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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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 im Beitrag #7525218:
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.
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
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.
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.
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)
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.
