Hallo zusammen, ich bastel gerade an einem "Photometer" um Tröpfchentests auszuwerten. (Tests zum quantitativen Nachweis von zB No3, Po4, im Aquarium...) Aufbau ist bisher nur ein atmega328 mit 2x16 Display, eine weiße LED und ein einem 3 Farbsensor. Ich bekomme auch schon wiederholbare Werte, allerdings habe ich noch zu große Störeinflüße. - Keine vernünftige Küvette - Loser Aufbau auf Steckbrett :) daher Störlicht etc. - Empfindlichkeit Sensor zu hoch bzw. LED zu hell Gerade letzter Punkt macht mir etwas Kopfzerbrechen. Ich habe auch quasi keine Erfahrung mit optischen Messungen. Macht es mehr Sinn die LED dimmbar zu machen und den "100% Punkt" justieren zu können per µC ? Eventuel auch fest eingestellt ? Lohnen vielleicht verschiedene LED farben (vgl. zu den Farben auf den der Sensor reagiert ?) Ideen zum Messablauf ? Ich würde dann ertsmal viele Werte aufnahmen und schauen was Sinn ergibt (Ohne Küvette, ohne Chemilkalien, mit Referenzwerten). Vermutlich würde ich fest definieren welche Farbe ausgewertet wird.
Beschreib' doch nochmal genauer, WAS du eigentlich misst. Die Farbe und die Absorption? Oder die Tropfenzahl ... oder Beides? Grundlage solcher Messgeräte ist immer eine Kalibrierung per Vergleichsmessung (am Besten eine sich regelmäßig automatisch wiederholende) und eine maximale ausreichende Spreitzung der Messbereiche, um den Sensor voll ausnutzen zu können. Du könntest z.B. regelmäßig Vergleichs-Ampullen per Servo in den Messweg drehen. Dabei min/max-Werte ermitteln, evtl. Offset und Verstärkung des AD-Wandlers optimieren und somit die Prüflösung wesentlich besser einordnen ... das wäre dann auch relativ unabhängig von externen Einflüssen, quasi "selbstoptimierend" :-) Was die spektrale Messung betrifft: Wenn die Differenzierung durch den RGB-Sensor nicht ausreicht (ist ja nur ein läppisches 3-Band Colorimeter), würde ich es mal anders herum versuchen: Farbige LED (sind weitgehend monochromatisch, also schmalbandig) gibts nicht nur in Rot, Grün, Blau, sondern auch Gelb, Orange, Cyan, Violett, IR und UV ... man muss nur ein wenig suchen. Die muss man dann zwar per MC einzeln einschalten, dafür vereinfacht sich die Auswertung. Die ganz hohe Schule wäre ja eine Photodioden-Zeile hinter einem optischen Gitter oder Prisma, aber dann bist auch du schon beim Spektralfotometer. Ich kenne so ein Gerät aus dem Biotec-Labor eines Bekannten, ein sog. "Plate Reader". Der liest Probenplatten mit mehrere hundert Proben in wenigen Sekunden ein - Am Rande befinden sich dabei immer auch Referenzlösungen.
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Es geht um die Färbung der Lösung nach Reaktion. Normalerweise macht man einen Vergleich zwischen 2 Proben (eingefärbt und ohne Zusätze) mit einer gedruckten Farbskala. Sprich "Beckenwasser roh" gegen "bläulich gelblich rötlich" etc. Färbung müßte ja Farbe + Absorbtion sein, oder ? Wird nicht mehr werden als eine Aufnahme für geeignete Küvetten + Elektronik + Anzeige. Quasi: 1. Messung ohne Küvette 2. Messung nur Beckenwasser (kann zB Gelbstichig sein) 3. Messung Tröpfchentest, sprich gefärbtes Wasser Die Lösungen zum kalibrieren kann ich selbst herstellen. Tropfenzahl, bzw. zugegebene Stoffmenge wäre für einige Tests auch interessant, aber dazu müßte ich wissen wie man 0,01ml automatisch genau dosieren kann. Ist schon von Hand immer ein geklopfe. Bei Spektralfotometer sagst du was ... ein Spektrometer steht auch noch auf meiner Bastelliste, Liniensensor und Gitter gammeln in meiner Bastelkiste und warten auf Verbau. Hier wäre aber eine andere Lichtquelle interessant..
Zur Trennung der Wellenlängen / Farben bieten die LEDs mehr Auflösung und damit mehr Information als ein RGB Sensor. Dann reicht auch eine normale Fotodiode, und man kann die Empfindlichkeit des TIA passend wählen. Bei den LEDs macht eine gewisse Anpassung der Helligkeit einen Sinn, weil die unterschiedlichen Farben unterschiedlich stark sind (vor allem gelbe sind eher schwach). Die Alternative wäre ein variable Verstärkung. Den Genauen Abgleich auf die 100% macht man aber eher über Software und eine Vergleichsmessung mit z.B. reinem Wasser. Die Kombination Weisse LED und RGB Sensor hat noch das Problem dass die weißen LEDs recht wenig Licht im Gelbgrünen Bereich abgeben. Entsprechend kann das Signal bei den 3 Kanälen sehr unterschiedlich sein. Der Vorteil ist aber dass die Optik einfacher ist. Zu viel Licht ist eher ein Luxusproblem - das ist oft eine Frage wie man den Sensor ausließt. Gegen Fremdlicht wird man die LEDs wohl modulieren. Bei nicht so starken Störungen kann der µC die Demodulation in Software erledigen.
Diese Art der Messung funktioniert aber so nur wenn a) deine Lichtquelle Licht der richtigen Wellenlänge (= Farbe) zumindest beinhaltet und b) dein Sensor deine Wellenlänge auch detektieren kann oder zumindest irgendwo im Absorptionsspektrum. a) Datenblatt der weißen LED (IMHO strahlen weisse LEDs kein kontinuierliches Spektrum aus) b) Datenblatt des Sensors Du musst also erstmal eine verwendbare Lichtquelle und einen entsprechenden Sensor finden. Erst wenn du diese Randbedingungen geklärt hast, kannst du dir um die Umsetzung Gedanken machen. Eine andere Möglichkeit ist der Einsatz von kontinuierlichem, weissen Licht und Filter für die entsprechenden Wellenlängen. Zur Detektion reicht dann zB eine Photodiode plus Verstärkung. So funktionieren einfache Photometer im Labor. Zur Messung: du misst deinen sog. Blank (in deinem Fall das Wasser ohne Reagenzien) = I0 und deine Probe (gefärbte Lösung) = I. Der Unterschied in der Intensität ergibt die Absorption: A = I/I0 Vielleicht führt das jetzt zu weit, aber der Vollständigkeit halber: Das ganze ist über das Lambert-Beer'sche Gesetz mit der Konzentration verknüpft: log (I/I0) = epsilon c d d ist die Schichtdicke, die das Licht durchdringt (bei Standardküvetten 1 cm) c ist die Konzentration in zB mg/ml epsilon ist der Extinktionskoeffizient und spezifisch für die Substanz Üblicherweise erstellt man eine Eichgerade mit verschiedenen Konzentrationen, misst die Absorption und erstellt sich eine Eichgerade. Dann lässt sich die Konzentration einer unbekannten Probe durch Ablesen aus der Eichgerade ermitteln.
Maik S. schrieb: > - Keine vernünftige Küvette http://www.oppermann-electronic.de/assets/applets/Kuvetten.pdf Maik S. schrieb: > aber dazu müßte ich wissen wie man 0,01ml automatisch genau > dosieren kann. Grosse Menge herstellen, kleine Menge davon messen. Klar gäbe es auch Picoliter-Pipetten oder http://www.ebay.de/itm/Hamilton-Mikroliterspritze-50-l-Nr-1705-gastight-Teflonkolben-Teflon-LuerLock-/301514152986?pt=Labor_Zubeh%C3%B6r&hash=item4633a4dc1a Dein wirkliches Problem liegt woanders, des geringen Messwerts der mehr durch Umgebungstemperatur und Alterung beeinflusst wird, als durch deine Flüssigkeit. Also immer kompensieren, wo es nur geht. Ein Lichtstahl geht durch die Küvette, ein weziter durch einen ungenutzen Bereich derselben Küvette und hiterher misst man die Differenz, damit cancelt man schon mal viele Einflüsse raus, wenn die Küvette gut geputzt ist.
MaWin schrieb: > Also immer kompensieren, wo es nur geht. Ein Lichtstahl geht durch die > Küvette, ein weziter durch einen ungenutzen Bereich derselben Küvette > und hiterher misst man die Differenz, damit cancelt man schon mal viele > Einflüsse raus, wenn die Küvette gut geputzt ist. Ein sog. Blank gegen Luft wie du ihn beschreibst ist nicht notwendig, wenn man die Probe ohne Reagenz (in diesem Fall das Aquariumwasser) als Referenz misst. Natürlich dürfen zwischen Messungen keine Stunden vergehen. Aber eine Messung dauert im Schnitt 5-10 Sekunden bis sich ein konstanter Messwert eingestellt hat...
Ok ... @MaWin Alterung wovon ? Die Chemikalien werden auch so schon regelmäßig mit einer Referenz überprüft und mit einem Korrekturfaktor verrechnet. Jede Probe wird frisch angesetzt. Hat eine Fotodiode eine so breite Empfindlichkeit, dass ich rot und blau als seperate Lichtquelle einsetzen kann ? Ich dachte bisher die seien eher begrenzt, daher die Idee mit dem RGB Sensor, der für 3 begrenzte Farben je ein analog-Signal ausgibt. Dann kann ich mit einer weißen / umschaltbaren Lichtquelle nur die Farbe nutzen die interessant ist = die größte Änderung erfährt. Wie baut man eine genaue Helligkeitssteuerung für eine LED an einen µC ohne DAC ? Ich denke mal PWM wird ausfallen, da die Sensoren schneller sind als das menschliche Auge. Oder PWM mit Filter ? ist das genau / reproduzierbar ? Wenn man das Licht auf 100% bei Beckenwasser oder leere Küvette stellt nutzt man die Bandbreite des ADC aus. Ansosnten geht "oben" mehr als die Hälfte verloren (denk ich mir mal).
Wenn du das System Lichtquelle-Filter-Photodiode verwendest brauchst du eine breitbandige Photodiode. Wer sagt dass das Licht das du messen willst von deinen drei Sensoren erfasst wird?
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Wenn es nicht auf besonders hohe Geschwindigkeit ankommt, wäre als Breitband-Sensor auch ein CdS-Fotowiderstand eine Option. Die hat man nicht umsonst über viele Jahrzehnte für Belichtungsmesser in der Fotografie eingesetzt: Sie sind breitbandig und haben einen rel. weiten Empfindlichkeitsbereich, ähnlich dem menschl. Auge
Hallo, @Harald nagy: niemand ;) Funktioniert aber im Testaufbau für rote und blaue Färbungen. Nur keine Ahnung wie genau ich damit die Auflösung im "unteren Bereich" hin bekomme. Aktuell brauch ich nur 3 Farben ... Da es aber eine begrenzte Anzahl an Tests gibt kann ich ja mal schauen ob ich die idealen Wellenlängen herausbekomme. (Danke schonmal für die Tipps) Ich kann ja auch verschiedene Schaltungen / Sensoren testen.
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Ist zwar schon was älter aber egal.. muss ja nicht extra einen neuen Thread aufmachen. ich habe mir erfolgreich ein Photometer zusammengebastelt was auch funktioniert! :)
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