Forum: Digitale Signalverarbeitung / DSP / Machine Learning LED Wellenlänge mit VEML6040 RGBW Sensor bestimmen


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von Felix G. (boowser)


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Hallo zusammen,

ich habe folgendes Problem:
Ich habe eine Pflanzenlampe zur Reparatur und müsste einige LEDs 
tauschen. Bei dem Modell handelt es sich um "SH-APO 8", welches ich 
lediglich bei Aliexpress finde und ist dort auch nicht mehr verfügbar. 
Was es jedoch noch gibt sind die verbauten LED-Cluster, diese haben die 
Bezeichnung "lbzl-zgc-015-3". Auf jedem Cluster sind 15 3W LEDs von 
Epistar verbaut mit verschiedenen Wellenlängen verbaut. Ich habe ein 
solches Cluster bei Aliexpress gefunden, inkl. Bestückungsliste:

5x  660nm  deep red
2x  630nm  red
1x  585nm  yellow
1x  610nm  orange
1x  460nm  royal blue
1x  430nm  deep blue
1x  730nm  IR
1x  410nm  UV
1x  12000K  white
1x  6500K  white

Nun muss ich herausfinden welche LED auf welchem Platz sitzt, wobei ich 
rein optisch gewisse Zweifel habe, dass meine Lampe die gleichen LEDs 
verbaut hat, denn ich konnte bspw. keine zwei weißen LEDs finden und 
auch keine zwei, welche ich als orange/yellow bezeichnen würde.

Nun habe ich mir ein bezahlbares Spektrometer von ELV gekauft, den 
"Color-Spectrum-Analyzer RGBW200" mit "VEML6040 Color Sensor".
Gerät: 
https://de.elv.com/elv-farb-spektrometer-mit-vishay-sensor-rgbw200-komplettbausatz-152503?number=152503
Sensor: https://www.vishay.com/docs/84276/veml6040.pdf

Der Sensor gibt die RGBW Anteile, entweder prozentual, oder in 16Bit 
Counts (0-65535), Kelvin bis 12000 und Lux bis ~16000 lux.
Nun hatte ich im Vorfeld gesehen, dass im Datenblatt des verwendeten 
Sensors die Wellenlänge angegeben ist, bei welchem die Fototransistoren 
ihren Peak haben. Naiv wie ich bin hatte ich also gedacht, ich kann 
anhand der RGB Anteile die Wellenlänge bestimmen. Scheint aber leider 
nicht der Fall zu sein. Diese Erkenntnis scheint nicht neu, leider etwas 
zu spät gemerkt: Beitrag "Spektrometer für den Hobbybereich"

In der Application Note des Sensors 
(https://www.vishay.com/docs/84331/designingveml6040.pdf) habe ich eine 
Berechnung gefunden, wie die RGB-Werte in das CCT-Farbspektrum überführt 
werden können um die Farbtemperatur zu bestimmen, wobei ich an der 
"Correlation coefficients matrix" scheitere, da ich kein Chroma-Meter 
habe um diese zu erstellen. Verwende ich die dort vorgegebene Matrix 
kommen die Ergebnisse nicht wirklich hin.
Und was ich mich inzwischen frage: Hilft mir eine RGB -> xyY 
Konvertierung überhaupt bei meinem Unterfangen? Oder anders gesagt, 
besteht irgendwie die Chance dass ich rechnerisch mit dem VELM6040 die 
Wellenlänge auf +-15nm bestimmen kann?

Alternativ bin ich auch über jede weitere Inspiration dankbar.

Viele Grüße,
Felix

von Theoretiker (Gast)


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Im Labor würde man jetzt mit Lasern einen Interferenzversuch fahren, 
aber das hast du sicher nicht bei dir herum stehen.

Dann bieten sich Filter an, welche schmalbandig beleuchtet werden und 
Antworten über die Durchlassintensität geben.

Als engineering-Lösung bleibt nur, ein Vergleichsmodul zu nutzen, um

a) die defekte LED zu finden
b) durch Ausprobieren herauszufinden, durch welches replacment man am 
Ende dieselbe LUX-Stärke bekommt.

von Hp M. (nachtmix)


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Felix G. schrieb:
> Oder anders gesagt,
> besteht irgendwie die Chance dass ich rechnerisch mit dem VELM6040 die
> Wellenlänge auf +-15nm bestimmen kann?

Nein.
Zumal ja auch mehrere Maxima gleichzeitig vorhanden sein können.
Du brauchst mindestens ein dispersives Element.
Früher hat man dafür Prismen z.B. aus Glas oder Quarz verwendet und die 
Wellenlängen nacheinander gemessen.
Leider ist dabei die Ablenkung der verschiedenen Wellenlängen auf 
komplexe Weise vom Material abhängig.
Deshalb musste man Prismenspektrometer anhand bekannter  Spektrallinien 
von bestimmten Elementen  des Periodensystems, die in heissen Flammen 
oder elektrischen Entladungen zu beobachten sind, kalibrieren.

Heute bietet es sich an mit einem Beugungungsgitter und einer billigen 
WebCam alle sichtbaren Spektrallinien gleichzeitig zu vermessen.
Da bei Verwendung eines Beugungsgitters die Lage der Spektrallinien 
durch einen einfachen geometrischen Zusammenhang gegeben ist, genügt es 
die Abbildungseigenschaften des Aufbaus mit ein paar bekannten Linien zu 
kontrollieren. Den Rest kann man dann leicht berechnen.
https://de.wikipedia.org/wiki/Optisches_Gitter#Gittergleichung
Für den sichtbaren Bereich sind Gitter mit 500 bis 1000 Linien/mm recht 
brauchbar:
https://www.ebay.de/sch/i.html?_from=R40&_nkw=beugungsgitter&_sacat=0&_sop=15

Pferdefuss:
Spektren von  Gittern können mehrdeutig sein. Z.B. kann an der Stelle, 
wo in der 1. Ordnung grünes Licht von 540nm liegt, auch UV-Licht von 
270nm in der 2. Ordnung abgebildet werden.
Prismen haben diese Eigenschaft nicht.
Ob das ein Problem ist oder ein Vorteil, hängt von der Anwendung ab.
Wer sich kein "richtiges" Gitter kaufen kann, kann es auch mit einer 
(gepressten) CDROM in Reflexion versuchen.
Der Abstand der "Spuren" dort beträgt nominell 1,6µm, was etwa 625/mm 
enstpricht. Beugungseffizienz und Genauigkeit sind aber nicht gut.

: Bearbeitet durch User
von Felix G. (boowser)


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Theoretiker schrieb:
> Als engineering-Lösung bleibt nur, ein Vergleichsmodul zu nutzen, um
>
> a) die defekte LED zu finden
> b) durch Ausprobieren herauszufinden, durch welches replacment man am
> Ende dieselbe LUX-Stärke bekommt.

Die Lampe hat 8 Cluster, dadurch habe ich eigentlich zu jeder LED einen 
Vergleich. Die defekten LEDs habe ich bereits ausfindig gemacht, aber da 
die LEDs keine Kennzeichnung besitzen wäre es ein munteres raten welche 
Wellenlänge ich benötige. Und bei ~1,90 pro LED möchte ich jetzt nicht 
auf gut Glück jede Farbe x-fach bestellen. Auch würde ich gerne 
beurteilen, ob die noch leuchtenden LEDs auch annähernd korrekt 
leuchten, oder ob ich die tauschen muss.

Hp M. schrieb:
> Heute bietet es sich an mit einem Beugungungsgitter und einer billigen
> WebCam alle sichtbaren Spektrallinien gleichzeitig zu vermessen.

Ich habe mir jetzt mal ein Beugungsgitter mit 1000 Linien bestellt, dazu 
ein HM1355-USB-Modul mit freiem USB Treiber, in der Hoffnung, dass da 
keine Automatismen wie Rauschunterdrückung oder Helligkeitskorrektur 
integriert sind.

Kamera: https://www.amazon.de/gp/product/B07WWHXVLH

Beugungsgitter: https://www.amazon.de/gp/product/B007G0J1RU

Ich setze mich mit den beiden Sachen mal bei Fusion hin und versuche das 
in ein halbwegs handliches Case zu stecken.
Zum Kalibrieren sollte sich ja eine handelsübliche 
Kompaktleuchtstoffröhre, entsprechend der ungeliebten Energiesparlampen 
eignen, oder?

VG

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