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Forum: Projekte & Code Selbstgebauter Optoelektronischer Füllstand Grenzwertsensor


Autor: Gerhard O. (gerhard_)
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Ich brauchte kürzlich für ein Heimprojekt einen 
Füllstandsgrenzwertsensor und wollte  wegen der relativ hohen Kosten 
($40+) Versuche anstellen ob man sich so etwas  nicht selber relativ 
leicht bauen könnte. Da dieses Thema immer wieder vorkommt, möchte ich 
gerne einen kleinen Erfahrungsbericht dazu geben. Diese Art Sensoren 
sind recht praktisch weil es keine mechanischen Verschleißteile gibt. 
Die einzige Voraussetzung zum Bau ist vorübergehender Zugang zu einer 
Drehbank um das konische Prisma herstellen zu können.

Der elektrische Teil besteht nur aus einer IR-LED und einem IR 
empfindlichen Phototransistor. Das Messprinzip beruht sich auf die 
Tatsache dass sich der Brechungsindex eines Prismas beim Eintauchen in 
eine Flüssigkeit drastisch reduziert und das zurückgeworfene Licht dann 
drastisch reduziert wird. Im Trockenen wird das Licht im Prisma 
praktisch fast 100% reflektiert. Bei meinem Testaufbau konnte ich ein 
15:1 oder besseres Verhältnis messen. Jedenfalls funktioniert der Sensor 
richtig bis auf unter 1mA LED Strom herunter. Die Bauteile sind ein 
gerade vorhandener QEC122 und QSC122 für 880nm. Mit diesen Bauteilen 
kann das Prisma bis 5cm weit entfernt sein bevor das zurückgeworfene 
Licht nicht mehr ausreicht. Das entspricht einer optischen Distanz von 
mindestens 11cm. Jedenfalls braucht man sich keine übermässigen Sorgen 
mit LED Alterungserscheiningungen nach sehr langer Betriebszeit machen 
weil so viel Sicherheits-Margin vorhanden ist. Ansprechzeit ist 100us. 
Abfallzeit kann etwas länger sein weil das Wasser abfliessen muß.

Obwohl der verwendete Phototransistor ein IR-Filter hat gibt es Probleme 
mit starken Tageslicht wenn man den Stab direkt nahe anleuchtet. Es gibt 
IR-Phototransistoren mit noch besseren Tageslichtfilter und dürften 
deshalb wahrscheinlich besser geeignet sein wenn es im Offenen 
zuverlässig funktionieren muß. Mit normaler Raumbeleuchtung gibt es 
allerdings keine Probleme. Hersteller haben es natürlich leichter weil 
sie ihr Gehäuse mit einem passenden Lichtverhalten nach Maß herstellen 
können. Als Hobbyist stösst man hier halt an Grenzen.

Als optisches Medium dient ein 12.7mm gegossen hergestellter 
Plexiglasstab. (Gezogene Stäbe sollte man tunlichst vermeiden weil ssie 
sich weniger gut verarbeiten lassen. Auch sollte man Alkohol von 
Plexiglas wegen der Möglichkeit einer Risseentstehung fernhalten.) Das 
ins Wasser getauchte Ende wurde genau auf 45 Grad fürs Prisma abgedreht 
und leicht poliert. Die andere Seite wurde flach abgedreht, poliert und 
ist ca. 10mm hoch. Dieser Stöpsel wird vom LED abgeleuchtet und 
gegenüber sitzt der IR-Phototransistor. Das Ganze ist vollkommen 
wasserdicht in einer engpassenden Röhre eingebaut welche zum Schluß mit 
Plexiglas Solvent permanent zusammengefügt wird um das Ende vollkommen 
wasserdicht zu machen.

Falls Interesse besteht, werde ich bald ein paar Bilder machen und 
nähere Konstruktionshinweise geben. Hier eine Skizze vom Aufbau:
   _ ____________________________
  / |____________________________\          
 /     |<LED.                     \_______  (LED+, LED-, PH-C, PH-E)
/ 45Gr |
\      |                           _______
 \   __|<IR-Detektor. ___________ /
  \_|____________________________/

Später soll noch ein Spannungsregler mit Verpolungschutz dazukommen, 
damit der Betriebsspannungsbereich 8-32 Volt sein kann und ein Open 
Collector Schaltausgang.


Mfg,
Gerhard

--
für "ASCII-Art" bitte die [ pre ] [ /pre ]-Tags verwenden.
-rufus

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: OldMan (Gast)
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Ich finde das ist eine sehr interessante Sache.
Weitere Infos, Zeichnung und evt. auch ein paar Fotos sind bestimmt von 
allgemeinem Interesse.

Autor: Gerhard O. (gerhard_)
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Hier ein paar Bilder vom Versuchsaufbau.

mfg,
Gerhard

Autor: Gerhard O. (gerhard_)
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OldMan schrieb:
> Ich finde das ist eine sehr interessante Sache.
> Weitere Infos, Zeichnung und evt. auch ein paar Fotos sind bestimmt von
> allgemeinem Interesse.

Wird geschehen. Danke fürs Interesse. Es wird eine Zeitlang dauern weil 
ich noch eine Elektronikplatine mit Regler und Ausgangsstufe miteinbauen 
möchte.
(8-32VDC Betriebsspannungsbereich und Open-Collector Schaltstufe oder 
Aktiven Ausgang.)

Autor: Simpel (Gast)
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So ein Teil ist hier auch an der Auffangwanne unter der Öl-Heizanlage. 
Seit einigen Jahren ist es Pflicht, wenn ein Ablaufschacht im Heizkeller 
vorhanden ist, dass eine Auffangwanne samt eines Pegelsensors und 
Alarmgerät unter den ölführenden Teilen angebracht sein muss.
Da das Gerät für diesen Zweck zugelassen sein muss, hat es auch gleich 
mal knapp 300,-Euronen gekostet. Für so einen Prismensensor mit kleinem 
Stecker-Netzteil, bissel Trigger-Eektronik und Piezopiepser ne 
ordentliche Latte Kohle

Autor: Gerhard O. (gerhard_)
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Simpel schrieb:
> Für so einen Prismensensor mit kleinem
> Stecker-Netzteil, bissel Trigger-Eektronik und Piezopiepser ne
> ordentliche Latte Kohle

Ja, das scheint wie vieles anderes etwas überteuert zu sein. Andrerseits 
wirst Du um eine teure und kommerzielle, vorgeschriebene Lösung aus 
versicherungsrechtlichen Gründen leider nicht herumkommen. Wenn etwas 
passieren sollte, dann werden Eigenbauten meist (Zu Recht oder Unrecht) 
als "offizielle" Ursache des Unglücks gerne routinemäßig verantwortlich 
gemacht.

: Bearbeitet durch User
Autor: SonicHazard (Gast)
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Tolle Idee!
Ich brach so was dringend für den Wassertank meines alten 
Kaffevollautomaten...

Autor: Lamda (Gast)
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Das mit dem Prisma ist eine uralte Sache, wird in vielen 
Füllstandssensoren verwendet.
Der Einfluss von Umgebungslicht oder Tageslicht lässt sich komplett 
beseitigen/unterdrücken wenn man die Lichtquelle moduliert, bei der 
Auswertung z. B. ein Filter (Bandpass)  verwendet.

Autor: Gerhard O. (gerhard_)
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Lamda schrieb:
> Das mit dem Prisma ist eine uralte Sache, wird in vielen
> Füllstandssensoren verwendet.
Ich erhebe natürlich keinen Anspruch auf die Idee. Mir ging es nur 
darum, festzustellen inwieweit das Konzept selbstbautauglich ist. Die 
Industriesensoren sind (mir) doch etwas zu teuer. Abgesehen davon war 
für mich in diesem Fall eher der Weg das Ziel:-)
> Der Einfluss von Umgebungslicht oder Tageslicht lässt sich komplett
> beseitigen/unterdrücken wenn man die Lichtquelle moduliert, bei der
> Auswertung z. B. ein Filter (Bandpass)  verwendet.
Das ist ein interessanter Vorschlag und zur Durchführung; nur erhöht 
sich leider der Aufwand beträchtlich und die notwendige Aufbaugröße.

Mfg,
Gerhard

: Bearbeitet durch User
Autor: Gerhard O. (gerhard_)
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Der Anhang sind die Schaltbilder der Testaufbauten.

V1 ist für einen kleinen Knopfsensor
V3 ist für einen stabförmigen Sensor

mfg,
Gerhard

Autor: Gerd E. (robberknight)
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Gerhard O. schrieb:
> Der Anhang sind die Schaltbilder der Testaufbauten.

brauchst Du bei V3 wirklich die 6-32V am PNP-Out? Oder würden es auch 5V 
tun? Wenn ja, dann könntest Du einen 74LVC2G14 verwenden und Dir damit 
Q2 und Q4 einsparen. Ansonsten nur den Q2.

Mich würde eine Variante mit modulierter LED reizen die dennoch kompakt 
gebaut ist. Auf dem Markt für IR-Fernbedienungsempfänger gibt es doch 
einige ICs die die Empfängerdiode + Demodulationsschaltung in einem 
Bauteil integriert haben. Die allseits bekannten TSICs sind allerdings 
doch recht groß für diese Applikation. Kennt da jemand vielleicht 
kleinere?

: Bearbeitet durch User
Autor: Mike A. (Gast)
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Gerd E. schrieb:
> Die allseits bekannten TSICs

???
http://playground.arduino.cc/Code/Tsic ?

Autor: Gerd E. (robberknight)
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Mike A. schrieb:
> Gerd E. schrieb:
>> Die allseits bekannten TSICs
>
> ???
> http://playground.arduino.cc/Code/Tsic ?

Sorry, falsche Schublade im Kopf...

Ich meinte TSOP. Z.B. TSOP4438.
http://www.vishay.com/docs/82459/tsop48.pdf

: Bearbeitet durch User
Autor: Gerd E. (robberknight)
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Gerade noch ein wenig bei Vishay gestöbert und was gefunden was passen 
würde:

http://www.vishay.com/docs/82444/vsop584.pdf

Die Dinger haben im Gegensatz zu den anderen keine eigene Photodiode 
eingebaut und sind daher in der Bauform flexibler. Und so ein VSOP58438 
ist auch nur 2x2mm groß und sollte daher auch nicht zu groß bauen. Die 
Modulation der LED auf 36 oder 38 KHz, das Erkennen des Signals vom VSOP 
sowie das Schalten des Ausgangs könnte ein Attiny4 (SOT23-6) machen.

Autor: Gerhard O. (gerhard_)
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Gerd E. schrieb:
> Gerhard O. schrieb:
>> Der Anhang sind die Schaltbilder der Testaufbauten.
>
> brauchst Du bei V3 wirklich die 6-32V am PNP-Out? Oder würden es auch 5V
> tun? Wenn ja, dann könntest Du einen 74LVC2G14 verwenden und Dir damit
> Q2 und Q4 einsparen. Ansonsten nur den Q2.
Nein. Nicht wirklich. Ich wollte nur Industriekompatibel bleiben. Mein 
ursprünglicher Testaufbau lief ja mit 5V. Den 2G14 muß ich mir erst 
ansehen. Bezüglich der Ausgangswahl bestückt man einfach nur den 
gewünschten Ausgang.
>
> Mich würde eine Variante mit modulierter LED reizen die dennoch kompakt
> gebaut ist. Auf dem Markt für IR-Fernbedienungsempfänger gibt es doch
> einige ICs die die Empfängerdiode + Demodulationsschaltung in einem
> Bauteil integriert haben. Die allseits bekannten TSICs sind allerdings
> doch recht groß für diese Applikation. Kennt da jemand vielleicht
> kleinere?

Deinen Vorschlag für ein IR-Fernbedienungsempfängermodul finde ich gut. 
Das 32khz Sendesignal ist ja leicht herstellbar. Ein 32khz Hc14 
Kipposzillator im SOT-23 Gehäuse könnte die Sache vieleicht machen. Auch 
ein Mikrocontroller im SOT-23 Gehäuse könnte sich dafür missbrauchen 
lassen. Kleine Frequenzabweichungen vom Sollwert dürften bestimmt. 
tolerierbar sein. Die IR-Module sind ja sehr leicht zu kriegen. Ich 
arbeitete vor vielen Jahr schon damit und sollte noch einige auf Lager 
haben. Müsste mal nachsehen ob ich sie noch finden kann:-)

Mir lieg es Anfangs nur daran das Prinzip praktisch nachvollziehen. 
Optisch gesehen gibt es keine Probleme. Das Prisma ist ja leicht 
herstellbar. Die Reflexion ist ja nahezu 100%. Das Empfangsverhältmis 
ist wie schon gesagt besser als 15:1.

Mfg,
Gerhard

Autor: Gerhard O. (gerhard_)
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Gerd E. schrieb:
> Mike A. schrieb:
>> Gerd E. schrieb:
>>> Die allseits bekannten TSICs
>>
>> ???
>> http://playground.arduino.cc/Code/Tsic ?
>
> Sorry, falsche Schublade im Kopf...
>
> Ich meinte TSOP. Z.B. TSOP4438.
> http://www.vishay.com/docs/82459/tsop48.pdf

Danke für Eure Vorschläge. Das obige IR-Modul wäre eigentlich klein 
genug.

Ich habe prinzipiell vor zwei verschiedene Sensoren zu bauen. Einen in 
Knopfform für Bodenmontage und einen stabförmigen für den Obereinbau. 
Der stabförmige soll mittels einer GP16 Kabeleinführung in der Höhe 
definiert einstellbar sein.


Gruß,
Gerhard

Autor: Gerd E. (robberknight)
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Gerhard O. schrieb:
> Das 32khz Sendesignal ist ja leicht herstellbar. Ein 32khz Hc14
> Kipposzillator im SOT-23 Gehäuse könnte die Sache vieleicht machen. Auch
> ein Mikrocontroller im SOT-23 Gehäuse könnte sich dafür missbrauchen
> lassen.

Wenn ich es richtig im Kopf habe, darfst Du nicht einfach kontinuierlich 
ein 38kHz (oder was auch immer) Signal senden, sondern musst da einen 
Code draufmodulieren damit der Empfänger nicht abschaltet. Daher wohl 
besser ein kleiner µC.

> Optisch gesehen gibt es keine Probleme. Das Prisma ist ja leicht
> herstellbar. Die Reflexion ist ja nahezu 100%. Das Empfangsverhältmis
> ist wie schon gesagt besser als 15:1.

Die Idee wäre halt die Tageslichtempfindlichkeit noch weiter zu 
reduzieren. Wenn ich so nen Teil bräuchte, dann für die Regenwassertonne 
- und die steht in der prallen Sonne...

Autor: Gerhard O. (gerhard_)
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Gerd E. schrieb:
> Gerhard O. schrieb:
>> Das 32khz Sendesignal ist ja leicht herstellbar. Ein 32khz Hc14
>> Kipposzillator im SOT-23 Gehäuse könnte die Sache vieleicht machen. Auch
>> ein Mikrocontroller im SOT-23 Gehäuse könnte sich dafür missbrauchen
>> lassen.
>
> Wenn ich es richtig im Kopf habe, darfst Du nicht einfach kontinuierlich
> ein 38kHz (oder was auch immer) Signal senden, sondern musst da einen
> Code draufmodulieren damit der Empfänger nicht abschaltet. Daher wohl
> besser ein kleiner µC.
>
Beim Lesen des Datenblattes ist mir das auch bewußt geworden. Wie Du 
schon sagtest, ein uC macht das mit Leichtigkeit. Ich nehme an, ein 
interner Bit-Slicer in ihrer Schaltung braucht die langsame Modulation 
um den DC-Wert für die Daten Extrahierung zu mitteln.

>> Optisch gesehen gibt es keine Probleme. Das Prisma ist ja leicht
>> herstellbar. Die Reflexion ist ja nahezu 100%. Das Empfangsverhältmis
>> ist wie schon gesagt besser als 15:1.
>
> Die Idee wäre halt die Tageslichtempfindlichkeit noch weiter zu
> reduzieren. Wenn ich so nen Teil bräuchte, dann für die Regenwassertonne
> - und die steht in der prallen Sonne...
Ja. Das hat was für sich... Aber wenn die Sonne nur schräg von oben 
reinscheint sollte das ausser Direkteinstrahlung doch nicht zu viel 
ausmachen.

Da habe ich ja was angefangen...

: Bearbeitet durch User
Autor: Gerd E. (robberknight)
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Gerhard O. schrieb:
>> Die Idee wäre halt die Tageslichtempfindlichkeit noch weiter zu
>> reduzieren. Wenn ich so nen Teil bräuchte, dann für die Regenwassertonne
>> - und die steht in der prallen Sonne...
> Ja. Das hat was für sich... Aber wenn die Sonne nur schräg von oben
> reinscheint sollte das ausser Direkteinstrahlung doch nicht zu viel
> ausmachen.

Ich habs noch nicht ausprobiert. Ich weiß nur aus Erfahrung, daß 
direktes Sonnenlicht jegliche Skala für Innenräume bei weitem sprengt 
und nicht zu unterschätzen ist. Das Auge schließt die Pupille und misst 
auch noch logarithmisch - da bekommt man das gar nicht so mit.

Autor: Gerhard O. (gerhard_)
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Gerd E. schrieb:
> Gerhard O. schrieb:
>>> Die Idee wäre halt die Tageslichtempfindlichkeit noch weiter zu
>>> reduzieren. Wenn ich so nen Teil bräuchte, dann für die Regenwassertonne
>>> - und die steht in der prallen Sonne...
>> Ja. Das hat was für sich... Aber wenn die Sonne nur schräg von oben
>> reinscheint sollte das ausser Direkteinstrahlung doch nicht zu viel
>> ausmachen.
>
> Ich habs noch nicht ausprobiert. Ich weiß nur aus Erfahrung, daß
> direktes Sonnenlicht jegliche Skala für Innenräume bei weitem sprengt
> und nicht zu unterschätzen ist. Das Auge schließt die Pupille und misst
> auch noch logarithmisch - da bekommt man das gar nicht so mit.
Sicher. Man muß halt erst Erfahrungen sammeln. Ich habe den Eindruck 
dass Du Schon solche Sensoren gebaut hast.

Sonneneinstrahlung ist für meine Anwendung kein Problem weil der 
Behälter nicht direkter starker Beleuchtung ausgesetzt ist.

Trotzdem möchte ich mit den IR-Modulen einige Versuche anstellen. Wie 
gesagt, muß ich mir erst welche bestellen oder die schon vorhandenen 
wieder finden. Irgendwie find ich diese Methode einfach eleganter weil 
die Wirkungen der Raumbeleuchtung weitmöglichst abgeschwächt werden. Ich 
nehme an wenn die PIN-Diode im Sättigungsbereich durch starke 
Beleuchtung kommt, dann ist auch damit die Herrlichkeit zu Ende.

Die Bauformen sind leider für die schlanke Stabkonstruktion weniger 
geeignet. Auch ist der weite Einstrahlungswinkelbereich von +/-75 Grad 
zu groß. Für die Knopfversion sind allerdings die Gehäuseversionen 
günstiger.

: Bearbeitet durch User
Autor: Christian M. (Gast)
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Ja ja, das leidige Thema Füllstandssensor. Ist ein Kapitel für sich.

Diese optische Variante sieht vielversprechend aus, danke für die Infos. 
Ich fürchte aber, das selbst das bei mir nicht lange funktioniert. Alles 
im Wasser wird langsam von einer schwarzen, hartnäckigen Schicht 
überzogen.

Meine momentane Lösung, Schwimmerschalter, 6 Stück, neigen nach 2 Jahren 
Betrieb dazu, sich nicht mehr zu bewegen. Vorallem der Unterste, der am 
meisten unter Wasser ist, und die Pumpe vor Trockenlauf schützen soll.

Ich fürchte, auch optische Sensoren würden hier mit der Zeit 
"erblinden", oder regelmässig putzen.

Meine erste Lösung war kapazitiv, mit 2 isolierten Stäben als 
Kondensator eines Oszillators. Resultat: Hochgenaue Erfassung aber eine 
unsägliche Drift, nicht zu gebrauchen.

Eine andere, noch nicht getestete Variante wäre der leicht erwärmte 
Halbleiter, der sich unter Wasser abkühlt. Scheint mir sehr resistent zu 
sein, da auch keine bewegliche Teile, schmutzunempfindlich und gürnstig 
herzustellen.

Gruss Chregu

Autor: Gerd E. (robberknight)
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Gerhard O. schrieb:
> Die Bauformen sind leider für die schlanke Stabkonstruktion weniger
> geeignet. Auch ist der weite Einstrahlungswinkelbereich von +/-75 Grad
> zu groß.

Das meinte ich ja oben schon. Daher würde ich den oben von mir genannten 
VSOP58438 nehmen und den z.B. mit einer SFH229FA kombinieren. Das ist 
eine Fotodiode in klassischer 3mm-LED-Bauform mit 17° Einfallwinklel. 
Der VSOP58438 ist im 2x2mm-QFN. Das sollte also eigentlich gut in ein 
dünnes Rohr passen.

Christian Müller schrieb:
> Meine erste Lösung war kapazitiv, mit 2 isolierten Stäben als
> Kondensator eines Oszillators.

Rein interessehalber: was hast du da für Stäbe verwendet und wie hast Du 
sie isoliert?

> Resultat: Hochgenaue Erfassung aber eine
> unsägliche Drift, nicht zu gebrauchen.

die schwarze Dreckschicht wird sich auch auf den kapazitativen Sensor 
auswirken.

Es blieben noch Ultraschallsensoren.

Autor: Christian M. (Gast)
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Gerd E. schrieb:

> Christian Müller schrieb:
>> Meine erste Lösung war kapazitiv, mit 2 isolierten Stäben als
>> Kondensator eines Oszillators.
>
> Rein interessehalber: was hast du da für Stäbe verwendet und wie hast Du
> sie isoliert?

Ich glaube das waren fertige 4mm2 TT-Drähte, isoliert. Umgebogen und 
wieder nach oben geführt bis zum Wasser raus. Siehe Bild. Die Schaltung 
war wie im Bild, aber ein PIC.

>> Resultat: Hochgenaue Erfassung aber eine
>> unsägliche Drift, nicht zu gebrauchen.
>
> die schwarze Dreckschicht wird sich auch auf den kapazitativen Sensor
> auswirken.
>
> Es blieben noch Ultraschallsensoren.

Davon habe ich auch mal ein paar geordert, aber noch nicht ausprobiert.

Vergessen: Allererster Versuch waren simple Litzen, über Vorwiderstand 
ins Wasser und auf eine Darlington-Stufe. Die Enden sind innert 
kürzester Zeit buchstäblich abgefault.

Gruss Chregu

Autor: sdgh (Gast)
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hat schon mal jemand einen differenzdrucksensor ausprobiert?

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Christian Müller schrieb:
> Ja ja, das leidige Thema Füllstandssensor. Ist ein Kapitel für
> sich.
>
> Diese optische Variante sieht vielversprechend aus, danke für die Infos.
> Ich fürchte aber, das selbst das bei mir nicht lange funktioniert. Alles
> im Wasser wird langsam von einer schwarzen, hartnäckigen Schicht
> überzogen.
>
> Meine momentane Lösung, Schwimmerschalter, 6 Stück, neigen nach 2 Jahren
> Betrieb dazu, sich nicht mehr zu bewegen. Vorallem der Unterste, der am
> meisten unter Wasser ist, und die Pumpe vor Trockenlauf schützen soll.
>
> Ich fürchte, auch optische Sensoren würden hier mit der Zeit
> "erblinden", oder regelmässig putzen.
>
> Meine erste Lösung war kapazitiv, mit 2 isolierten Stäben als
> Kondensator eines Oszillators. Resultat: Hochgenaue Erfassung aber eine
> unsägliche Drift, nicht zu gebrauchen.
>
> Eine andere, noch nicht getestete Variante wäre der leicht erwärmte
> Halbleiter, der sich unter Wasser abkühlt. Scheint mir sehr resistent zu
> sein, da auch keine bewegliche Teile, schmutzunempfindlich und gürnstig
> herzustellen.
>


Versuch es mal mit Druckluft.  Der Aufbau läuft seit jahrzehnten in der 
Abwasserhebetechnik: Aquariumluftpumpe  fördert durch einen Schlauch 
Luft ins (Schmutzwasser)-Becken.  Eien einfache mechanische 
Druckmessdose (T-Schlauchstück dicht an der Aquariumpumpe) überwacht den 
Druck.


Das System ist recht schmutzunempfindlich da selbstreinigend.

Lediglich die simple Pumpe fällt alle 5...8 Jahre aus und muß ersetzt 
werden. Da das Teil ausserhalb des Beckens steht, ist das kein großer 
Akt.

Autor: Gerhard O. (gerhard_)
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Gerd E. schrieb:
> Gerhard O. schrieb:
>> Die Bauformen sind leider für die schlanke Stabkonstruktion weniger
>> geeignet. Auch ist der weite Einstrahlungswinkelbereich von +/-75 Grad
>> zu groß.
>
> Das meinte ich ja oben schon. Daher würde ich den oben von mir genannten
> VSOP58438 nehmen und den z.B. mit einer SFH229FA kombinieren. Das ist
> eine Fotodiode in klassischer 3mm-LED-Bauform mit 17° Einfallwinklel.
> Der VSOP58438 ist im 2x2mm-QFN. Das sollte also eigentlich gut in ein
> dünnes Rohr passen.

Das ist auf alle Fälle besser. Was mir allerdings an den IR-Empfängern 
prinzipiell Sorgen macht ist die hohe Empfindlichkeit bzw Reichweite. 
Die sollen ja bis zu 35-40m funktionieren. Die Sensor Anwendung hingegen 
hat eine sehr kurze Entfernung. Da sollte der IR-Emitter mit sehr 
geringer Leistung arbeiten um den RX trotz AGC nicht zu übersteuern. 
Hier müsste man auf alle Fälle Versuche anstellen.

Verschmutzung ist bei meiner Anwendung kein Problem weil bei mir nur 
sehr reines Kondenswasser anfällt. Bakterielles Wachstum sollte keine 
Problem sein weil es nie lange steht.

Für Regenfässer im Freien würde ich diesen Sensor auch nicht nehmen 
wollen. Die Fässer werden mit der Zeit doch sehr dreckig. Wir waschen 
unsere jeden Herbst. Für solche Messungen bevorzuge ich die 
hydrostatische Methode bzw. Einperlung. Ich habe bei mir im Keller für 
die Sumppumpe eine solche Anlage schon fast 20 Jahre im Betrieb. Bis 
jetzt hat es noch keine Ausfälle gegeben. Eine Aquarium-pumpe macht das 
zuverlässig. Die Maximalhöhe ist ja auch nur 50cm und da ist überhaupt 
keine Elektronik vorhanden. Die Anzeige ist über ein über eine langen 
Schlauch ein direkt kalibriertes Manometer in inches/H2O.

Ich baute mir um 2005 herum einen kapazitiven Sensor auf Basis des SPI 
QT300 (Quantum Research/Atmel) (den es leider nicht mehr gibt) und einen 
AVR MC. Der Sensor ist koaxial ausgeführt (Außenleiter ist rostfreier 
316 Stahl, 20mm DM. und ein 3mm Teflon umschlungenen Innenleiter). Im 
Wasser kann ich auf mm genau messen. (Ich habe damals ein paar Bilder 
und Hinweise ins Forum Kunstwerke Thread gestellt). Damals wollte ich 
das Gerät im Keller für die Sumppumpe verwenden, war mir aber dann zu 
schade um nie mehr gesehen zu werden;-). Der AVR war als Datenlogger 
programmiert um aufzuzeichnen wie oft und wie viel Wasser abgepumpt 
hätte werden sollen. Technisch gesehen war es ein Erfolg. Inwieweit 
Verschmutzung das Messergebnis beeinflussen würde kann ich nicht 
beurteilen. Ich testete es ein paar Monate im Keller und hatte keine 
Probleme. Danach wusch ich die Sensor Koaxialleitung einfach mit 
Leitungswasser. Teflon ist in der Hinsicht ziemlich gut.  Allerdings ist 
das Wasser im Sump nicht dreckig und Bakterienwachstum scheint kein 
(wirkliches) Problem zu sein. Man riecht zumindest überhaupt nichts. Zum 
QT300 glaube ich, dass Analog Devices gleichwertige Sensor ICs als 
Ersatz für ähnliche Anwendungen herstellt. Weiß nur nicht die 
Bezeichnung.

mfg,
Gerhard

Autor: Walter (Gast)
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Christian Müller schrieb:
> Vergessen: Allererster Versuch waren simple Litzen, über Vorwiderstand
> ins Wasser und auf eine Darlington-Stufe. Die Enden sind innert
> kürzester Zeit buchstäblich abgefault.

das Prinzip geht gut, wenn man Edelstahl nimmt und nicht dauerhaft 
misst,
ich messe Regenwasser mit V2A und jede Sekunde für ein paar usec, geht 
seit 4 Jahren gut

Autor: Schreiber (Gast)
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Andrew Taylor schrieb:
> Lediglich die simple Pumpe fällt alle 5...8 Jahre aus und muß ersetzt
> werden. Da das Teil ausserhalb des Beckens steht, ist das kein großer
> Akt.

Wenn man diese Ausfälle vermeiden will, kann man auch ein Tankradar 
verwenden. Schmutzunempfindlich und millionenfach industrieerprobt.

Allerdings ist nicht nur die Zuverlässigkeit sondern auch der Preis 
industrieüblich...

Autor: Gerd E. (robberknight)
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Gerhard O. schrieb:
> Das ist auf alle Fälle besser. Was mir allerdings an den IR-Empfängern
> prinzipiell Sorgen macht ist die hohe Empfindlichkeit bzw Reichweite.
> Die sollen ja bis zu 35-40m funktionieren. Die Sensor Anwendung hingegen
> hat eine sehr kurze Entfernung. Da sollte der IR-Emitter mit sehr
> geringer Leistung arbeiten um den RX trotz AGC nicht zu übersteuern.
> Hier müsste man auf alle Fälle Versuche anstellen.

Ja, das müsste man ausprobieren. Da hab ich auch noch keine Erfahrung 
mit. Evtl. muss man den Strom, mit dem man die IR-LED ansteuert, 
verändern und den nötigen Strom ab dem man den Code empfangen kann als 
Messwert verwenden.

> Ich baute mir um 2005 herum einen kapazitiven Sensor auf Basis des SPI
> QT300 (Quantum Research/Atmel) (den es leider nicht mehr gibt) und einen
> AVR MC. Der Sensor ist koaxial ausgeführt (Außenleiter ist rostfreier
> 316 Stahl, 20mm DM. und ein 3mm Teflon umschlungenen Innenleiter). Im
> Wasser kann ich auf mm genau messen. (Ich habe damals ein paar Bilder
> und Hinweise ins Forum Kunstwerke Thread gestellt).

Falls jemand diesen Post sucht:
Beitrag "Re: Zeigt her Eure Kunstwerke !"

> Technisch gesehen war es ein Erfolg. Inwieweit
> Verschmutzung das Messergebnis beeinflussen würde kann ich nicht
> beurteilen. Ich testete es ein paar Monate im Keller und hatte keine
> Probleme.

Das klingt ja schon mal ziemlich vielversprechend. Oben wurde ja von 
Drift bei kapazitativen Lösungen gesprochen. Ich könnte mir vorstellen 
daß das auch deutlich vom Aufbau des Sensorelements abhängt.

Warum hast Du diese Koax-Lösung, bei der das Wasser in das Sensorelement 
reinläuft, gewählt und nicht 2 Leiter in PTFE-Schläuchen in definiertem 
Abstand nebeneinandergeklebt? Ich könnte mir vorstellen daß letztere 
Lösung leichter zu reinigen ist.

Autor: Gerhard O. (gerhard_)
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Gerd E. schrieb:
> Warum hast Du diese Koax-Lösung, bei der das Wasser in das Sensorelement
> reinläuft, gewählt und nicht 2 Leiter in PTFE-Schläuchen in definiertem
> Abstand nebeneinandergeklebt? Ich könnte mir vorstellen daß letztere
> Lösung leichter zu reinigen ist.

Nur ganz kurz weil wegen Arbeit:

Hauptsächlich aus mechanischen Gründen und dass der ganze Sensor eine 
komplette Einheit bildet. Die koaxiale Bauform hat auch den Vorteil dass 
die Umgebung nicht das Messergebnis beeinflussen kann. Obwohl in meinem 
Fall nicht wichtig, ergibt sich wegen der kleinen Löcher auch ein 
Tiefpassfiltereffekt so dass eventuell schwappendes Wasser sich nicht so 
schnell auf den Pegel im Rohr auswirken kann. Ich weiß, es ist 
Overkill...

Seitdem habe ich einen zweiten größeren Sensor ähnlicher Art mit einem 
zusätzlichem einfachen Grenzwertmelder (Konduktiv) entwickelt um 
unabhängig vom MC Alarm schlagen zu können.

Zum Reinigen lasse ich nur Wasser von oben durch die Entlüftungslöcher 
laufen. Teflon nimmt ja nicht leicht Schmutz an.

Hier noch eine alter Link zum QT300:
http://media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/Quantum...

: Bearbeitet durch User
Autor: Marc Hammermann (marelab)
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Hallo,
erstmal Danke Gerhard und die anderen, für meine Aquarium Osmose Anlage 
war ich noch auf der Suche nach einem nicht mechanischen DIY Sensoren. 
Durch das lesen Deines und der Beiträge von einigen anderen und ein paar 
Recherchen habe ich mich dann mal dran gemacht auch einen IR Sensor zu 
basteln. Im Gegensatz zu der Ursprungs Version nutze ich eine ATTINY45 
und generiere ein mit 36KHz moduliertes IR Signal. Dann missbrauche ich 
einen IR Empfänger und da im speziellen die AGC Stufe. Die  AGC Stufe im 
IR Empfänger braucht länger um einzupegln wenn das Trägersignal schwach 
ist. Diesen Umstand + dem optischen Brechen an Grenzflächen nutze ich um 
die Zeiten der AGC Stufe im IR Empfänger mit dem ATTINY zu messen. Die 
Schaltung ist vollkommen unempfindlich gegen Tageslich, oder Störung 
durch Energiesparlampen durch die IR Modulation. Aus Dental Gussmasse 
habe ich mir dann Sensor Formen gebaut um mit Epoxy Harz dann die 
Schaltung komplett vergießen zu können. Wenn man das mit einem 6 poligen 
Kabel macht kann man sogar noch den ATTINY umprogrammieren oder sich mit 
dem Scope die Signale ansehen. Allerdings hat man ca. 0,5 Sec. 
Schaltverzögerung bei dieser Methode. Hab das ganze mal unter meiner:
 https://www.marelab.org/index.php/aquarium-techink...
Seite genau Beschrieben, vorallem welche Materialien ich für die Form 
und das Gießen nutze. Schaltplan und Source Code etc. liegen auf GitHub 
unter:
 https://github.com/marelab/OsmoIRSensor bereit. Vielleicht kann jemand 
es ja noch gebrauchen der noch andere Anwendungen im Kopf hat.

Gruß & Danke
Marc

Autor: Physiker (Gast)
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Gerhard O. schrieb:
> Das Messprinzip beruht sich auf die Tatsache dass sich der Brechungsindex
> eines Prismas beim Eintauchen in eine Flüssigkeit drastisch reduziert ...

Bei dieser Aussage krümmen sich einem als Physiker sämtliche Zehennägel. 
Den Brechungsindex des Prismas interessiert es überhaupt nicht, ob und 
worein das Prisma eintaucht. Der Brechungsindex ist eine 
Materialkonstante, die allenfalls von ein paar Umweltparametern (bspw. 
Temperatur) abhängt.

https://de.wikipedia.org/wiki/Brechungsindex

Autor: Stefan --- (xin)
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Vollintegrierte FB-Empfänger wird man, aufgrund Ihrer meist voll 
aufgedrehten AGC und damit einhergehenden Empfindlichkeit optisch nicht 
ausreichend vom Sender trennen können.
Der Fototransistor ist schon prima, da er einfach auszuwerten, preiswert 
und leicht beschaffbar ist. Ein Problem ist dabei allerdings, dass er 
bei starkem sonnenlicht ggf. in die Sättigung geht, wenn man die 
Verstärkung zu hoch wählt. In Bezug auf das Umgebungslicht wäre es am 
einfachsten, man wertet das Signal vom Fototransistor mit einem ADC aus 
und schaltet den Sender vom gleichen Controller aus ein und aus - dann 
brachte man auch nicht zu modulieren, bzw. zu demodulieren.
Messung Umgebund ohne eigenes Licht (A), dann Messung Umgebung mit 
zusätzlichem eigenen Licht (B). Nutzwert = B-A. Das macht man 2-3 mal in 
Folge, um auszuschließen, dass man gerade die 50Hz einer Lampe erwicht 
hat und sollte so eigentlich recht störfest sein.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Stefan . schrieb:
> Vollintegrierte FB-Empfänger wird man, aufgrund Ihrer meist voll
> aufgedrehten AGC und damit einhergehenden Empfindlichkeit optisch nicht
> ausreichend vom Sender trennen können.

Nicht ohne Grund gibt es die vollintegrierten TSOP-Empfänger auch ohne 
AGC, bspw. den TSOP4038

Autor: Stefan --- (xin)
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Trotzdem bleibt die hohe Empfindlichkeit Durch die geringe Distanz 
zwischen Sender und Empfänger ist das einerseits ein technischer 
Overkill, andererseits besteht doch auch überhaupt keine Notwendigkeit, 
hier etwas anderes and einen Phototransistor zu nehmen ...  Ggf. noch 
eine Photodiode, die mit ihrer Linearität der Auswertung durch einen µC 
entgegenkommen würde.

Autor: Blechkuchen (Gast)
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> Der Einfluss von Umgebungslicht oder Tageslicht lässt sich komplett
> beseitigen/unterdrücken wenn man

Eine RF-Schaltung packt man selbstverständlich in ein Blechgehäuse zur 
Abschirmung.

Warum hier mehr als nur die konische Spitze aus Lichtdurchlässigem 
Material gemacht ist... einfach Facepalm

Muss es denn auch unbedingt ein rotationssymmetrisches Teil sein?
Ich arbeite auch gerne an der Drehbank, aber würde eine abgeschnittene 
90 Grad Ecke einer Platte nicht einfacher zu fertigen sein?
(zumindest f.ein Prototyp, natürlich ist das Rohrgehäuse dann doch 
einfacher und dann ist man ohnehin am drehen... :-)

Autor: Gerhard O. (gerhard_)
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Physiker schrieb:
> Gerhard O. schrieb:
>> Das Messprinzip beruht sich auf die Tatsache dass sich der Brechungsindex
>> eines Prismas beim Eintauchen in eine Flüssigkeit drastisch reduziert ...
>
> Bei dieser Aussage krümmen sich einem als Physiker sämtliche Zehennägel.
> Den Brechungsindex des Prismas interessiert es überhaupt nicht, ob und
> worein das Prisma eintaucht. Der Brechungsindex ist eine
> Materialkonstante, die allenfalls von ein paar Umweltparametern (bspw.
> Temperatur) abhängt.
>
> https://de.wikipedia.org/wiki/Brechungsindex

Bei mir jetzt auch;-) Da habe ich mich, sagen wir mal gelinde, etwas 
schlampig ausgedrückt. Jedenfalls, danke für das Meckern!

Gruß,
Gerhard

Autor: Gerhard O. (gerhard_)
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Marc H. schrieb:
> Hallo,
> erstmal Danke Gerhard und die anderen, für meine Aquarium Osmose Anlage
> war ich noch auf der Suche nach einem nicht mechanischen DIY Sensoren.
> Durch das lesen Deines und der Beiträge...


Hallo Marc,

Habe zufällig Deinen Beitrag gesehen. Bin beeindruckt von Deiner Arbeit. 
Deinen Projektbericht auf Deiner Webseite finde ich sehr interessant. 
Die Gußmethode für so ein Projekt finde ich auch recht ideal. Bis jetzt 
habe ich allerdings selber noch keine Erfahrung damit. Ich hatte immer 
wegen Luftblasenbildung große Bedenken. Vielleicht läßt sich das mit 
einer Vakuumpumpe vermeiden.

Übrigens, Deine Schaltbilder PDF lassen soch auf einem iPad nicht öffnen 
und verursachen aus irgendeinen Grund einen "Loading Error".

Gruß,
Gerhard

Autor: Gerhard O. (gerhard_)
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Blechkuchen schrieb:
> Muss es denn auch unbedingt ein rotationssymmetrisches Teil sein?
> Ich arbeite auch gerne an der Drehbank...

Die Chinesen verkaufen einen viereckig, prismatischen Sensor dieser Art. 
Ich finde nur, ein gedrehter läßt sich leichter daheim herstellen.

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