Abhängigkeit von Reflexion und Abstand an einer optischen Messeinrichtung?

[wilhelml]

Na klar kommt Licht aus allen Richtungen. Und Du willst doch nur bestimmtes Licht auswerten, aus einer bestimmten Richtung und mit ein paar verschiedenen Wellenlaengen. Deshalb braucht man einerseits Optik zum Sammeln und andererseits wieder was zur spektralen Zerlegung.
Na klar verlierst Du Licht im Spektrometer ,das willst Du ja auch, Du willst alles uninteresssante Licht ausblenden. Das hast du mehr oder meist weniger erfolgerich mit deiner LED Beleuchtung probiert , Dummerweise ist die Sonne halt sehr viel staerker als Deine LED. Die Aktive Methode wird deshalb nur nachts gut funktionieren. Mit der Passiven Methode bist Du halt tags gut unterwegs, wo Die Superlampe SONNE beleuchtet und das voellig umsonst!
Das Spektrometer bringt dir nur noch das interessante Licht zu deinem Detektor! Du musst es natuerlich vorher dem Spektrometer gescheit praesentieren. Und dazu gibt es Optik. Und da sollte man von den Sternenguckern abgucken wenn man Angst hat nicht genuegend Licht zu bekommen. Einerseits kann man die Messzeit laenger machen oder man vergroessert die Flaeche, durch die man das Licht einsammelt. Beim Operngucker oder Fotoapparat sind das ueblicherweise mickerige Linsen.Mickerig weil grosse Linsen teuer (und schwer) sind. Also haben sich die Sterntraeumer schon frueh von der Linse verabschieded und sind auf Spiegel umgestiegen.Die sind vergleichsweise billig. Ein Rasierspiegel kostet ein paar Euro eine entsprechende Linse ein paar Tausend Euro.Und fuer Deine Zwecke taugt zum Beispiel auch eine Spiegelfolie, die man durch etwas Vakuum zu einem fokussierenden Spiegel machen kann. Da haste schnell fuer zweihundert Euro eine Linse mit einem Meter Durchmesser gebaut.Aber sowas braucht es ja nicht, der Rasier- oder Kosmetikspiegel reichen bestimmt. Nu musste mit Linsen das Licht nur noch in einen duennen parallelen Strahl bringen, der dann ins Spektrometer gelenkt wird. Der Detektor kann dann halt alles Moegliche sein . Hauptsache man hat fuer die entsprechenden Spektralbereiche gute Empfindlichkeit. Eventuell noch mit mehreren Detektoren.
Sorry, dass ich hier laenglich solche Schulbuchweisheiten absondere, aber der Versuch ,eine reine solidstate elektronikerloesung zu finden, scheint ja bislang nicht so besonders erfolgreich gewesen zu sein.
Deshalb mein Vorschlag fuer einen klassischen Ansatz, den man, wenn er dann funktioniert schrittweise wieder in Deine urspruengliche Richtung bewegen kann. Mein Eindruck war, das bislang zu wenig an die Optik gedacht wurde.
Viel Glueck und Spass.
wilhelm

[wkrug]

Mein Eindruck war, das bislang zu wenig an die Optik gedacht wurde.

Damit liegst Du schon völlig richtig. Ich komm halt aus der Elektronikecke und kann mit Optik eher weniger anfangen.
Mein Gedankengang ist, das mir das diffuse Licht einer Reflexion eine Aufteilung in einzelne Lichtbänder unmöglich macht, weil sich durch die unterschiedlichen Einfallswinkel die Bänder ja überlappen, oder lieg ich da falsch?
Du meinst also ich soll einen Sammelspiegel nehmen und in seinem Brennpunkt eine Schlitzmaske setzen.
Nach dieser Schlitzmaske kommt dann ein Prisma, das mir das Spektrum aufteilt.
An einer geeigneten Stelle ( Spektralbänder ) sollen dann die Lichtdetektoren ( Photodioden ) eingebaut werden, die dann die entsprechende Helligkeit auswerten.
Praktisch hab ich mit solchen Anordnungen überhaupt keine Erfahrung.
Kommt da genug Licht durch um es mit Photodioden auszuwerten ?
Ein 15 bis 20cm Spiegel ist in meinem Meßkopf schon unterzubringen. Sehr viel größer wird das dann aber nicht mehr gehen.
Die Länge der Anordnung dürfte such nach der Brennweite des Spiegels richten.

Die Beschreibungen für Spektroskope, die ich bisher gefunden hab, gingen immer von "aktiven" Lichtquellen aus.

[wilhelml]

HAllo und sorry.
Habe vom Spektrometer bauen auch keine Ahnung. Wollte nur mal dazu anregen, darueber nachzudenken, wie man, bevor es elektrisch wird, den "Stoerabstand" verbessern kann.
Die Sonne liefert Dir ziemlich viel Energie frei Haus. Die korrekte Menge kann ich Dir auch nicht liefern, aber bevor die Filter-und Abschwaechungseffekte losgehen sind es etwa 1350 Watt pro Quadratmeter.

Davon schaetz ich mal , bleiben etwa pro nm Lichtbandbreite dann ein Watt.
Deine LED Quelle laesst Du vermutlich mit einem Watt scheinen. Aber mit einem viele nm breiten Spektrum, das vermutlich auch nicht optimal mit dem "Chlorophyll ?" Spektrum zusammenpasst.Nehm ich mal an, die entsprechende Chorophylllinie ist 20 nm breit, dann musst Du noch lange Jahre warten bis Du mit einer LED soviel Helligkeit erzeugen kannst.Oder du Muesstest Deine LED ordentlich fokussieren aber da Du mit 30 Grad Oeffnungswinkel abstrahlst wird die Leistungsbilanz immer mieser.
nur mal so angedacht!

Im Brennponkt einen Schloetz anzubringen halte ich fuer nutzlos. Denn im Brennpunkt fallen ja alle Strahlen zusammen, klar kann man kollimieren mit Schlitzen, aber mit der Methode schmeisst man doch das meiste Licht weg. wir wollen doch moeglichtst viel haben also ich wuerd das licht mit dem spiegel sammeln, mit nem kleinen spiegel aus dem Einfallsbereich herauslenken, dann parallelmachen und Richtungprisma senden. vor dem prisma mit ner linse auf den detektor fokussieren. Dann das Prisma vor den detektor stellen und dann den detektor auf einer Kreisbahn fahren lassen. Wie man das dann genau gestaltet muss man halt lernen oder mit den regeln der optik durchspielen. Ich denke, das Ganze wird dann ein Spiel Aufloesung gegen Helligkeit sein. da aber die Absorption vermutlich eine dicke Linie ist kommt man wohl mit einfachen Mitteln ans Ziel.

viel spass
wilhelm

[wkrug]

Soweit ich das aber verstanden hab, ist dieser Schlitz ein muß.
Die Breite des Schlitzes bestimmt wieviel Licht durgelassen wird, auf Kosten der Auflösung.
Ich hab auch ein wenig nachgelesen und bin zur Meinung gelangt, das ein Beugungsgitter für IR Strahlung die bessre Variante ist, weil hier Prismen zu gering auflösen.
Mechanische Teile möchte ich soweit als möglich vermeiden, es gibt aber auch sehr schöne Photodioden Arrays ( Liniensensoren ) zu bezahlbaren Preisen.
Da sind dann 128, 256 oder gar 512 Fotoempfindliche Elemente in einer Reihe angeordnet.

Noch ne "blöde" Frage. Wie macht man Lichtstrahlen parallel? Ich kenn jetzt Polarisationsfilter, die die Ausrichtung der Lichtwellen vereinheitlichen?

[wilhelml]

paradings:

irgendwo in der optik kreuzen sich die lichtstrahlen oft . im fokuspunkt. nehm ich nun eine linse dahinter und positionier sie so, dass die linse im abstand ihre brennweite zum Fokuspunkt steht, dann kommt aus der linse das licht parallel. kuerzer gesagt fokuspunkt und brennpunkt muessen zusammenfallen. irgendwie die umkehrung des problems der glasscheibe auf dem heuhaufen.

[wkrug]

...linse das licht parallel

Nun ist mir klar was Du meinst. Das probier ich einfach mal aus. Ein paar Linsen hab ich zu Hause noch rumliegen.

[wkrug]

OK, ich hab mal den Empfänger neu designed.
Er soll das Rechteck modulierte Signal mit einer Frequenz von 2kHz empfangen und gleichrichten.
Das Tageslicht - Umgebungshelligkeit - soll dabei weitgehend ausgeblendet werden.
Am Ausgang nach dem Filter und Gleichrichter sitzt ein A/D Wandler, der die Pegel des 2kHz Signals in für den Controller auswertbare Werte umrechnet.
Guckt doch bitte mal drüber, ob das so passt, oder ob da noch grobe Fehler drin sind.
Könnte man die Empfindlichkeit für die 2KHz Komponente noch weiter erhöhen?

[wkrug]

Ich hab den Ansatz mit eigenenen Lichtquellen zu arbeiten vorerst mal verworfen.
Im Prinzip hat es funktioniert, allerdings hatte man bei voller Sonneneinstrahlung keine Chance.
Die jetzige Idee ist mit 2 fertigen Spektrum Sensoren zu arbeiten.
Einer oben, der das Sonnenlicht aufnimmt.
Einer unten für die Reflexion - Dann werden beide Sensoren miteinander verrechnet - So mal die Theorie.

Zur Zeit sind leider keine ATXMEGA Controller aufzutreiben, darum ruht das Ganze jetzt noch ein wenig.