¿Qué tipo de combinación de fotosensor/luz es mejor para detectar una gota de agua que cae?

Inicialmente, probaría un LED de luz visible de ángulo estrecho y un fototransistor, y configuraría el fototransistor en 'línea de visión', tal vez dentro de un tubo para reducir las posibilidades de refracción o reflexión del sensor. Algo barato y simple como el cuerpo de un viejo bolígrafo.

La razón es que el LED de luz visible facilitaría la configuración. Los infrarrojos (IR) pueden ser incómodos porque son invisibles. Si funciona lo suficientemente bien, entonces está bien. Si no, pase a IR. Suponiendo que haga un montaje estable para un LED visible, digamos un orificio de 5 mm, un emisor de infrarrojos debería caber en el mismo lugar.

Es posible que deba solucionar el reflejo de la gota de agua, ya sea por encima o por debajo del punto de activación.

Un fototransistor sería bueno porque el cambio en la salida, con una resistencia en serie, puede ser suficiente para activar directamente un pin digital . El AVR/Arduino ADC es bastante lento, alrededor de 10 ksps, así que trata de evitarlo si quieres una alta precisión.

Un fototransistor normalmente puede responder en menos de 20 µsegundos, por lo que debería ser lo suficientemente rápido si el goteo ha caído solo unos pocos metros. Esto es significativamente más rápido que el AVR/Arduino ADC.

La mayoría de los AVR/Arduino incluyen un comparador, por lo que puede usarse para detectar el cambio de fototransistores y asegurarse de que sea adecuado para detectarlo con un pin digital.

Editar: una de las entradas de los comparadores vendría de la conexión entre el fototransistor y su resistencia, la otra entrada del comparador establece el voltaje de 'disparo'. Eso se puede ajustar usando un potenciómetro como divisor de voltaje, por lo que el umbral podría ajustarse manualmente para obtener un buen resultado.

El parpadeo del emisor es para evitar el ruido ambiental. El sensor se 'detecta' cuando el emisor está encendido y apagado. Sin embargo, esto es más útil cuando se usa el sensor como un dispositivo analógico. Idealmente, el sensor funcionará como un dispositivo digital y, con algo de protección contra la luz, será algo insensible a otras fuentes de luz.

Si la luz visible resulta demasiado ruidosa, utilice un emisor y sensor de infrarrojos, con bloqueo de luz visible.

Las piezas deben costar menos de $ 2, por lo que tener dos intentos no debería ser demasiado costoso.

Este es un espectro de absorción del agua:

Fuente (Kebes en Wikipedia en inglés [ CC BY-SA 3.0 o GFDL ], a través de Wikimedia Commons)

Muestra el coeficiente de absorción.$\mu$para la formula de la intensidad$I=I_0\cdot e^{-\mu\cdot x}$, dónde$x$es el "espesor" de la capa de agua.

Los láseres y LED comunes se encuentran en el rango de longitud de onda de 350nm a 850nm, y de acuerdo con el espectro, 850nm muestra el coeficiente de absorción más alto de alrededor de 10/m. Suponiendo una enorme gota de agua de 1 cm, la fórmula da 0,9, lo que significa que el 90 % de la luz se transmite y solo el 10 % se absorbe. Para

Entonces, para las fuentes de luz comunes, la absorción es demasiado baja.

En su lugar, utilice el reflejo y la desviación de la luz en el agua. @gbulmer ya ha escrito todo lo que quisiera sobre esto, así que me detendré aquí.

Construiría un fotointerruptor basado en un IRLED que apunta a un fotodiodo de silicio a través de un espacio a través del cual caería la gota de agua.

El diodo funcionaría en modo de polarización inversa y el IRLED iluminaría toda la cal de modo que cuando la gota de agua cayera a través del haz, apagaría momentáneamente el incidente IR en el fotodiodo, creando un pulso que podría usarse para iniciar su temporizador.

Usted maneja la luz ambiental mediante el uso de un fotodiodo filtrado por la luz del día y un IRLED con un ancho de haz estrecho y una longitud de onda de salida que coincide con la del fotodiodo. También puede encerrar la cosa en una carcasa (una caja con 2 agujeros para que caiga la gota de agua) diseñada para evitar que la luz extraña llegue al fotodiodo.

No creo que la claridad del agua importe, ya que la geometría de las gotas perturbará la interacción del haz con el fotodiodo, lo que le dará la salida que está buscando.

Visible o IR no hará mucha diferencia, y tienes respuestas que van a la electrónica mejor que yo, pero no te olvides de la óptica .

Esencialmente, todo tiene que alinearse muy bien. Si está utilizando un LED, probablemente querrá tener un pequeño orificio en una lámina delante de él para que la gota cubra el orificio a medida que cae. Un agujero a juego en el receptor no sería mala idea. Un láser no necesitará un agujero de alfiler delante, pero probablemente le resulte más difícil ajustar su circuito de detección; un agujero delante del detector puede ayudar con esto. Para un LED, probablemente desee que todo esté bastante cerca, pero para un láser es una buena idea cierta distancia entre la gota y el detector.

Intentaría usar un láser de unos pocos mm a unos pocos cm de donde cae la gota, y tener un fototransistor unas decenas de cm más allá. Si el láser está descentrado en la gota, aumentará su contraste, al igual que un tubo alrededor del fotodiodo. Es posible que pueda usar un filtro ND frente al diodo, que atenuará la luz ambiental y el láser por igual, pero el láser será mucho más brillante al principio (cuando no hay caída) que su contraste aumentará.

Hice algunas fotografías de gotas hace unos 20 años usando un enfoque diferente: la gota se cargó a alrededor de 2,5 kV usando una fuente de alimentación fotomultiplicadora y se detectó usando el pulso de voltaje que indujo en una bobina justo fuera de la toma. Funcionó a la perfección, lo cual era necesario ya que estaba usando 35 mm, donde los errores son caros.

Hilo antiguo, pero lo encontré hoy. La publicación de Sweber sobre el espectro de luz lo resuelve por mí.

Entonces, para las fuentes de luz comunes, la absorción es demasiado baja. En su lugar, utilice el reflejo y la desviación de la luz en el agua. @gbulmer ya ha escrito todo lo que quisiera sobre esto, así que me detendré aquí.

El fototransitor IR LED/IR no detectará una gota de agua cuando estos dos estén uno frente al otro. PERO colocando estos dos dentro de un tubo, en un ángulo de 45º uno del otro, y funciona al detectar el reflejo de la luz IR en la gota que pasa.

Genio puro...