vorausgesetzt) auch noch mehrere Farben unterscheiden lassen. Was das
Fremdlicht angeht bleibt jedoch das alte Problem: bei einer Fotodiode
kann man keine konstanten Schwellwerte einstellen wenn sich das
Umgebungslicht ändern kann. Also wenn ich sage Fotodioden-Wert x, y und
z bei den Farben R, G, B entsprechen der grünen Pappe gilt dies nur so
lange sich das Umgebungslicht nicht ändert. Da müsste ich dann vorher
irgendwie den "Gleichanteil" rausfiltern.
Gruß,
Catherine
Was das Thema "Modulation" mit dieser Aufgabenstellung zu tun hat, ist
mir ein Rätsel (Wikipedia->Modulation).
Wenn es nur darum geht, Helligkeits-Peaks zu erkennen, genügt eine
Hochpass- und Verstärkerschaltung.
Die 2 Hauptprobleme sind wohl
1. das von Udo genannte Problem (Wie sieht grüne Pappe im IR-Bereich
aus? schwarz?)
2. das Umgebungslicht. In heller Umgebung könnte der Spannungsteiler
schon fast voll ausgesteuert sein -> keine Peaks mehr.
Kannst ja mal in der Bibliothek
"Halbleiterschaltungstechnik" von Tietze/Schenk ausleihen, da wird man
meistens schlauer.
Ok, ich brauche also eine NE555-Schaltung die mir eine IR-LED mit 33kHz
pulst und einen TSOP1733 (TSOP31233) der das ganze wieder demoduliert.
Und am TSOP1733 kann ich dann eine Spannung in Abhängigkeit vom
Untergrund abgreifen?
Catherine Haug schrieb:
> Und am TSOP1733 kann ich dann eine Spannung in Abhängigkeit vom> Untergrund abgreifen?
Eben nicht :-P . Modulation ist dazu da, Störeinflüsse des
Übertragungskanals (hier die Pappe) herauszufiltern (!). Du möchtest
hier ja aber gerade den Einfluss der Pappe messen.
Daher ist der TSOP genau das falsche Mittel. du würdest nur genau das
empfangen, was du mit der IR-LED (+Schaltung) sendest.
@ dr.schmock (Gast)
>Was das Thema "Modulation" mit dieser Aufgabenstellung zu tun hat, ist>mir ein Rätsel (Wikipedia->Modulation).
Na dann rätsle mal weiter.
>2. das Umgebungslicht. In heller Umgebung könnte der Spannungsteiler>schon fast voll ausgesteuert sein -> keine Peaks mehr.
Womit wir mal wieder beim Thema Modulation wären. Was für ein Zufall . .
.
>Kannst ja mal in der Bibliothek>"Halbleiterschaltungstechnik" von Tietze/Schenk ausleihen, da wird man>meistens schlauer.
WOW! Der Tip des Tages!!!
Aber wie es scheint hat er bei dir nicht gewirkt. Komisch.
MfG
Falk
@ Catherine Haug (Gast)
>Ok, ich brauche also eine NE555-Schaltung die mir eine IR-LED mit 33kHz>pulst
Ja.
> und einen TSOP1733 (TSOP31233) der das ganze wieder demoduliert.
Ja.
>Und am TSOP1733 kann ich dann eine Spannung in Abhängigkeit vom>Untergrund abgreifen?
Nöö, der liefert ein digitales Signal, genau was du willst. Pappe oder
dunker Streifen.
Kann es einfacher sein?
@ dr.schmock (Gast)
>Eben nicht :-P . Modulation ist dazu da, Störeinflüsse des>Übertragungskanals (hier die Pappe) herauszufiltern (!).
Der Spezialist mal wieder. Ohje!
Das UMGEBUNGSLICHT ist die Störgröße!
>Daher ist der TSOP genau das falsche Mittel. du würdest nur genau das>empfangen, was du mit der IR-LED (+Schaltung) sendest.
Kaum. Denn zwischen der Pappe und den dunken Streifen beteht ein
Unterschied, nämlich im Reflexionsvermögen.
MfG
Falk
@ Catherine Haug (Gast)
>Genau das denke ich mir auch die ganze Zeit... da ist der Ansatz mit der>RGB-LED und einer digitalen Auswertung mit Mikrocontroller doch>sinnvoller?
Du weißt gar nicht wovon du redest. Du bist ein Blinder, der die Farbe
beurteilen will . . .
@Falk:
Der Kontrast ist doch abhängig von der Farbe der Beleuchtung. Grün
beleuchtete rote Pappe wirkt viel dunkler wie die weiße Pappe daneben.
Zieht man die Pappstreifen unter dem Sensorbereich her dürfte der
Bereich unter der roten Pappe dunkel und unter der weißen Pappe hell
sein (bei grüner Beleuchtung).
>Nöö, der liefert ein digitales Signal, genau was du willst. Pappe oder>dunker Streifen.
Und wie stell ich damit die Schwellwerte ein? Irgendwie muss er ja
wissen ab wann eine Pappe rot oder grün ist. Diese Werte ligen zwischen
weiß und schwarz - die Frage ist nur wie viel dazwischen. Bisher ist ja
das Problem, dass dieser "Abstand" bzw. die Signalamplitude ebenfalls
abhängig vom Umgebungslicht ist. Sonst würde es ein Komparator ja auch
tun...
@ Catherine Haug (Gast)
>Der Kontrast ist doch abhängig von der Farbe der Beleuchtung. Grün>beleuchtete rote Pappe wirkt viel dunkler wie die weiße Pappe daneben.
Dann nimm eine weiße LED. Für den TSOP muss du sowieso IR nehmen, denn
der ist darauf ausgelegt.
>>Nöö, der liefert ein digitales Signal, genau was du willst. Pappe oder>>dunker Streifen.>Und wie stell ich damit die Schwellwerte ein?
Mit der Stromstärke der Sende-LED und dem Abstand.
> Irgendwie muss er ja>wissen ab wann eine Pappe rot oder grün ist. Diese Werte ligen zwischen>weiß und schwarz - die Frage ist nur wie viel dazwischen.
Muss man messen/teste.
> Bisher ist ja>das Problem, dass dieser "Abstand" bzw. die Signalamplitude ebenfalls>abhängig vom Umgebungslicht ist.
Desahlb ja die Modulation. Damit die das Umgebungslicht ausgeblendet und
nur deine Sende-LED gibt das Licht vor.
MFG
Falk
@Catherine
Das mit der Farberkennung ging etwas unter. Du hattest ja im ersten
Beitrag geschrieben, dass du eine IR-LED benutzt, da ist mit Farben ja
garnix möglich.
Da brauchst du in der Tat die RGB-LED und Phototransistor oder 3
Phototransen mit Farbfiltern. (je nach Anforderung. Die zweite
Möglichkeit ist umständlicher, aber schneller und u.U. genauer.)
Das ist mit µController wohl am bequemsten zu machen. Ich stell mir den
Messablauf etwa so vor (AD-Wandler):
1. Messung mit Umgebungslicht (LED aus)
2.-4. Messung mit R,G,B eingeschaltet (schnell nacheinander)
Danach rechnen:
Rotanteil = Rot-Messung - 1.Messung
Grünanteil = Grün-Messung - 1.Messung
Blauanteil = Blau-Messung - 1.Messung
Ist die Pappe gelb, gibts bei bei Rotanteil und Grünanteil nen
Ausschlag.
Die Frage ist dann, ob das Verfahren schnell genug ist, in ner Fabrik
oder Druckerei "fliegt" das Material ja förmlich vorbei.
@Falk
Jetzt versteh ich, warum Modulation+TSOP... eine Hell-Dunkel-Erkennung
mit Schwellwert reicht dir aus. Naja, zugegeben, ganz genau hat
Catherine die Aufgabe nicht beschrieben gehabt. Aber ich hab nach den
ersten 4 Posts eher den Eindruck, dass das nicht reicht. Naja egal - Da
jetzt Farberkennung dazugekommen ist, ist der TSOP ohnehin hinfällig.
dr.schmock schrieb:
>1. Messung mit Umgebungslicht (LED aus)
ja
>2.-4. Messung mit R,G,B eingeschaltet (schnell nacheinander)>Danach rechnen:>Rotanteil = Rot-Messung - 1.Messung>Grünanteil = Grün-Messung - 1.Messung>Blauanteil = Blau-Messung - 1.Messung
nicht ganz
2. Messung: rote LED an messen
3. Messung: alle LED aus messen
4. Messung: grüne LED an messen
5. Messung: alle LED aus messen
6. Messung: blaue LED an messen
dürfte mit µC kein Problem sein und es werden Farbunterschiede erkannt.
@ Catherine Haug (Gast)
Heute gibt es RGB-Sensoren.
RGB-Sensoren sind günstig im Preis (7,50 Euro) und der Bauteilaufwand
ist gering.
Siehe Dir mal den Link an:
http://www.lipoly.de/index.php?main_page=product_info&cPath=880_883_885_1822&products_id=104726
Der RGB Sensor:
Color Light Sensor - Avago ADJD-S371-Q999 Sparkfun SEN-08618
oder als Board:
Color Light Sensor Evaluation Board Sparkfun SEN-08663
Viel Spaß
GG
Das ist dann die drei LED's und der Empfaenger in einem Gehaeuse inkl.
Auswertung - sieht interessant aus. Allerdings muesste man sich da in
das Problem Umgebungslicht reinlesen und -denken.
Gast
