Svenska ElektronikForumet

Först lite grundläggande info om refraktometrar för den som orkar läsa.

En refraktometer är ett mätinstrument som mäter brytningsindex i vätskor.
Det är väldigt användbart eftersom brytningsindex förändras när koncentrationen av diverse ämnen i en vätska förändras.
Den vanligaste skalan som används är brix vilket betyder sockerhalt i procent.

Så här fungerar en refraktometer, bilden visar en principskiss av funktionen.
Man låter vätskan ligga intill ett prisma och får då en skillnad i brytnings-index från vätska till prisma.
Den blå rektangeln är vätska.
Den gula rektangeln är en ljuskälla som bör vara diffus så att ljuset har oändligt många riktningar.
Linjer med samma färg symboliserar ljusstrålar som skickas in i prismat med samma riktning, färgen har inget med färg i verkligheten att göra.
Som ni ser så totalreflekteras alla strålar utom de blå som istället försvinner ut i vätskan.
Linsen bryter ihop alla strålar med samma riktning till samma punkt på sensor-plattan eller skalan i en analog refraktometer.
Den blå delen av plattan träffas alltså inte av något ljus alls teoretiskt sett.
Gräns-vinkeln för totalreflektion bestäms av koncentrationen i vätskan.
Med bra optik och ren vätska får man en väldigt skarp gräns.


Den vanligaste konstruktionen för analoga refraktometrar är dock att ljuset kommer in i prismat genom vätskan, funktionen blir den samma men lite bakvänd tycker jag.
Här ser ni att plattans övre del ej blir belyst som i en vanlig analog refraktometer.


Analog hand-refraktometer, liknande den jag har använt i mitt projekt:


Så här kan det se ut när man tittar in i okularet i en analog refraktometer:
Manipulerat foto av skalan i min analoga refraktometer


Det jag bygger är en process-refraktometer vilket betyder att den mäter vätska som rinner igenom den.
I min konstruktion har jag använt en analog hand-refraktometer där jag bytt ut skalan och okularet mot en bild-sensor.


Fortsättning följer.....

Du gör alltid så spännande och nytänkande projekt. Det här ska bli mycket kul och intressant att följa!


"Den vanligaste skalan som används är brix vilket betyder sockerhalt i procent."

Finns det någon gemensam nämnare med hur man avläser insulinmängden i blodet?
Tänker på de små mätinstrument som många diabetiker använder.

Intressant fråga, jag har tyvärr inget svar men jag måste verkligen testa att mäta en droppe blod med refraktometern på jobbet.

Är inte det där en liknande grunka som den man kollar glykolen i bilen med ?

Det är nästan exakt en sådan grunka som man kollar glykol med, refraktometrar har väldigt många användnings-områden.
Mäter man glykol och batterisyra tror jag dock att man har ett instrument med ett annat mätområde än 0-10% brix som på mitt instrument.
Jag kollade lite på biltema, det står inte ens att instrumentet är en refraktometer, dåligt.
-----

Den här refraktometern ska monteras på skärvätske-fatet på jobbet.
Fatet innehåller koncentrat och på fatet sitter en blandare, man kopplar in slangen till en vattenkran så får man ut blandad skärvätska.
Med min refraktometer har man möjlighet att se koncentrationen av skärvätska i realtid så man slipper ta prover manuellt när man fyller på skärvätska i svarvarna.
Blandaren till fatet har en justerings-ratt som bestämmer koncentration men det är inte så pass stabilt att man kan lita på den, och det är inte meningen heller.

Jag har hittils bara jobbat med sensorn.
Visnings-enheten är fortfarande på skiss-stadiet, men jag kan avslöja att den ska ha en vattenflödes-generator som gör att man slipper batterier.

Här är en bild på ett tidigt test, det var nog 1 år sen nu.
Jag har plockat bort skalan och okularet i en analog hand-refraktometer.
Bildsensorn (Hamamatsu S9226 1X1024 pixlar) sitter tillfälligt monterad med ihoprullad elfa-kartong.



Det här är vad bildsensorn såg när jag belyser vätskan på rätt ställe med en lysdiod.
När det kommer mer ljus på sensorn så dyker grafen.
Bilden blir annorlunda mot det man ser när refrakometern har en tunn vätskefilm och diffuserings-locket(ja, det måste ju heta så) på, det beror på att lysdioden ger ett väldigt riktat ljus, men det fungerar iaf.
Man ser även att gränsen inte är så snäv som man skulle vilja, här krävs det en mer eller mindre komplicerad algoritm för att bestämma exakt i viken position grafen dyker.
Upplösningen som instrumentet ska få är 0.1% brix vilket är typ 4.5 pixlar i grafen.
Andra grafen uppifrån är samma men med filter.
Tredje grafen visar hastigheten.
Grafen länst ner visar hastighet med filter.
Grafer med bara vatten
Grafer med 5-procentig skärvätska
Grafer helt utan vätska


Kopplingsdäck, en Pic och en RS232-krets, inte så mycket att orda om.

Ett problem man har när man mäter brytnings-index är att det påverkas av temperaturen.
Vanliga analoga hand-instrument löser detta med bi-metall som flyttar linsen eller skalan.
Problemet med det är att man mäter på fel ställe, det är ju vätskans temp som påverkar, inte temperaturen vid linsen eller skalan.
Men det fungerar bra ändå eftersom man bara lägger några droppar på prismat och låter prismat(vilket ska ha samma temp som linsen) justera temperaturen på vätskan.

I min konstruktion dränker jag i princip refraktometern vilket gör att bi-metall vid linsen inte fungerar som temp-kompensering.
Därför har jag en temp-sensor som mäter vätskans temp.
Jag har även en temp-sensor som mäter temperaturen på huset som prismat sitter monterat i.

I början av projektet när jag hade elektroniken på ett kopplingsdäck så fick jag väldigt mycket brus på video-signalen från bildsensorn.
Jag löste det(reducerade bruset till acceptabel nivå) genom att ha ett RC-filter på matnings-spänningen till bildsensorn.
Det brukar ju vara så att allt blir bättre av att man gör ett kretskort jämfört med kopplingsdäck, men för mig blev det mera brus av kretskortet.
Nu när jag har kopplat in temp-sensorerna så ser jag att jag har mycket brus där oxå.
Både bildsensorn och temp-sensorerna ger analog signal ut, jag använder picens AD-omvandlare för det.
Huruvida signalen är brusig i analog form eller blir brusig av AD-omvanlaren vet jag ej.
Jag tvivlar på att det kommer dyka upp en lösning för det så jag räknar med att filtrera i mjukvaran.
Jag kan lägga ut layouten senare.


Här ska temp-sensorn monteras.


Den här delen ska vara i vätskan.
Tiden det tar för värmen/kylan att nå tempsensorn kan bli ett problem, eller rättare sagt det innebär mer programmering för att simulera att sensorn är snabbare än den är i verkligheten.


Temp-sensor och IR-diod monterad.


I det här hålet ska refraktometern tryckas in.
Kablarna kommer från temp-sensorn och IR-dioden.


Dubbla gängor med olika stigning gör så att man kan justera fokus för bildsensorn.
Då kanske du tänker att stigningen ser lika stor ut, nej den stora gängan har samma delning men 3st ingångar så stigningen är 3gånger så stor.


Bildsensorn monterad.


Tillfälligt monterad elektronik för ett test på jobbet, testet visade att skärvätskan är tillräckligt blandad när den når refraktometern.
Om vätskan inte är bra blandad så blir bilden från sensorn fladdrig och otydlig.


Ståltråd och smältlims-monterad temp-sensor på prisma-huset.
Hur klarade man sig utan smältlims-pistol?
Bild

Kretskortet sitter på plats.
Bild

Processrefraktometer-sensor klar.
Nu återstår bara 60% av hela projektet.

Hur har du gjort för att koppla in bildsensorn? erfarenheter?

Intressant projekt!

Och jag som satt här och precis skulle till att kolla på Biltemas hemsida om deras refraktometer kanske kunde vara duglig för skärvätskekoll till fräsen...och så presenterar du detta projekt!!!

Otroligt inovativt och klurigt må jag säga.
Extra kul att du beskriver principen för oliak typer av mätare för oss totalt oinsatta. Där lärde man sig ngt nytt.

Skulle en vanlig "kylarrefraktometer" till bilen bli helt fel att använda för skärvätska tror du?
Hmm, nu när jag tänker på det så väl sådana inte graderade i % öht...utan omvandlade till 2 olika tempskalor beroende på vilken typ av glykol man använder...

Hmm, nga tips på en enkel och billig refraktometer för maskinbruk som ändock passerar "junk"-nivå i kvalitet?

Ursäkta om jag kapar din tråd lite, men tror detta är ganska oskördad mark för de flesta sammtidigt som det är väldigt viktigt att hålla blandning etc rätt i sina maskiner.

Jag tyckte att bildsensorn var enkel att använda.
Jag valde att skippa pinnarna Trig och EOS, det går bra om man håller koll på hur många gånger man pulsar CLK.
Jag använder alltså bara CLK för klockpuls, ST för start, och video-pinnen ger en spänning som motsvarar ljusnivån för den aktuella pixeln.
Video-utgången har inbyggd utgångs-förstärkare så man kan koppla den direkt till vad man vill.
Som jag skrev tidigare så fick jag en hel del brus och jag vet inte om ett RC-filter är en bra lösning.


Jag har snokat lite och kommit fram till att 10% brix ungefär motsvarar -4graderC(fryspunkt) för glykol (med reservation för att jag kan ha helt fel)
Det betyder att upplösningen blir väldigt låg om man mäter skärvätska.
En iaktagelse jag har gjort är att högupplösta refrakometrar är lite längre än tex den på Biltema.
En skala från 0-10% eller 0-30% brix är ok för skärvätska.
Brix-skalan ligger väldigt nära koncentration i % för de flesta skärvätskor, därför är den skalan lämplig.
Din leverantör av skärvätska bör kunna svara på hur mycket det skiljer från brix.
Den refraktometern jag har använt till det här projektet köpte jag på Ebay för 47$.

[EDIT] Om du ska köpa en refraktometer så se till att köpa en med ATC (automatisk temp kompensering).
Jag har hört att folks erfarenheter av elektroniska refraktometrar är att de fungerar dåligt när man mäter vätska i maskiner, och efter att ha jobbat med det här projektet så tycker jag att det låter rimligt faktiskt.

Jag satt just och tänkte på detta under veckan som varit, funderade även över andra användningsområden som att tex kolla fett/förorening/vatten i brännoljor, mm. (skissade på ett slags dieselfilter och kom fram till att något sådant här ju vore ypperligt för tex kontroll vid automatisk dosering av oljetillsats efteråt) för att dra ett exempel.

Jag har haft en del problem på vägen som jag tänkte berätta om senare, refraktometern har blivit ihopmonterad typ 20 gånger och varje gång tror jag att det är den sista.

Nu behöver jag ändra lite mjukvara i Picen men min PICkit2 verkar vara .
När jag kopplar in den i USB-porten så lyser power-lysdioden men varken MPLAB eller PICkit-programmet får kontakt.
Jag har testat med och utan refraktometer inkopplad.
Jag har provat att byta usb-kabel och provat på 2st andra datorer.
Direkt när jag startar PICkit2-programmet så står det "PICkit 2 not found. Check USB connections and use Tools-> Check communications to retry".

Om du råkar ha en PICkit2 och bor i närheten så får du gärna komma hit så jag slipper vänta till måndag för att fortsätta med projektet.
Jag bor i Trångsund, 1 mil söder om Stockholm.

Jag lagade min PICkit2.

Mina misstankar stämde, det var inget hårdvaru-fel, den hade bara tappat minnet lite.
Jag byggde ihop en programmerare från denna hemsida.
Jag valde den lite mer avancerade varianten men utan spännings-reg eftersom jag körde från labb-agget.
Jag bytte ut R3 mot 220 Ohm för att få lite högre spänning och drivförmåga.
Programmet(Winpic) hämtade jag här.

Jag hämtade senaste fimware till PICkit2 från Microchips hemsida.
Efter lödning av stiftlisten inne i PICkit'en var det bara att koppla in och köra.

En dement pic, det va nåt nytt

Jag har en liten teori om det där.
Statisk elektricitet kan göra så att en Pic går in i programmerings-mode om MCLR inte är kopplad till VDD eller GND via ett motstånd.
Samma sak kan hända om man använder en schottkydiod som rekommenderas för ICSP, eftersom en laddning på ingången som är högre än matnings-spänningen inte automatiskt laddas ur pga dioden.
Jag har själv råkat ut för minnes-förlust i min refraktometer som borde bero på det här.
Så nu skruvar jag alltid fast en resistor mellan MCLR och VDD när Picen är färdig-programmerad för att undvika detta.

PICkit'en hade mycket riktigt inget inkopplat på MCLR .
Jag bryr mig inte om att göra något åt det, jag behåller min reparations-programmerare istället.

En liten cool grej med statisk elektricitet.
Om jag står 2 meter ifrån en multimeter så får jag 0.4mV i utslag när jag trycker in avtryckaren på min anti-statiska pistol.
När jag släpper ut avtryckaren får jag -0.4mV.
På 1 meters avstånd blir det typ 6mV.
Man kan se den statiska elektriciteten som "sprutar" ur den i mörker, det blir ett blått sken.
Håller man handen en bit ifrån känner man elektronerna som en sval bris.

*OnTopic*
Jag lägger ut schema och layout till refraktometern.
Bildsensorn har även en konding på 470nF över matningen.
Tempsensorerna är LM35DT.
Jag har tagit bort alla namn på layouten för att det blir så kladdigt annars.
Eagle filer finns här.
Schema
Layout

Jag har gjort ett program i VB som kan spela in och spela upp informationen från refraktometern.
På det viset kan man laborera med algoritmer för att räkna ut koncentrationen utan att köra komplicerade tester i realtid.

Picen som sitter i refraktometern skickar den del av bilden från bildsensorn som är intressant, därför är grafen från bildsensorn bara 64 pixlar lång.
Grafen till vänster är ofiltrerad och den till höger är filtrerad.
Graferna under det visar Koncentration, Vatten-temp och Prisma-temp.
Det ser ganska bra ut när man filtrerar trots att jag stoppar in "skräp-data".
Grafer där allt är ok

Jag gjorde en inspelning på jobbet i rätt miljö men det blev helt kass.
Se skillnaden på grafen från bildsensorn, den fladdrar och ser helt fel ut.
Grafer som är kass
Det måste bero på att vätskan inte får tillräcklig kontakt med prismat, så jag ska prova med en plåt som skickar in vätskan lite högre upp på prismat.
Jag är inte alls säker på att det blir bättre.