Подсчитать число пузырьков воздуха, Требуется помощь в оценочном расчете Опции

[Vishv]

Доброго времени суток уважаемые форумчане!

Столкнулся с задачей из названия темы.

Суть задачи: по вертикальной стеклянной трубке диаметром 10 мм заполненной жидкостью изредка всплывают отдельные пузырьки
воздуха диаметром 0,2-0,5 мм.
Положение пузырьков - любое в поперечном сечении трубки.
Пузырьки всегда всплывают по одиночке.
Вот число этих пузырьков и надо подсчитать, желательно наиболее простым способом.
Пока остановился на следующей схеме:
Сверхярким светодиодом с узкой диаграммой направленности (м.б. и с коллиматором) просвечиваю трубку в горизонтальном
направлении.
Перпендикулярно лучу светодиода просматриваю трубку фотодиодом.
При появлении пузырька в луче светодиода на выходе фотодиода появляется импульс (ну как пылинка в солнечных лучах).
Вроде бы все должно работать (да и глазом эти пузырьки хорошо различаются - попробовал).
Однако при попытке как-то прикинуть схему обработки сигнала фотодиода понял, что окончательно запутался в оптике вообще и
в оптоэлектронике в частности.

Помогите хотя бы оценочно определить уровень сигнала на выходе фотодиода в этой конструкции, при условии, что светодиод имеет эффективность (если я правильно понял термин, ну запутался я в оптических терминах) 250 лм/Вт.

[Егоров]

Тут скорее узкая диаграмма должна быть у приемника, а освещение общим, равномерным.
Что-то смутно помню в астровизирах применяли стеклянную пластинку торцом. Если это будет те же 0.3-0.5мм, то сигнал , возможно, будет различим при ширине 10мм.
И еще... а нельзя ли трубку сузить в месте измерения и стенки сделать плоскими (прямоугольными). Рядовой стеклодув это умеет, только знать где его взять. На любой ВУЗовской кафедре химии раньше был в штате.

[alexunder]

Пока остановился на следующей схеме:
Сверхярким светодиодом с узкой диаграммой направленности (м.б. и с коллиматором) просвечиваю трубку в горизонтальном
направлении.

отличный вариант!

Однако при попытке как-то прикинуть схему обработки сигнала фотодиода понял, что окончательно запутался в оптике вообще и
в оптоэлектронике в частности.

Тут как раз ничего особенного если следовать совету от Егорова. С электроникой просто: обратносмещенный фотодиод (ФД), трансимпедансный преобразователь (U=-I*R, где R-сопротивление ОС ОУ), компаратор. Или же сразу компаратор с токовым входом. Выход компаратора как раз и будет давать Вам бинарное событие (лог "1" = есть пузырь). Дальше МК или что там у Вас планируется.

Помогите хотя бы оценочно определить уровень сигнала на выходе фотодиода в этой конструкции, при условии, что светодиод имеет эффективность (если я правильно понял термин, ну запутался я в оптических терминах) 250 лм/Вт.

чувствительности дешевых кремниевых ФД (выпаяйте из фотоприемника телевизора или DVD-плеера) за глаза хватит при таком светодиоде. Главное - выставить правильно порог срабатывания компаратора, когда свет будет рассеиваться с пузырька и попадать в ФД.

[Xenia]

Да приложить к этой трубке сбоку ... лазерную мышь - и всего делов! Даже электронику не надо городить - сама мышь будет считать пузырьки, как пиксельный сдвиг.

Есть еще и другой вариант, но тоже с мышью. Раньше были старые механические мыши, где шарик по столу катался. Движение того шарика превращалось в импульсы тем, что шарик своими боками крутил стержни, а на тех была надета крыльчатка с прорезями, которая крутилась в U-образной штуковине, с разных сторон которой смотрели на встречу друг на друга светодиод и фотоэлемент. Они-то и считали, сколько прорезей в крыльчатке прокручивается. Так вот надо ту крыльчатку изъять, а вовнутрь U-образной штуковины трубку засунуть, вдоль которой пузырьки всплывают.

P.S. Нашла, как научно называется эта U-образная штуковина - "щелевой оптрон для энкодеров":



Трубка диаметром 10 мм в такой зазор, конечно, не влезет, но возможно бывает такие "щелевые оптроны для энкодеров" и на больший зазор.
Например, у KTIR0511S (Photo-interrupter) зазор 5.4 мм, у KTIR0911S зазор 15 мм. Наверное и 10 мм можно найти, если поискать.

А потом использовать электронику мыши, присоединив вместо родного щелевого оптрона более широкий.