光電感測器可以多敏感？

01-15

實驗需要檢測器皿里有沒有液體（類似於水，無色透明），因為需要保證不污染，所以需要採用非接觸式的感測器，想到光電感測器，但是我的疑問是，光電感測器的靈敏度是否足夠判斷究竟是空器皿還是裝了液體的器皿？
希望成本儘可能低，我想到了廉價的對射光電感測器，我不知道能不能用於這個場景。因為之前我對它的了解認為就是一個開關，只有兩種狀態---開或者關，但是我現在需要它能識別有無液體時光信號的微弱差異，可以做到嗎？
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謝謝各位的關注及提醒，之所以提出這個問題是因為課題實驗的需要，想要設計一個裝置方便自己試驗（哦，對了，我是醫學生，設計的是生物學方面的實驗，電子方面懂的很少，請包涵），我需要使用若干種溶液對器官進行灌注，不能進氣泡，所以我需要一個裝置監測管路里的液體有無並發出提醒。
液體主要組分都是水（純水、生理鹽水、SDS溶液、肝素鹽水等），容器三維是可以自己設計的，但是希望採用現成的管路部件，比如輸液皮管或者一些小尺寸的玻璃器皿，豎直放置，液體減少後液面降低，液面以上為空氣。

有以下幾點具體要求：
1.不能接觸液體；
2.不方便稱重；
3.液體不會自發光，也不具備受激發光的特性；
4.成本需要儘可能低；
5.結構簡單可靠。
目前想到的是這樣，謝謝大家！

應該是可以的，當然具體也要看你的測量方法。

說幾種思路：

如果裝置可以稱重，建議直接稱重。

如果裝置透明可以利用液體折射進行測量（我推薦這種方法，因為折射激光產生的光線偏折是十分明顯的）。比如用激光穿過液體，用Photodiode或者乾脆用一個攝像頭（CCD/CMOS)接收激光，觀察位置，判斷是否發生折射。只要你的液體吸收率不高，探測透射光是很容易的。

如果裝置不透明，但是液體至少可以形成穩定的液面，可以斜入射一束較強激光，用CCD/CMOS或者攝像頭觀察激光反射位置。我不知道你的液體的反射率，不過對於水的反射，一般的He-Ne激光器配合CCD/CMOS完全足夠靈敏。

如果液體只有幾滴，不能形成穩定頁面，建議入射經過衍射的激光http://www.rpcphotonics.com/product/diffractive-optics/（激光分散成很多個均勻分布的光點），CCD接收反射這些反射激光點，觀察反射形狀判斷是否有液滴，應該是也是足夠靈敏的。

如果液體實在是很少很少，只有一兩個很小的液滴，那建議入射激光加入掃描結構（振鏡 + f-theta/telecentric)。

題主多提供一些具體信息吧。

給你指條明路吧…

非接觸檢測液體用光電感測器並不是最理想的選擇，用電容式的感測器比較好。除了檢測液體有無，高端的電容式液位計還可以檢測液體高度。

某寶搜，電容式液體感測器，各種款式都有，價格幾十到幾百都有。我隨手上一張圖，非接觸檢測管道液體有無的感測器。

這個問題我想我可以回答，很簡單。

做一組laser diode+photodetector 的發射檢測電路，由於溶液當中的OH-離子對於中紅外大概是1900nm or 3000nm 左右的波長吸收敏感，所以在液體通過的過程中將會有大量光能被吸收，造成探測器信號微弱。當不存在液體時，大部分光可以被探測器接受。

這樣子就可以通過設置合適的探測器敏感度來劃分液體有無（10）的狀態。

剩下的事情就是做電路買元件了。

以前大作業有一組同學做的就是這個，這個方法也可以用來檢測輸液器的流量。

ld在淘寶上就可以買到，好像是幾塊錢一個吧，很便宜。

總成本不會超過100，包括最後的pcb制板。

修改了一下吸收譜峰，順便查了一下文獻，這個波段也可以直接使用LED，更便宜

Ref: 3-4-1.紅外線膜厚計的測量原理|關於紅外線|知識屋|倉敷紡績株式會社環境機械電子事業部

相關文獻有很多，以上只是一個例子，僅供說明。

具體的設計思路：

都是隨手找的渣圖，參數可能需要根據信號的強弱進行改變。

如果單指「光電感測」這個探測手段的話，搞近代物理研究用的光電倍增管都是以單個光子能夠激發多少個電子來計算的。系統做的足夠好，雜訊控制好的條件下，完全可以探測單個光子。從敏感度上來說這個應該是極限了吧。

具體到題主的案例，我覺得越簡單越好，用光電探測都有點複雜。

以下提供一個思路供參考。

容器空和滿的狀態實際上是充滿空氣和液體的差別，本例目的就是探測這兩種物質的基本物理差異，如果用電子手段來探查，首先應該考慮電學相關的特性。這裡面接觸式的就是直接通電，因為題目設定了不能通電，那我們考慮其他的角度。

水和空氣的介電常數差80倍，即便是其他水溶液，也差不多這個數字。柴油汽油和空氣差一兩倍，酒精甲醇大概查30倍。所以基於這些電學事實，我覺得如果液體不是汽油柴油的話，用電容法測量就足夠。

基本裝置很簡單，如果是圓柱容器，在外表面相對的兩個部分敷上錫箔，各自引出導線就可以。液體或空氣充當了電容中的電介質，這個模型可以作為大學物理電容計算的一個習題了。條件允許的話可以考慮優化為一個定製器件，比如一個小方盒連通到液體管路中，讓兩個電極之間盡量接近，充滿薄薄一層液體就可以。

電路也不是很複雜，設計一個RC迴路，用脈衝方波對電容進行充電，通過充電時間就可以計算電容大小。可能需要用運放做信號放大，剩下就是收集數據做軟體處理了。電路參數搭配的好的話，我覺得做定量分析都可以，可以知道裡面有多少液體多少空氣。

其實和電容式觸摸開關差不多，這方面我不是很了解，只談原理。電路大牛們來補充吧。

補：

平板式電容容量在線計算器

自己帶入數字做了個估算，空氣和水的電容數大概是幾個pf和幾十個pf的差別，電路用幾個電容電阻導線加上單片機應該足夠了。

謝邀。

我覺得可以的，水面折射會損失一部分光，所以理論上pd接收的信號一定會有區別，至於靈敏與否，pd又不貴，買個量子效率高一點的，靈敏一點的總能檢測到差別。而且不知道你的容器有多大，如果足夠深得話隨著水面上升出射點會有足夠位移，也可以用psd來探測位置變化。總之方法是很多的。

題主：

可能你的試驗已經完成，還是建議下吧。如果液位量變化在2mm以上，用工業自動化的光纖感測器即可。對射的，架設在器皿兩側；插入式的，是鐵氟龍材質，不擔心腐蝕；器皿帶把手的，就用標準的液位光電開關，工業上很常用，價格都是幾百塊搞定。

如果只是檢測容器內有沒有水溶液的話，我想利用折射的原理來製作是最簡單的

……………………

當容器內沒有水溶液的時候光可以穿透，並被另一側的接收裝置做接受，當容器內有水溶液的時候，光發生折射，不被另一側的接收裝置所接受

……………………

另外一種成本比較高的方案，參考多角度光散射檢測器，如果你可以做好數據採集和處理的話，可以對你的水溶液進行定性和定量，原理如圖，英國馬爾文

我不是光學專業的，對物理原理不是很清楚。同時，即使是以電子學為基礎的感測器，理論與實現之間也有一定的距離，這裡說的主要以工程實現為目的，希望能幫到題主。

光感測器的種類有光電二極體、光電三極體、光敏電阻等，對應不同的應用場合及需求。其中，光電二極體普遍應用於色譜分析儀中，這與題主的專業或許相關，所以就以光電二極體(PD)為例展開說明。

定於光的物理量綱有好幾個，不同廠家生產的PD可能會使用不同的單位進行描述，下圖中是一個單位轉換關係，方便查找轉換。

PD的原理是光照發生時會產生電流，這個時候我們只要檢測電流的大小，就能推算出光照的強度。

接下來是關於PD的指標，PD指標所對應的其實的PD的等效電路模型，這個模型題主不用理會，只需要應用到下圖其中的幾個指標(從datasheet里找)：

光響應能力：一般的環境光感測器是nA級別，確定好這個數值，後面才好推導出光強度
暗電流：越小越好
分流電阻：越大越好
波長：根據光源選擇PD相應波長

表中的其他指標，如探測角度等，一般的PD都能滿足題主的需求了。

還有一個指標，PD能探測的光的最大值，會在datasheet里以曲線圖的方式給出，如下圖，題主應該選擇最大值不太大的PD，這樣可以降低對電路精度的要求。

注意，選擇器件的時候，原則是根據各種實際情況最平衡，而不是單個指標最優。

接下來就是要設計電流檢測電路，上面有朋友提到了使用OPA656，OPA656的帶寬達到500MHz，主要是用於高端場合，CCD什麼的，每千片報價達到4、5個美金，有點貴。題主其實只要檢測一個有無的開關狀態，不用那麼快的頻率。我用的OPA320，20MHz都遠勝題主需要的場合，每千片報價達不到1刀。另外還有一個重要原因是無論656還是320都沒有直插封裝，意思就是晶元體積實在太小，不適合自己手動設計的場合。所以我推薦一個更便宜的增益帶寬積才75kHz的LMC6041，有直插封裝，意味著可以在麵包板上搭電路，關鍵是失調電流才2pA，意味著自身所攜帶的電流雜訊非常小，尤其適合題主這樣的低頻率使用場合。

檢測電路的基本原理如下圖，PD有不同的工作模式不用理會，照著這個接就可以了。關鍵在於反饋電阻RF和反饋電容CF的選擇。

放大器的輸出電壓Vout=RF×IPD，這裡IPD取datasheet中給出的最大光照時對應的電流。

RF的選取原則是不能使得最後的Vout大於放大器的供電電壓，另外RF的精度越高越好，至少0.1%級別。
CF的主要作用是不讓電路發生震蕩，一般選擇幾個pF～二十幾pF就足夠了，題主的使用場合幾乎是直流，也可以不用這個CF。

需要強調的是，上面的電路是一個基本形式，具體的電路需要根據所選用的器件進行設計。

電路搭好以後，測量輸出電壓Vout，用Vout除RF，就能得到當前的電流值，再反推就能得到光強了。

題主如果要避免環境光的影響，是否需要在黑暗環境中進行檢測？這部分內容不是很清楚，期待專業人士進行解答。

如果器皿是透明的，我知道的一款對射光電能穩定的檢測液體的有無。

希望對您有幫助！

可以選擇InGaAs探測器，典型值能做到10uA/mW,配合TI的OPA656典型電路；利用折射檢測。我們做激光的。

騷年，正常的用不是對射而是反射，利用液體介入玻璃和空氣介面，從而降低反射率的方式來檢測的，淘寶自己找一下奧迪自動雨刷專用的雨量感測器你就明白了

謝邀。

給出幾點稍嫌粗糙的建議吧，畢竟對於題目的描述還有一些可以豐富信息的地方，才可以更好地做判斷，特別是液體的特性。

首先，需要說明的是，看起來你是希望採用光電的方法來探測對嗎？

如果是這樣，那麼必須首先要有光信號才可以談到光電探測。

光信號從哪裡來，無非就是第三方的光信號，抑或是液體本身的發光。

再者，我的理解你只是希望做定性判斷，也就是有無的問題，對嗎？

順著這個思路，我們來嘗試回答一下題目。

第一，如果液體本身會發光的話，那麼就很容易，首先判斷發光波段，選擇合適的探測器。這樣的狀況下，可以選擇SingleChannel的Si探測器例如硅光電池或者PMT，抑或光導型或者光伏型探測器即可，如果在NIR，可以選擇InGaAs，或者MCT。這個不展開討論了。選擇靈敏度如何的探測器取決於信號的強弱。信噪比的計算可以分開討論。

第二，如果不發光，那麼有幾個方案。

1）是否會帶來透過率的變化？可以採用透射法測試。

2）若有外界光做激發，是否會有熒光出現？則可以採用熒光探測的辦法。

3）是否與器皿的顏色有差異？則可以採用例如CCD或者CMOS探測器利用Grey Level來看。

以上只是一些建議，供你參考。

我對光學略知一二，其他的，了解的太膚淺。

希望對你有幫助！