¿Qué sensor(es) para detectar espejos empañados (congelados)?

Estoy tratando de construir un dispositivo (alimentado por energía solar) que calienta un poco un espejo hasta que todo el vapor/niebla que había en él desaparezca. En invierno, el agua se congela. Esto es para eliminar cualquier agua que obstruya la vista.

Hasta ahora, he atado algunos cables delgados al espejo y cuando paso algo de corriente a través de ellos, se calientan y después de un tiempo el espejo está limpio. Esta es básicamente la misma forma en que funcionan las cosas en un automóvil.

Ahora, dado que la calefacción consume mucha energía preciosa, y dado que me gustaría ejecutar esto principalmente con energía solar, mi plan es ejecutar esto solo si realmente hay algo.

Cuando hay suficiente humedad, puedo usar mal los cables calefactores para medir la resistencia, pero esto no funcionará tan bien cuando las cosas estén congeladas o cuando el espejo ya esté parcialmente seco.

Estaba pensando en alguna detección capacitiva, pero no estoy seguro de si funcionará, especialmente cuando las cosas están congeladas.

Esto se ejecutará en función de algún microcontrolador, por lo que los datos de calibración no serán un problema.

¿Cuál es una buena manera de detectar de manera confiable la "obstrucción visual a base de agua" en un espejo?

Nota: El espejo en cuestión está en un área afuera donde hay muy poco espacio para conducir (para que pueda ver a la vuelta de la esquina), por lo que tengo muy poco espacio frente a él (de lo contrario, lo golpearía con el auto). Así que no se quieren cosas que se vean en el espejo desde un metro de distancia.

Para los más visuales, es similar a uno de estos:

ingrese la descripción de la imagen aquí

La energía solar térmica puede ser lo suficientemente buena: ¿puede agregar un absorbente negro orientado a la energía solar conectado térmicamente a la parte posterior del espejo? O incluso un panel fotovoltaico conectado a una resistencia en la parte posterior del espejo cerca del botón con una capa de aislamiento térmico sobre él para garantizar que el calor se mueva hacia el espejo para escapar.
@RussellMcMahon: Ya se está descongelando bastante bien cuando está a la luz del sol. Necesito quitarme las cosas por la mañana, cuando después de una noche fría el espejo está todo empañado y ya no puedo usarlo para mirar a la vuelta de la esquina.
¿Estás seguro de que necesitas energía solar para esto? ¿No hay ningún edificio cerca que tenga conexión a la red?
@IlmariKaronen: Sí, estoy seguro de que necesito energía solar. Está pegado a una pared, y la única red eléctrica a la que tendría acceso está al otro lado del camino.
Hmm... ¿puedes pasar un cable por encima o por debajo del camino? ¿O a través/alrededor de la pared? Presumiblemente, quienquiera que sea el propietario de la pared no se opone categóricamente a la existencia del espejo, o de los componentes electrónicos aleatorios que se le atribuyen, por lo que también podrían aceptar dejarte usar unos pocos dólares de su electricidad (y dejarte pasar un cable a través de él). su pared, si es necesario). Incluso si necesita perforar un agujero en la pared y obtener permiso para ello, esa podría ser la solución más barata y fácil, en comparación con un panel solar y un elegante detector de hielo/niebla.
@IlmariKaronen: El muro es mío. Detrás del muro hay un sendero, algunos estacionamientos y algunas vías de tren. El camino está asfaltado en su mayor parte. Probablemente podría enrutar algunos cables alrededor de la propiedad, pero dado que no es nada de alta prioridad, también prefiero una forma más divertida. Y oye, si resulta ser un producto barato fácilmente instalable, ¡por supuesto que me haré rico!
¿Tu sistema solar está conectado a algo más? ¿Tiene almacenamiento? porque si la respuesta a cualquiera de ellas es "no", entonces no está "desperdiciando" energía apagando el sistema.
@Sam: Por supuesto, está cargando las baterías cuando la calefacción está apagada; de lo contrario, la idea de "cosechar en el día, usar en la mañana" no funcionaría en absoluto.
Pondría una fuente de luz en un lado del marco del espejo, muy enfocada y golpeando el espejo en un ángulo oblicuo. Foto sensor en el otro lado para detectarlo. Cualquier niebla/hielo en el espejo difundirá el haz. (De hecho, puede configurar su sensor para detectar la fuente de luz difusa frente a la enfocada).

Respuestas (5)

En realidad, podría lograr esto de manera bastante simple con una configuración de sensor de reflectancia. Esencialmente es una luz y un fotodiodo que detecta la luz reflejada. Este tipo de solución de detección se utiliza en muchos robots seguidores de línea.

En su aplicación, a medida que se acumula nieve o hielo helado en la ventana o superficie transparente, más bloqueo de luz habrá. Entonces, si coloca una luz detrás del vidrio, la enciende y luego mide la cantidad de luz bloqueada o reflejada, podrá saber cuánta nieve hay allí. Tendrá que hacer algunos retoques para obtener la configuración deseada sobre cuándo encenderlo, pero esta es una buena solución si desea mantenerlo fuera del exterior.

Creo que esto podría funcionar con niebla, aunque no puedo decirlo con certeza en este momento.

Sparkfun tiene dos soluciones, una con salida analógica y otra con salida digital por un precio relativamente económico y ambas se pueden usar con algo tan simple como un Arduino.

Editar: (Nueva información agregada a la pregunta) Dado que está buscando una solución en sus espejos laterales y no en su parabrisas, podría considerar colocar una solución similar utilizada para detectar lluvia en el espejo. Básicamente serían un par de cables, trazas para ser exactos, que inicialmente no están conectados, aunque cuando el agua se congela en la superficie, los cables estarían conectados ya que conducen la electricidad. Detectarlo sería esencialmente sondear los cables, configurar uno como salida y el otro como entrada y alternar la salida para ver qué obtienes en la entrada.

Hay algunos videos en youtube que explican cómo colocar circuitos en una superficie como el vidrio, aunque no estoy seguro de cómo funcionaría para una superficie de espejo. Si decide seguir este camino, primero pruébelo en un espejo de maquillaje chatarra o algo así.

Para tener una idea de cómo funciona esta solución, mira esto

Muy bien, dependiendo de dónde OP quiera colocar el dispositivo (no se indicó específicamente), los sensores deberán calentarse a temperaturas de funcionamiento adecuadas en caso de que la temperatura ambiente caiga por debajo de
Desafortunadamente, esto no funcionaría bien para mí. Dado que es un espejo y no solo un vidrio donde puedo poner cosas delante y detrás, también necesitaría colocar el sensor y la luz bastante lejos para capturar un área más grande. No tengo mucho espacio allí (agregaré eso a la pregunta) y un palo que hace que parezca una antena parabólica no funcionará bien.
@tomnexus Parece que pensamos igual, solo estaba mirando eso
Con respecto a su adición: el espejo no está instalado en un automóvil, está afuera, para que la gente pueda mirar "a la vuelta de la esquina". También tenga en cuenta que, como se indicó en la pregunta, ya he considerado (re/mal) usar los cables calefactores, pero las resistencias cuando las cosas están congeladas son realmente altas, y cuando el agua se evapora parcialmente cerca de los cables calefactores, todavía hay franjas de agua que una mejor solución debería detectar.
Oh, una de esas cosas bulbosas, eso haría que la actualización fuera más difícil entonces. (Por cierto, en el futuro, debe indicar de inmediato cuál es su aplicación cuando solicite una solución para que la pregunta no se confunda). Honestamente, no tengo ideas, esa es una aplicación en la que nunca había pensado realmente, siempre han estado libres de hielo y claras cuando las veo.
@funkyguy Borré mis otros comentarios, lo siento. OP: coloque un sensor de empañamiento separado al lado del espejo, con la misma orientación, también debería empañarse. Una pequeña pieza de vidrio con los LED y los sensores, o capacitiva si lo desea. Si está empañado a las 5 a. m., encienda los calentadores durante un período de tiempo estándar.
@Funkyguy: Honestamente, no tengo idea de cómo se te ocurrió la primera idea de que se trata del parabrisas o de que un automóvil estuvo involucrado. Probablemente "en invierno el agua se congela" era demasiado implícito y debería haber mencionado que está afuera. Además de las limitaciones de espacio, pero solo me di cuenta de ellas cuando pensé en cómo configurar tu idea. Como lo mencionó ("cosas abultadas"), esto me hace preguntarme si una solución dependería de alguna manera de que sea plana o abultada.

Como otros han respondido a la pregunta formulada, me centraré en el problema real. Tienes un espejo externo "a la vuelta de la esquina". Dijiste que es principalmente un problema por las mañanas, probablemente antes de que la luz del sol pueda ayudar a descongelarlo. Entonces, ¿por qué molestarse con el monitoreo más complejo cuando puede usar una aplicación "basada en las necesidades".

Un reloj de tiempo real y un sensor de temperatura. Es probable que solo necesite el espejo entre las 6 y las 8 a. m. y entre las 5 y las 6 p. m. Usando el rtc como temporizador, haga que el descongelador se encienda en cualquier momento entre esas horas, si el sensor muestra una temperatura bajo cero. Una vez que el espejo y el sensor alcancen la temperatura adecuada, reduzca la corriente del desempañador lo suficiente como para mantener el espejo caliente. Un segundo sensor de temperatura también ayudaría (uno en la cara del espejo, uno lejos del espejo para comparar).

Si le preocupan las horas impares, puede alternar periódicamente el descongelamiento durante todo el día en lugar de simplemente mantenerlo encendido, según la temperatura.

También intente aplicar Rain-X o una solución hidrofóbica similar al espejo . Funciona muy bien para hacer que el espejo del baño no se empañe al tomar una ducha caliente. Probablemente también ayude con la nieve y el hielo, especialmente con el circuito de descongelación.

No soy solo yo, también son otras personas las que necesitan el espejo. Lo más temprano posible a las 4 am, y desde entonces durante todo el día. En los días malos con poca luz solar, el espejo no se puede usar todo el día. Dado que esto debería funcionar con energía solar, tengo que tener mucho cuidado con el consumo de energía. Los días que más necesito descongelar tengo menos energía disponible (mal tiempo+días cortos). Todavía no he hecho ningún cálculo de cuánto necesito, pero sería bueno mantener los paneles solares lo más pequeños posible. También podría recolectar durante todos los días la energía solar para las baterías y usarla por la mañana.
Con respecto a Rain-X: Encontré esto aquí, supongo que no puedo esperar lo suficiente para un buen producto;) dailymail.co.uk/sciencetech/article-2288268/…
@plasma el Rain-X funciona lo suficientemente bien como para reducir la cantidad de trabajo que necesitará su descongelador.

¿Se está empañando realmente el espejo? Si está afuera a la misma temperatura que todo lo demás, entonces la única vez que debería condensarse es cuando hay niebla afuera... es decir, el punto de rocío es más bajo que la temperatura... o dicho de otra manera, la humedad es del 100%. Entonces, tal vez un sensor de humedad exterior resolvería su problema.

Respuesta de edición: (Buen punto en los comentarios de OP)
Tienes razón, aún puedes congelarte por la mañana. (Aunque no estoy seguro de si esto está relacionado con la humedad o no).
Está bien, si no puede usar el espejo para hacer una medición de reflexión, ¿qué tal otro (pequeño) espejo, con fuente de luz y detector? Y supongamos que cuando un espejo está helado, el otro también lo está.

Incluso si ha estado afuera por siempre, el espejo no está necesariamente a temperatura ambiente. La gente de astronomía señalará rápidamente que la óptica que intercambia radiación con el cielo a menudo se empaña incluso cuando su entorno no lo hace. De acuerdo, el espejo del cartel probablemente esté orientado más horizontalmente.
No resolvería el problema porque incluso si este fuera el caso (por cierto, 100% de humedad no es del todo correcto, lo cual puede ver fácilmente aquí cada mañana cuando tiene que quitar el hielo de su automóvil... El punto de rocío es alcanza allí a menudo solo cerca de las superficies (escarcha). Puede que no sea detectable como humedad en el sensor) tan pronto como comienza a brillar, la humedad disminuye, pero el hielo seguirá estando en el espejo durante muchas horas.
@ChrisStratton: Esto puede deberse a que son más fríos que su entorno (debido a la radiación de calor que no se agrega desde otro lugar como durante el día), formando una capa muy delgada de aire frío donde se alcanza el punto de rocío/escarcha. Especialmente en astronomía, el aire en movimiento no es deseable y, a menudo, se toman medidas para evitarlo, por lo que hay poca o ninguna convección, lo que hace que estas capas permanezcan intactas.
@PlasmaHH, buen punto... He editado mi respuesta.

Tal vez podría detectar la escarcha buscando un reflejo (o dispersión) donde no debería haberlo. Me pregunto si podría eliminar el plateado puliéndolo en un área pequeña y usar un sensor reflectante mirando a través del espejo. Si no hay nada allí, la luz desaparece en el éter. Si la superficie está esmerilada, obtendrá un reflejo del grosor del espejo.

Probablemente tendría que modular la luz, filtrar ópticamente y filtrar eléctricamente el resultado demodulado para obtener inmunidad a la luz del día y otros efectos externos.

Esto tendría la ventaja de que el sensor estaría en la parte posterior con el calentador y podría protegerse sin preocuparse por cableado adicional y cosas por el estilo.

Probablemente el filtrado podría hacerse en parte en un microcontrolador. Esta idea es interesante y tengo que mirar si tengo acceso a la parte de atrás para hacer eso. Esto también me hace preguntarme... Hay un rango IR que no está muy presente incluso a la luz del día porque es absorbido por el agua de la atmósfera. Verificaré si es posible construir un sensor basado en eso, eso debería hacerlo más robusto.
Hay sensores ópticos de lluvia disponibles para parabrisas de automóviles, así que sí, el principio puede funcionar.

Solo para confirmar, parece que estamos hablando de este tipo de espejo: http://www.safeoptions.co.uk/safety-mirrors/outdoor-convex-safety-mirrors.html

proyecto interesante Puedo ver dos enfoques básicos que podrían funcionar:

a) Detecte la humedad en la superficie con cables. Has descartado esto en tu publicación original, pero creo que podría funcionar muy bien si el espejo es una superficie de vidrio aislante. Sin embargo, puede tener falsos positivos a menos que esté protegido de la lluvia. También le preocupa la detección parcial y quiere saber si el espejo es 100 % transparente.

b) Intenta realmente determinar si puedes ver en el espejo o no con una técnica óptica. Un espejo transparente dará un reflejo limpio, mientras que un espejo empañado no lo hará. Hablas de no querer mirar desde una distancia de un metro, pero ¿y de 20m? La convexidad (¿tengo razón en que es convexa?) es un problema para las técnicas basadas en láser, y también para las técnicas que involucran luces en un borde y sensores en otro.

Si puede montar algo al otro lado de la carretera mirando desde cierta distancia, entonces podría intentar un sistema de reconocimiento de cámara+imagen: ¿la imagen (invariable) de la carretera+alrededor en el espejo se ve bien? Potencialmente consume bastante energía.

Aparte de eso, volvemos a la navegación a estima basada en la temperatura del espejo. Puede intentar algo del tipo "si el espejo ha estado por debajo de A y aún no ha superado B", donde A = 0C y B = 5C, luego ajústelo para obtener los resultados deseados.

Sí, es un espejo así, simplemente rectangular. Y sí, es ligeramente convexo, probablemente demasiado para tener un trabajo basado en láser. La idea de la cámara es interesante (aunque esto sería más caro de lo que pensé, ya que tendría que agregar dos paneles solares y algo de comunicación inalámbrica. Sin embargo, algo divertido en lo que pensar); no sería mucho más consumo de energía, ya que 1) puede/debe tener su propio panel solar + batería y 2) no es necesario reaccionar en tiempo real, verificar cada pocos minutos está bien. Desafortunadamente, nadie comentó mucho sobre las posibilidades capacitivas todavía.
Si es convexo, simplemente invierte su lógica: en un espejo limpio, el haz de un punto dado se reflejará en otro punto; en un espejo esmerilado, el haz se dispersará y parte de él se detectará en casi cualquier punto arbitrario. Así que coloque el detector de luz en algún lugar donde el espejo limpio no refleje el haz. Cuando se detecta el reflejo del haz, sabes que algo (escarcha) está dispersando tu luz. La modulación del haz es obligatoria porque definitivamente querrá que se mida la cantidad relativa de luz reflejada, y las fuentes de luz ambiental (estáticas) deben tenerse en cuenta.
¿Qué sensor(es) para detectar espejos empañados (congelados)?
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