Определение наличия прозрачной жидкости между оптопарой., Помогите с выбором схемотехники и компонентов. Опции

[shreck]

Задача. Есть пробирка, с двигающейся по ней жидкостью (дизтопливо). В верху пробирки ставится оптопара (светодиод-фотодиод). Требуется определять присутствует ли в данный момент между оптопарой жидкость.

Я так понимаю задача несложная, но опыта в таком деле у меня нет, поэтому и спрашиваю. Пока остановился на таком решении. На светодиод подается синусодида с f~ несколько сотен герц. С фотодиода сигнал усиливается трансимпедансным усилителем с дополнительным подавлением фоновой засветки. После чего сигнал оцифровывается и далее работаем с цифрой.
Вопросы следующие.
1. Какой применить светодиод (видимый или ИК)?
2. Какой выбрать фотодиод (или может применить интегрированный фотодиод-усилитель типа opt101).
3. На каком ОУ остановиться для трансимпедансного усилителя.
Самое главное в компонентах - это доставабельность.
4. Есть ли готовые конструктивные решения, чтобы цеплять оптопару на цилиндрическую пробирку (диаметр варьируется в пределах 5-7 мм)?
5. Нужно ли применять доп. оптику типа линз?

В прищепке трансимпедансный усилитель с подавлением фоновой засветки, который и хочу взять за основу.
Вообщем, посоветуйте куда смотреть и с чего начать.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[domowoj]

А если источник излучения(светодиод или лучше лазер) модулировать меандром,
на приемном конце усилитель переменного фототока, далее "положительную полуволну" на АЦП и измерять
амплитуду импульса.
Даже при 1КГц меандра - у вас на АЦ преобразование 1мсек.

[Rst7]

Задача. Есть пробирка, с двигающейся по ней жидкостью (дизтопливо). В верху пробирки ставится оптопара (светодиод-фотодиод). Требуется определять присутствует ли в данный момент между оптопарой жидкость.

Гляньте вот тут - http://kosmodrom.com.ua/data/lle.php, может так будет проще всего?

[shreck]

Гляньте вот тут - http://kosmodrom.com.ua/data/lle.php, может так будет проще всего?

"При погружении колпака в жидкость..." - погружать никак нельзя.

А если источник излучения(светодиод или лучше лазер) модулировать меандром,
на приемном конце усилитель переменного фототока, далее "положительную полуволну" на АЦП и измерять
амплитуду импульса.
Даже при 1КГц меандра - у вас на АЦ преобразование 1мсек.

Про "усилитель переменного фототока" поподробнее. Чем он будет отличатся от приведенной схемы?

[domowoj]

Усиливать переменку проще, не сказывается на погрешности смещение нуля и
дрейф смещения.
Получается своеобразный модулятор - демодулятор(если поставить еще синхронный детектор).
Опять же меньше влияние фоновой засветки(если она имеется).

Хотя можно и предложенный вами вариант усилителя.

[MaxPIC]

Вопросы следующие.
1. Какой применить светодиод (видимый или ИК)?
2. Какой выбрать фотодиод (или может применить интегрированный фотодиод-усилитель типа opt101).
3. На каком ОУ остановиться для трансимпедансного усилителя.
Самое главное в компонентах - это доставабельность.
4. Есть ли готовые конструктивные решения, чтобы цеплять оптопару на цилиндрическую пробирку (диаметр варьируется в пределах 5-7 мм)?
5. Нужно ли применять доп. оптику типа линз?

Скажу, что знаю:
1. Лучше ИК - эффективность преобразования ток - вых. мощность выше, чувствительность кремниевых ФД для ИК выше, да и есть возможность на приёмном конце поставить оптический фильтр, пропускающий ИК и не пропускающий видимое излучение. Хорошая защита от видимых засветок.
2. Фотодиод - любой, но лучше типа BPW-24R с фокусирующей головкой.
3. Всё зависит от схемотехнического решения.
4. Без понятия.
5. Всё зависит от конструктивного решения и требуемых точностей. Но лучше самому оптику не городить, всё необходимое (фокусирующие линзы) должно быть интегрировано в компоненты (лазер, фотодиод)
А не желаете использовать такой подход:
Лазерный модуль (с оптикой (линзочкой), иначе расходимость будет большая) ИК или красный (дешевле будет) излучает под наклоном и на эффекте отражения излучения от поверхности жидкости определять уровень. Как только уровень изменится - изменится величина отражённого сигнала, что и будет детектироваться. Если подсвечивать со стороны жидкости, то можно и на эффекте полного внутреннего отражения сыграть. Усилитель можно построить по следующей схеме: лазер светит с определённой скважностью, в момент засветки сигнал с фотоприёмника сохраняется на ёмкости 1, в момент, когда лазер не излучает - на ёмкости 2, разность сигналов напряжений между двумя емкостями даст Вам амплитуду сигнала без внешней засветки. С учётом того, что засветка 100 Гц, частоту подачи лазерных импульсов можно выбрать в районе единиц килогерц (4 - 10 кГц), что обеспечит приемлемое ослабление схемотехническим способом внешней засветки. Тоже самое можно сделать и без емкостей с АЦП цифровым способом, главное, чтобы усилитель в насыщение не ушёл при сигнале с засветкой. Для дополнительного ослабления излучения можно применить и оптический фильтр, как указывалось выше. А если вместо фотоприёмника применить фотодиодную линейку и поставить аналоговый мультиплексор для фотоусилителя, то можно и уровень измерять, если нужно, конечно.

[shreck]

Скажу, что знаю:
...

Уже хорошо. Можно оттолкнуться.

А не желаете использовать такой подход:
...

Дело в том, что мне не нужно измерять уровень. Всего лишь наличие/отсутствие.

[MaxPIC]

Дело в том, что мне не нужно измерять уровень. Всего лишь наличие/отсутствие.

Ну так и не ставьте фотодиодную линейку. Нужен один ФД. Вопрос в другом - Вам нужно бороться с фоновыми засветками или устройство находится в закрытом железном ящике? И ещё по поводу пробирки - если она круглая с диаметром 5..7 мм, то она будет для луча работать как линза - проблема с расфокусировкой, тогда почему бы сверху не подсветить поверхность?

[shreck]

Ну так и не ставьте фотодиодную линейку. Нужен один ФД. Вопрос в другом - Вам нужно бороться с фоновыми засветками или устройство находится в закрытом железном ящике? И ещё по поводу пробирки - если она круглая с диаметром 5..7 мм, то она будет для луча работать как линза - проблема с расфокусировкой, тогда почему бы сверху не подсветить поверхность?

Устройство открытое и может подвергаться воздействиям, характерным для помещения лаборатории (например, солнечный свет через окно).
Доступ к пробирке - только с боку. Сверху и снизу стоят другие части устройсва. Кроме того, жидкость (дизтопливо) находится в пробирке при низких температурах (-20...-60 градусов) и ее поверхность может не быть зеркальной.

[MaxPIC]

Устройство открытое и может подвергаться воздействиям, характерным для помещения лаборатории (например, солнечный свет через окно).
Доступ к пробирке - только с боку. Сверху и снизу стоят другие части устройсва. Кроме того, жидкость (дизтопливо) находится в пробирке при низких температурах (-20...-60 градусов) и ее поверхность может не быть зеркальной.

Тогда действительно работать надо на просвет. Но всё равно, электрически скомпенсировать засветку приведённым мною выше способом не так сложно, а от многих проблем это избавит.

[Tanya]

Устройство открытое и может подвергаться воздействиям, характерным для помещения лаборатории (например, солнечный свет через окно).
Доступ к пробирке - только с боку. Сверху и снизу стоят другие части устройсва. Кроме того, жидкость (дизтопливо) находится в пробирке при низких температурах (-20...-60 градусов) и ее поверхность может не быть зеркальной.

При таких условиях на внешних стенках вполне может (и будет) конденсироваться вода, или даже лед образоваться. Может, будет мешать. Можно подумать об емкостном измерении.

[shreck]

При таких условиях на внешних стенках вполне может (и будет) конденсироваться вода, или даже лед образоваться. Может, будет мешать. Можно подумать об емкостном измерении.

Эта так. И как с этим бороться еще придется подумать. А емкостный метод не даст нужную точность.

[Tanya]

Эта так. И как с этим бороться еще придется подумать. А емкостный метод не даст нужную точность.

Даст. Еще как даст. Емкостной мост или от AD измерители-преобразователи. Наклеить фольгу с двух сторон.
А бороться можно только обдувом сухим газом или феном. Дорого(?).
А поплавочек туда нельзя?

[_Pasha]

При таких условиях на внешних стенках вполне может (и будет) конденсироваться вода, или даже лед образоваться. Может, будет мешать. Можно подумать об емкостном измерении.

Борьба с конденсатом такая: мерять емкость между датчиком и землей.


В прошлом году я удивил одного товарисча, продемонстрировал, как емкостный датчик может показывать наличие воды. Есть струя - есть сигнал, нет струи - капли, не контактирующие с заземленными предметами, не вызывают ложных срабатываний.  Смущает, конечно диэл. постоянная бензина и иже с ним ==2. Но подумать о применимости метода можно.

[Евгений Германов...]

При таких условиях на внешних стенках вполне может (и будет) конденсироваться вода, или даже лед образоваться. Может, будет мешать. Можно подумать об емкостном измерении.

Теплоиззоляцию однако надо.А вообще надо пробовать, возможно на конденсат можно не глядеть.Если ёмкостной метод надо подумать о частоте.
Или ВЧ или НЧ.Мне кажется что ёмкостной метод попроще будет и понадежней.

[shreck]

Поговорил с людьми, которые пользуют подобные приборы, на предмет конденсата и инея. Это им (приборам) не мешает - иней не образуется, а конденсат очень незначителен.

В принципе, конструкция-схемотехника-компоненты в голове уже обозначились для макета. Дальнейшие грабли буду выявлять в процессе эксперимента.

[AlexKLm]

Теплоиззоляцию однако надо.А вообще надо пробовать, возможно на конденсат можно не глядеть.Если ёмкостной метод надо подумать о частоте.
Или ВЧ или НЧ.Мне кажется что ёмкостной метод попроще будет и понадежней.

Согласен, ВЧ порядка 10 мгц, противофазные напряжения с генератора
через емкостной мост, с установкой баланса триммером 1..5 пф, -> [услитель] -> детектор -> триггер.

[domowoj]

Согласен, ВЧ порядка 10 мгц, противофазные напряжения с генератора
через емкостной мост, с установкой баланса триммером 1..5 пф, -> [услитель] -> детектор -> триггер.

И получите емкостное рЕлЕ, поднес руку- есть жидкость, убрал руку - нет жидкости.

Топик стартер, вам же нужно определить только наличие жидкости.

[Евгений Германов...]

И получите емкостное рЕлЕ, поднес руку- есть жидкость, убрал руку - нет жидкости.

Вы так всю кондуктометрию к рукам сведёте.
Руки надо контролировать и не позволять им бесконтрольно перемещаться в пространстве

[TheMad]

А я бы по преломлению света сделал...

[Vjacheslav]

Странное направление обсуждения задачи: "все с хвоста".
1. Прежде чем обсуждать способы решения\реализации необходимо снять спектр поглощения Вашей жидкости.
Любой спектрофотометр Вам поможет. Определить полосы поглощения и оптическую плотность в них.
2. Посмотреть есть ли светодиоды спектр излучения которых попадает в полосы поглощения жидкости.
3. А вот теперь можно обсуждать как реализовать измерение наличие\отсутствие жидкости с помощью
оптопары. В качестве оптопары можно взять два одинаковых СВЕТОДИОДА.
Есть подозрение, что дизтопливо\бензин будет иметь заметное поглощение только в ультрафиолете.
P.S. Пример воды и емкостного датчика не очень корректен, поскольку диэлектрическая проницаемость
воды ~ 87, а у бензина существенно меньше (~ 2.5), соответственно, чувствительность будет на 2 порядка меньше!

[Евгений Германов...]

Странное направление обсуждения задачи: "все с хвоста".
1. Прежде чем обсуждать способы решения\реализации необходимо снять спектр поглощения Вашей жидкости.
Любой спектрофотометр Вам поможет. Определить полосы поглощения и оптическую плотность в них.
2. Посмотреть есть ли светодиоды спектр излучения которых попадает в полосы поглощения жидкости.
3. А вот теперь можно обсуждать как реализовать измерение наличие\отсутствие жидкости с помощью
оптопары. В качестве оптопары можно взять два одинаковых СВЕТОДИОДА.
Есть подозрение, что дизтопливо\бензин будет иметь заметное поглощение только в ультрафиолете.
P.S. Пример воды и емкостного датчика не очень корректен, поскольку диэлектрическая проницаемость
воды ~ 87, а у бензина существенно меньше (~ 2.5), соответственно, чувствительность будет на 2 порядка меньше!

Автор жаждет мерять солярку при низких температурах.Те при сверхнизкой текучести(много останется на стенках)Возможно заметного поглащения не будет нигде.спектр лучше не снимать а найти готовый.Явно есть мануал под названием солярка.