Abhängigkeit von Reflexion und Abstand an einer optischen Messeinrichtung?

[wkrug]

Für eine größere Toleranz beim Abstand sind insgesamt große Abstände von Vorteil

Im Prinzip stimmt das und kommt auch mit meinen Messungen hin.
Allerdings wird das Teil nicht unter Laborbedingungen zum Einsatz kommen, sondern im Ausseneinsatz.
Und da ist ein grosser Abstand wegen des herrschenden Fremdlichtes problematisch.
Da wäre ein geringerer Abstand besser.
Irgendwo werd ich da einen Kompromiss finden müssen.
Den Abgleich der Helligkeit hab ich mit einstellbaren Stromquellen für die verschiedenfarbigen LED's realisiert.
Da die ja auch nicht alle gleich effizient sind.

EDIT!
Ich hab gerade mal einen Testlauf in der Dämmerung gemacht.
Die Werte scheinen mir plausibel zu sein.
Anscheinend ist es also so, das das Umgebungslicht der größere Störfaktor bei diesem Versuch ist.
Ich werd mal gucken, ob ich ein Infrarotfilter für die Wellenlängen um 700nm finde um das dem Sensor vorzuschalten.
Dadurch sollte sich der Tageslichteinfluss reduzieren lassen.
Die 585nm Wellenlänge wäre ohnehin nur für eine Vegetationsdichtebestimmung gewesen - Da werd ich dann darauf verzichten müssen.
Die Werte unten sind die Messwerte der Dämmerungsmessung - Wen es interessiert.
Von Links nach Rechts:
Ohne Beleuchtung, Messwert mit 585nm LED, Messwert mit 670nm LED, Messwert mit 700nm LED, Messwert mit 740nm LED, Messwert mit 780nm LED, Berechneter REIP Wert, Bodendeckungsgrad, CRC Prüfsumme.

Header    Ohne    585nm    670nm    700nm    740nm    780nm    REIP    Deckung    Checksumme
@    8    28    19    25    57    71    250    31    77
@    7    28    19    26    56    71    253    31    79
@    7    28    20    25    56    71    264    31    74
@    8    28    20    24    57    71    260    31    7F
@    8    28    19    25    57    71    250    31    77
@    7    28    19    25    57    71    250    31    78
@    7    28    19    25    57    70    243    31    7B
@    8    28    19    24    58    70    241    31    78
@    8    28    19    24    57    70    248    31    7E
@    8    28    18    25    56    70    245    32    71
@    7    29    18    24    56    69    243    32    70
@    8    29    18    23    57    68    235    32    79
@    8    29    18    23    56    68    242    32    78
@    8    29    17    24    55    68    238    32    7E
@    8    29    18    23    55    68    250    32    78
@    9    29    18    23    55    68    250    32    79
@    8    30    18    23    55    69    256    32    77
@    8    30    17    24    55    69    245    32    7D
@    8    30    17    24    56    69    237    32    7B
@    8    30    18    23    57    69    241    32    73
@    9    30    17    24    56    70    243    32    71
@    9    30    17    24    55    71    258    32    79
@    9    29    17    25    55    70    246    32    7E
@    9    29    18    24    56    69    243    32    7E
@    9    29    18    24    56    69    243    32    7E
@    8    29    18    24    56    68    237    32    7D
@    9    29    17    24    56    66    218    32    70
@    8    29    18    23    56    65    224    32    75
@    8    29    17    24    55    64    212    32    7A
@    8    29    17    24    54    63    213    32    7D
@    8    29    18    23    55    62    212    32    74
@    8    29    17    24    55    62    200    32    7F
@    8    30    17    23    56    63    206    32    74
@    8    29    17    24    55    64    212    32    7A
@    8    28    17    25    54    64    213    32    7A
@    9    28    16    26    53    65    214    32    78
@    9    28    16    26    54    65    207    32    7D
@    10    28    16    26    54    66    214    32    44
@    10    28    17    25    55    67    226    32    47
@    10    27    17    26    56    68    220    32    41
@    10    27    16    27    55    69    221    32    42
@    10    27    17    26    56    68    220    32    41
@    10    27    16    27    55    68    214    32    45
@    10    28    15    27    55    68    207    32    4B
@    9    29    15    27    55    68    207    32    72
@    9    29    16    26    56    67    206    32    7D
@    9    29    17    26    55    68    227    32    73
@    9    29    17    26    55    68    227    32    73
@    9    29    17    26    56    68    220    32    77
@    9    30    17    25    56    68    225    32    79
@    8    30    18    25    57    68    225    32    76
@    8    30    18    25    57    70    237    32    7C
@    8    29    19    25    58    70    236    32    7B
@    8    29    20    24    59    70    240    31    73
@    9    29    20    23    60    70    237    31    7F
@    9    29    20    24    59    72    251    31    70
@    9    28    20    24    59    73    257    31    76
@    8    28    20    25    59    73    252    31    73
@    8    28    20    25    58    73    260    31    73
@    8    28    19    26    58    73    250    31    79
@    9    28    19    26    57    74    264    31    77
@    8    28    19    27    57    74    260    31    73
@    8    29    19    26    57    74    264    32    74
@    8    29    19    26    56    73    266    32    70
@    8    29    19    27    55    73    271    32    74
@    8    29    19    26    57    72    251    32    74
@    8    30    19    25    58    72    248    32    78
@    9    30    19    24    59    72    245    32    74
@    9    30    19    25    58    72    248    32    79
@    9    30    20    24    58    72    258    32    73
@    9    30    20    23    59    71    250    32    7E
@    10    30    20    22    59    70    248    32    4F
@    10    29    20    23    59    70    244    31    49
@    10    29    20    24    60    71    238    31    4E
@    10    29    20    23    61    72    242    31    46
@    10    29    19    24    60    73    244    32    4E
@    10    29    18    25    60    72    228    32    45
@    10    29    17    26    58    72    231    32    4A
@    10    29    17    25    58    72    236    32    4E
@    10    28    17    25    58    72    236    32    4F
@    9    28    17    25    58    72    236    32    77
@    8    28    17    25    58    72    236    32    76
@    7    29    17    24    58    72    241    32    79
@    6    29    17    23    59    72    238    32    70

[wkrug]

Ich hab mir Heute rotes Plexiglas besorgt, damit konnte ich die Tageslichtempfindlichkeit reduzieren.
Ich bin aber noch nicht ganz zufrieden damit.
Ich werd mal einen anderen Licht Frequenz Wandler versuchen.
Mein Versuchsobjekt wäre jetzt der TCS 3200 von TAOS - Vom großen C...
Ich möchte da vorerst nur mal das rote Sensorarray verwenden und gucken ob ich da bessere Ergebnisse krieg.
Der Infrarotfilter passt bei diesem Baustein für meine Anwendung schon ziemlich gut.
Ne Optik werd ich aber auch da brauchen ( Rohr oder Linse ).
Ich versprech mir da schon deshalb bessere Ergebnisse, weil die Anordnung aus einem Array und nicht einer einzelnen Fotodiode besteht.
Mal gucken, was die Praxis da spricht.

[wkrug]

Ich hab nun den TCS 3200 verwendet. Duch ein Rohr, das den Sensor und die Optik vor seitlicher Lichteinstrahlung schützt, wurde auch die Abstandsemfpindlichkeit zur Reflexionsfläche geringer.
Der Sensor funktioniert nun schon bei Dämmerlicht.
Bei voller Sonneneinstrahlung sind die Werte der Frequenzerhöhung ( Helligkeit der einzelnen LED's ) zu gering um sie vernünftig auswerten zu können.
Laut meinen Schätzungen müssten 5W LED's mit 20% Wirkungsgrad ausreichen um sicher auswertbare Ergebnisse auch bei vollem Tageslicht zu kriegen.
Leider kann ich solche LED's nicht mit den benötigten Wellenlängen ( 670, 700, 740 und 780nm ) finden.
Was ich gefunden habe sind 1W Emitter die immerhin 5mal mehr Infrarotlicht abgeben, als jene, die ich bis jetzt verwende.
Diese LED's werden, wie auch der Lichtsensor, eine Fokussier Optik erhalten.
Wenn ich neue Ergebnisse habe, werde ich berichten.

[Besserwessi]

So viel Licht sollte nicht nötig sein. Man kann durch Modulation das Licht der LEDs recht gut vom Hintergrundlicht (Sonne) trennen. Allerdings sind dafür die Sensoren mit Frequenzausgang nicht so gut geeignet, weil man da keine Verstärkung hat, die nur auf den modulierten Teil wirkt. Wenn man sich etwas anstrengt kann man aber auch sehr kleine Frequenzänderungen auch direkt messen. In der Sonne wäre ein Schirm gegen die direkte Sonneneinstrahlung schon sinnvoll. Ein Filter bringt dagegen eher wenig, denn auch das Licht der Sonne hat die meiste Intensität im Roten bzw, nahen IR Bereich. Das ist nur durch die Empfindlichkeit des Auges, dass wir Grün bzw. Gelb als besonders stark empfinden.

Ein Schutz vor einer seitlichen Leichteinstrahlung sollte selbstverständlich sein. Auch um eine Linse oder ähnliche Optik kommt man kaum herum, damit man bei größerem Abstand wirklich nur das Licht aus dem beleuchteten Teil sieht. Beim Focussieren muss man schon etwas aufpassen, denn es kommt auf den Überlapp aus dem Empfindlichen Bereich und dem ausgeleuchteten Teil an - einen der beiden wird man vermutlich deutlich größer als den anderen Wählen müssen, denn mit variablem Abstand verschieben sich die Bereiche gegeneinander.

[wkrug]

So viel Licht sollte nicht nötig sein...

Im Prinzip hast Du recht, allerdings soll die Auswertung bei einem fahrenden Fahrzeug stattfinden.
Also ist die Reflexion nicht immer zu 100% gleich.
Darum wäre es besser wenn die LED's mehr Licht machen würden.
Ich hab deshalb in die Software schon eine Auswertung reingebastelt, der die letzten 10 Werte mittelt
Die Optik des Empfängers hat bereits einen kleineren Öffnungswinkel als die der Sendedioden.

Eventuell montiere ich die Sendedioden etwas schräg zur Empfängerachse hin, damit der Lichtkegel im Zentrum der Empfängerdiode zu liegen kommt.

Beim Tageslicht hast Du im Prinzip auch recht, allerdings schneide ich durch ein rotes Filter alle nicht roten Lichtanteile ab, was in der Summe zu einer Verringerung der empfangenen Lichtintensität führen müsste - Oder liege ich da falsch?

Der TCS 3200 miss nun ohne Filter ohne Beleuchtung, mit 595nm Beleuchtung ( Amber ) und 670nm ( Dunkelrot ).
Mit Rotfilter werden dann noch mal die Wellenlängen 670, 700, 740 und 780 gemessen.
Meine leistungsstärkeren LED's hab ich noch nicht gekriegt, mit den "schwachen" funktionierts aber im Prinzip.

[Besserwessi]

Ein bisschen bringt der rote Filter schon, aber halt nicht viel. Vom Sonnenlicht würde ich mal schätzen dass etwa 75% über 600 nm liegen. Ich weiss nicht, ob es sich für den relativ kleine Effekt lohnt so einen Filter zu nehmen, denn man verliert auch etwas vom gewünschten Licht.

Für 780 nm gäbe es als Lichtquellen noch Laserdioden (die Wellenlänge für normale CD Laufwerke liegt bei etwa 780 nm - 785 nm).
Mehr Intensität für die LEDs hilft natürlich, und so lange es erschwinglich ist, spricht auch nicht viel dagegen. Bei den schwachen Wellenlängen (vor allem wohl 595 nm) kann man ggf. auch 2 oder 3 LEDs nehmen. Wenn einfach nur das Signal zu schwach ist, hilft ggf. auch eine größere Linse um mehr Licht auf den Sensor zu bekommen - der Hintergrund wird aber natürlich damit auch mehr.

[Bernina]

Das mit der unterschiedlichen abstandsabhängigkeit von verschiedenen Farbbereichen kenne ich. Es liegt hauptsächlich an den Linsen im System. Bei reiner Freistrahloptik dürfte der Effekt deutlich geringer sein. Wenn Interferenzfilter im System sind (bei einigen Farbfiltern und Antireflektionsschichten üblich), dann gibt es einen weiteren Effekt, da die Filterwirkung nur bei senkrechter Einstrahlung richtig ist (Lamdaviertelschichten).