Освещенность лазера, Сколько люкс? Опции

[kostr89]

Здарвствуйте уважаемые!У меня возник такой вопрос,который я не могу решить самостоятельно!
Есть красный лазер 5мВт с длиной волны 680нм,луч которого проходит сквозь воду и попадает на фотодиод.Данным способом хочу измерять мутность воды.В характеристиках фотодиода написано,что чувствительность 9нА/люкс.Вопрос звучит так:Какую освещенность в люксах будет давать данный лазер на расстоянии 10см,если считать что диаметр луча 3мм?Какой фототок будет давать фотодиод,если не учитывать воду?заранее спасибо!

[Holly]

Здарвствуйте уважаемые!У меня возник такой вопрос,который я не могу решить самостоятельно!
Есть красный лазер 5мВт с длиной волны 680нм,луч которого проходит сквозь воду и попадает на фотодиод.Данным способом хочу измерять мутность воды.В характеристиках фотодиода написано,что чувствительность 9нА/люкс.Вопрос звучит так:Какую освещенность в люксах будет давать данный лазер на расстоянии 10см,если считать что диаметр луча 3мм?Какой фототок будет давать фотодиод,если не учитывать воду?заранее спасибо!

1 люкс создает ту же освещенность, что и 1,464 mW мощности, падающей на 1 квадратный метр. Отсюда, при учете мощности лазера и из Вашей геометрии получается, что освещенность, создаваемая лазерным пучком на площадке диаметром в 3 мм, равна 740 тысячам люксов. Это означает, что фотоприемник (при условии, что его диаметр не меньше 3 мм) при данной освещенности будет выдавать 6,66 мА, если вода абсолютно прозрачна. Конечно, если вода мутная, то уровень сигнала будет ниже ровно на величину коэффициента поглощения ("мутности", в Вашем случае). На длинах в 10 см даже в очень мутной воде коэффициент поглощения не будет превышать 100-1000. Это означает, что даже в худшем случае уровень сигнала будет порядка десятков микроамперов. Измерение таких уровней освещенности не требует никаких ФЭУ, никаких сверчувствительных приемников от Хамамацу, малошумящих усилителей и всего прочего, что Вам тут начали рекомендовать.

[Tanya]

Измерение таких уровней освещенности не требует никаких ФЭУ, никаких сверчувствительных приемников от Хамамацу, малошумящих усилителей и всего прочего, что Вам тут начали рекомендовать.

Вот и расскажите, как можно измерить мутность воды. Не грязи, а чистой воды. По пропусканию. Прибор ведь, наверное, должен показывать качество воды. Питьевой, например. Измерение мутности в реке Хуанхэ малоинтересно.

[Holly]

Вот и расскажите, как можно измерить мутность воды. Не грязи, а чистой воды. По пропусканию. Прибор ведь, наверное, должен показывать качество воды. Питьевой, например. Измерение мутности в реке Хуанхэ малоинтересно.

С удовольствием.
Для задачи измерения малых коэффициентов поглощения надо воспользоваться стандартным дифференциальным подходом, используемым, опять же, в дифференциальных спектрометрах. Для этого надо взять две идентичных стеклянных ячейку, хорошо (стабильно) оптически сопряженных и с лазерочком, и с фотоприемниками. При измерении в одну ячейку заливается вода обмеряемого образца, а в другую - достаточно чистая дистиллированная вода. Обязательна предварительная калибровка с обеими ячейками, заполненными дистиллированной водой.
Как устроен дифференциальный (или двухканальный) спектрометр - можно прочитать в массе литературы, доступной в сети. В заключение можно отметить, что, поскольку автора вопроса интересует лишь одна длина волны, то ему нужен всего лишьдифференциальный фотометр, а не спектрометр, что сильно упрощает задачу. В него можно и модуляцию завести, тогда можно будет измерять очень низкие концентрации загрязнений.

Сообщение отредактировал Holly - Sep 17 2011, 16:32

[Tanya]

С удовольствием.
Для задачи измерения малых коэффициентов поглощения надо воспользоваться стандартным дифференциальным подходом, используемым, опять же, в дифференциальных спектрометрах. Для этого надо взять две идентичных стеклянных ячейку, хорошо (стабильно) оптически сопряженных и с лазерочком, и с фотоприемниками. При измерении в одну ячейку заливается вода обмеряемого образца, а в другую - достаточно чистая дистиллированная вода. Обязательна предварительная калибровка с обеими ячейками, заполненными дистиллированной водой.
Как устроен дифференциальный (или двухканальный) спектрометр - можно прочитать в массе литературы, доступной в сети. В заключение можно отметить, что, поскольку автора вопроса интересует лишь одна длина волны, то ему нужен всего лишьдифференциальный фотометр, а не спектрометр, что сильно упрощает задачу. В него можно и модуляцию завести, тогда можно будет измерять очень низкие концентрации загрязнений.

Ячейки идентичные, все углы, размеры стабильные, поверхности идеально чистые. Исследуемая вода - дистиллированная с исключительно механическими примесями. Без химических. Калибровка не только предварительная, но и последующая. А сколько синхронно вращающихся зеркал? Да еще без вибраций... Старый добрый спектрофотометр... с призмой и /или решеткой... Вот найти такой на свалке и сделать из него переносной прибор. На батарейках точно не получится... Даже призмы и решетки помогут избавиться от люминисценции... Только... знаете, какое минимальное поглощение и с какой точностью можно было измерить даже на каком-нибудь приличном... Perkin-Elmer'е? Видели спектрофотометр видимого диапазона? Там шкала обычно в оптической плотности... До 2-3...

[Holly]

Ячейки идентичные, все углы, размеры стабильные, поверхности идеально чистые. Исследуемая вода - дистиллированная с исключительно механическими примесями. Без химических. Калибровка не только предварительная, но и последующая. А сколько синхронно вращающихся зеркал? Да еще без вибраций... Старый добрый спектрофотометр... с призмой и /или решеткой... Вот найти такой на свалке и сделать из него переносной прибор. На батарейках точно не получится... Даже призмы и решетки помогут избавиться от люминисценции... Только... знаете, какое минимальное поглощение и с какой точностью можно было измерить даже на каком-нибудь приличном... Perkin-Elmer'е? Видели спектрофотометр видимого диапазона? Там шкала обычно в оптической плотности... До 2-3...

не только о видел, но и много лет пользовал.
На то он и двухлучевой способ (дифференциальный), чтобы вытаскивать малые коэффициенты. Ясен пень, что для достижения супер-параметров надо и модуляцию заводить, и оптические фильтры ставить, и с шумами бороться и тд. Но фотометр на одну длину волны сделать на батарейках можно, я абсолютно уверен.

[Tanya]

не только о видел, но и много лет пользовал.
На то он и двухлучевой способ
. Но фотометр на одну длину волны сделать на батарейках можно, я абсолютно уверен.

Если пользовали, то как же Вы предлагаете ТС это сделать в качестве курсового проекта? Чугунную (видела даже бронзовую в старом японском...) станину с вращающимися секторными зеркалами с моторами и черным кюветным отделением для двух кювет в 10 или больше см.... Ладно, забудем про оптический клин.
Получится ли портативный прибор на батарейках? Беретесь сделать? Абсолютно уверенно?
Если работали, то видели шум и дрейф 100% линии? Хотите доли процента поглощения (рассеяния) детектировать? Можно и отрицательное поглощение получить...
А как собираетесь рассеяние от поглощения отделять?

[Holly]

Если пользовали, то как же Вы предлагаете ТС это сделать в качестве курсового проекта? Чугунную (видела даже бронзовую в старом японском...) станину с вращающимися секторными зеркалами с моторами и черным кюветным отделением для двух кювет в 10 или больше см.... Ладно, забудем про оптический клин.
Получится ли портативный прибор на батарейках? Беретесь сделать? Абсолютно уверенно?
Если работали, то видели шум и дрейф 100% линии? Хотите доли процента поглощения (рассеяния) детектировать? Можно и отрицательное поглощение получить...
А как собираетесь рассеяние от поглощения отделять?

1) в качестве курсового проекта я ХОРОШИй фотометр не предлагал делать. Хотя в качестве диплома - вполне адекватно.
2) зачем изобретать велосипеды?
http://www.geotechenv.com/pdf/water_qualit...photometers.pdf
это лишь один пример портативного "водяного" фотометра на батарейках, который имеет не один, а даже несколько лазерочков и определяет не просто коэффициент пропускания, а примеси десятков типов.
Взялся ли бы я сделать такое? Взялся бы руководить таким проектом, да, но самому его делать своими руками - слишком скучно.
3) чтобы рассеяние от поглощения отделять, нужна калибровка с использованием дистиллированной воды высокой степени очистки (очищенной, в том числе от всяких наночастиц), о которой я и упоминал.
Ну, а шумы и дрейфы - это все тот же вопрос о качестве системы и, соответственно, ее стоимости. Больше денег - меньше дрйфы, меньше денег - больше дрейфы....