Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Dichte von Rauch/Staub messen


von Andi (loopy83)


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Hallo zusammen,

ich trübe mit Disko-Rauch Luft ein um ein paar Messungen damit zu 
machen.
Nun möchte ich ungefähr wissen, wie trüb die Luft nun ist bzw. wie dicht 
der Staub/Rauch ist.

Nun könnte ich anfangen mit einer Lichtschranke oder einer LED/PD 
Kombination einen ADC zu bauen und dann alles irgendwie auswerten und 
basteln, aber der Weg bis zu einem funktionierenden System erscheint 
doch sehr weit und lang.

Selbstkalibrierende Geräte von z.B. SICK kommen auf keinen Fall in 
Frage.

Mir reicht eine Genauigkeit von 20% oder sowas, muss also nicht super 
sein.
Irgendwie eine Referenzmessung zu Start ohne Rauch, was dann meinen 0% 
entspricht und dann geht es hoch bis 100%, wo quasi nix mehr zu sehen 
ist.

Gibt es da kleine fertige Module, die man verwenden könnte für eine 
grobe Schätzung?

Da der Rauch ja weiß ist, hatte ich überlegt, ob man nicht auch einfach 
eine schwarze Fläche verwenden könnte, die man dann mit einer RGB Kamera 
abfilmt. Schwarz wären dann 0% Rauch und weiß wären dann 100% rauch... 
da würde es dann eine Webcam tun? Ergibt das Sinn?

Vielen Dank!

von Udo S. (urschmitt)


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Andreas B. schrieb:
> Gibt es da kleine fertige Module, die man verwenden könnte für eine
> grobe Schätzung?

Machs wie herkömmliche Rauchmelder.
Streulicht messen.
Mit Fotodiode und Transimpedanzverstärker bekommt man eine hinreichend 
genaue lineare Abbildung von Streulicht zu Ausgangsspannung.

von Harald K. (kirnbichler)


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Andreas B. schrieb:
> Da der Rauch ja weiß ist, hatte ich überlegt, ob man nicht auch einfach
> eine schwarze Fläche verwenden könnte, die man dann mit einer RGB Kamera
> abfilmt. Schwarz wären dann 0% Rauch und weiß wären dann 100% rauch...

Funktioniert nur, wenn die Beleuchtung konstant ist und die verwendete 
Kamera keinerlei eigene Belichtungssteuerung vornimmt, sondern auch mit 
konstanter Belichtung arbeitet.

Die Photodiode ist hier sicher die bessere Lösung.

von Rainer W. (rawi)


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Andreas B. schrieb:
> Ergibt das Sinn?

Für eine quantitative Messung macht eher eine kleine modulierte 
Laserdiode, bevorzugt mit Referenzdetektor und eine Photodiode mit 
selektiven Verstärker Sinn.

: Bearbeitet durch User
von Hp M. (nachtmix)


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Andreas B. schrieb:
> Disko-Rauch

Ist kein Rauch, sondern ein Nebel.

Andreas B. schrieb:
> ob man nicht auch einfach
> eine schwarze Fläche verwenden könnte, die man dann mit einer RGB Kamera
> abfilmt.

Das wäre eine Streulicht Messung. Die ist sehr stark Wellenlängen 
abhängig, bzw. wird stark von der Größe der Partikel beeinflusst.
Ist dein Rauch bzw. Nebel denn farbig?

Was willst du denn wirklich messen bzw. wissen?

von Stephan S. (uxdx)


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Andreas B. schrieb:
> Gibt es da kleine fertige Module, die man verwenden könnte für eine
> grobe Schätzung?

https://de.aliexpress.com/item/1005005970932495.html

von Wolfgang S. (wolfgang_s278)


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Es gibt viele Apps zur Messung von Lichtstärken.
Also dann ohne Dunst als Referenz und mit Dunst messen.

von Michael B. (laberkopp)


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Andreas B. schrieb:
> Gibt es da kleine fertige Module,

Luxmeter und definierte Lichtquelle ?

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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(1) 
https://de.elv.com/airthings-luftguetemonitor-view-plus-co2-radon-pm25-vocs-252383
(2) 
https://de.elv.com/technoline-luftguete-monitor-wl1035-co2-tvoc-feinstaub-temperatur-luftfeuchte-ampel-anzeigen-252747
(3)https://de.elv.com/tragbarer-luftqualitaetsmesser-atmotube-pro-mit-app-steuerung-251068

Stichwort "Feinstaub"
(1) Feinstaub (PM2.5) – Messbereich (0-500 μg/m³), Auflösung (1 μg/m³), 
Erfassungsbereich der Partikelgröße (300 nm – 10 μm), Genauigkeit (PM): 
unter 150 μg/m³: ±(5 μg/m³ + 15%), über 150 μg/m³: ±(5 μg/m³ + 20%)

(2) Feinstaub (PM2.5) - Messbereich (0–999 μg/m³), Auflösung (1 μg/m³), 
Genauigkeit <100 μg/m³ ±(15 μg/m³), >100 μg/m³ (±15 %)

(3) Erfasst Feinstaub mit Partikelgrößen PM1, PM2.5 und PM10 
(MCERTS-Zertifiziert) / Sensor: Sensirion SPS30

https://sensirion.com/media/documents/8600FF88/64A3B8D6/Sensirion_PM_Sensors_Datasheet_SPS30.pdf

von Frank O. (frank_o)


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Rauchmelder funktionieren doch auch auf dem optischen Prinzip.
Vielleicht kannst du so ein billiges Teil als Basis nehmen.

von Helmut -. (dc3yc)


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Christoph db1uq K. schrieb:
> Stichwort "Feinstaub"

Bei Feinstaub fällt mir mein umgebauter IKEA Vindriktning Sensor ein. Da 
hängt ein ESP8266 mit Tasmota dran und der überträgt dann die 
Feinstaubbelastung meines Bastelzimmers an die Hausautomation. Wenn ich 
löte, sind deutliche Ausschläge zu sehen und wenn jemand mit Deo im 
Badezimmer um die Ecke sprüht, ist das auch zu messen.

von Michi S. (mista_s)


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Andreas B. schrieb:
> ich trübe mit Disko-Rauch Luft ein um ein paar
> Messungen damit zu machen.

Was willst Du eigentlich letztendlich messen? Vielleicht lassen sich ja 
auch die eigentlichen Sensoren zur Verneblungsgrad-Bestimmung 
mißbrauchen?

> Nun möchte ich ungefähr wissen, wie trüb die Luft nun ist

Zu diesem Zweck werden typische Menschen üblicherweise bereits 
serienmäßig mit zwei extrem hochwertigen Sensoren ausgeliefert. ;)


Andreas B. schrieb:
> geht es hoch bis 100%, wo quasi nix mehr zu sehen ist.

Wenn Du aber die optischen 100% erreicht hast, ist noch lang nicht 
Schluss; wenn Du weiternebelst erhöht sich natürlich auch die 
Nebeldichte (in Volumens- oder Gewichts%) noch sehr viel weiter.


Andreas B. schrieb:
> eine schwarze Fläche verwenden könnte,
> die man dann mit einer RGB Kamera abfilmt.

Wozu denn RGB? Du willst ja an sich ja nur schwarz von weiß 
unterscheiden, mit ein paar Graustufen dazwischen.

Selbst Kamera ist eher übertrieben und neigt heutzutage auch immer mehr 
eine solche Messung zu konterkarieren, da Kameras oft mit allen Mitteln 
versuchen brauchbare Bilder zu liefern, von der gleißenden Mittagssonne 
bis zu Neger-im-Tunnel Bedingungen.

Im Grunde sollte es reichen kurze Lichtblitze aus ausreichender 
Entfernung in Richtung einer mattschwarzen Fläche abzufeuern und 
unmittelbar messen, wieviel reflektiert wird, denn dichter Nebel ist ein 
toller Reflektor. Dafür würde sogar nur eine LED (plus 
Auswerte-Schaltung) reichen; oder eben eine Reflex-LS.


Andreas B. schrieb:
> Mir reicht eine Genauigkeit von 20% oder sowas

Also letztlich eh nur eine 5-stufige Skala von 0 über 25%, 50%, 75% bis 
Schicht im Schacht; dafür sollte es - jedenfalls in einem geschlossenen 
Raum - vmtl. sogar reichen, sich an der Menge des vernebelten Fluids zu 
orientieren, also einfach den Vorratsbehälter (oder die komplette 
Nebelmaschine) auf 'ne passende Waage stellen und schauen um wieviel 
leichter selbige(r) durch eine Vollvernebelung (100%) wird.


Frank O. schrieb:
> Rauchmelder funktionieren doch auch auf dem optischen Prinzip.
> Vielleicht kannst du so ein billiges Teil als Basis nehmen.

Das sollte sich zumindest recht einfach ausprobieren lassen: Billigen 
Rauchmelder aufhängen und drauflos nebeln um zu testen ob und bei 
welchem (subjektiven) Vernebelungsgrad der sich meldet.


Harald K. schrieb:
> Die Photodiode ist hier sicher die bessere Lösung.

Ist doch letztlich auch nix anderes als eine 1µM-Pixel Farblos-Camera, 
nur garantiert mit ohne jede Belichtungsautomatik. ;)


Helmut -. schrieb:
> überträgt dann die Feinstaubbelastung
> meines Bastelzimmers an die Hausautomation.

Und welche automatischen Gegenmaßnahmen soll die HA dann einleiten?
Absaugung? Automatische Lüftung? Schütz der das Bastelzimmer lahmlegt? 
Alarmsirene und Anweisungen zur zügigen Evakuierung des 
Gefahrenbereiches vom Band?

Helmut -. schrieb:
> Deo im Badezimmer

Das kann der Sensor in einem anderen (vermutlich nichtmal direkt 
benachbarten) Zimmer tatsächlich erkennen?

von Helmut -. (dc3yc)


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Michi S. schrieb:
> Helmut -. schrieb:
>> überträgt dann die Feinstaubbelastung
>> meines Bastelzimmers an die Hausautomation.
>
> Und welche automatischen Gegenmaßnahmen soll die HA dann einleiten?
> Absaugung? Automatische Lüftung? Schütz der das Bastelzimmer lahmlegt?
> Alarmsirene und Anweisungen zur zügigen Evakuierung des
> Gefahrenbereiches vom Band?

Die einzige Maßnahme ist, dass dann eine LED von grün auf gelb oder rot 
springt. Zeit, mal wieder zu lüften.

>
> Helmut -. schrieb:
>> Deo im Badezimmer
>
> Das kann der Sensor in einem anderen (vermutlich nichtmal direkt
> benachbarten) Zimmer tatsächlich erkennen?

Doch, kann er. Da meist vorher geduscht wurde, ist Wasserdampf in der 
Luft. Und die Aerosole des Deos dienen als Kondensationskeime und werden 
dadurch größer. Deswegen geht der PM2.5-Wert hoch. Beide Türen liegen 
genau an der Ecke.

von Andi (loopy83)


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Hallo,

ich habe erste Versuche gemacht:

Ziel soll es nur sein, dass ich eine ungefähr reproduzierbare 
Nebel-Dichte bekomme. So dass ich zwei Messungen bei etwas gleicher 
Dichte unabhängig voneinander vergleichen kann. Es muss also nicht mal 
zwingend linear sein, sondern nur reproduzierbar.

1. Ich habe eine grüne LED genommen, die ich Richtung einer Webcam 
gerichtet habe. Je mehr Nebel ich habe, umso dunkler wird das Licht. Ich 
stelle die Referenzmessung so ein, dass die LED so hell leuchtet, dass 
die Webcam gerade nicht gesättigt ist. Autofokus und automatische 
Belichtung habe ich ausgeschaltet, geht via Python ja mit OpenCV 
einfach.
Ein GBT Script öffnet das Livebild der Kamera, ich kann ein ROI ziehen 
und dann beginnt er die Mittelwerte der plotten. Das klappt erstmal 
schon, muss ich aber nochmal genau testen.

2. Noch einfacher erschien mir das Luxmeter (guter Hinweis weiter 
oben!!!), welches ich noch rumliegen habe. Hier fehlt mir leider die 
digitale Aufzeichnung, so dass ich mir pro Messungen die Nebel-Dichte 
notieren müsste. Ist aber vielleicht weniger fehleranfällig und solange 
ich LED und Sensorkopf nicht verschiebe, sollte es auch reproduzierbar 
sein.

Danke für alle Antworten!!!

von Frank O. (frank_o)


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Michi S. schrieb:
> Frank O. schrieb:
>> Rauchmelder funktionieren doch auch auf dem optischen Prinzip.
>> Vielleicht kannst du so ein billiges Teil als Basis nehmen.
>
> Das sollte sich zumindest recht einfach ausprobieren lassen: Billigen
> Rauchmelder aufhängen und drauflos nebeln um zu testen ob und bei
> welchem (subjektiven) Vernebelungsgrad der sich meldet.

Ich dachte eher daran die Hardware für Experimente zu nutzen.
Die Dinger gibt es doch sehr günstig und da kann man dann seinen eigenen 
Controller, mit eigenem Programm dran hängen.
Hinterher kann man aus den Erfahrungen immer noch die eigene Hardware 
bauen.

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