Digitale camera ingezet als zuurstofsensor

Een groep Duitse onderzoekers heeft een methode ontwikkeld die hen in staat stelt de sensors van goedkope huis-tuin-en-keukencamera's in te zetten om zuurstofconcentraties in zowel de lucht als vloeistoffen te meten.

De gebruikelijke methode om zuurstof in de atmosfeer of in een vloeistof te meten, maakt gebruik van een elektrode die in contact met de zuurstof komt. Een groep Duitse onderzoekers van de Regensburg-universiteit in Duitsland heeft echter een manier ontwikkeld om met behulp van een camera de zuurstofconcentratie in lucht of water te meten door simpelweg een foto te nemen. Zij moesten de digitale camera's hiervoor wel modificeren, maar de techniek zou zich zelfs voor gebruik met de goedkope camera's van mobieltjes kunnen lenen.

De onderzoeksgroep onder leiding van Otto Wolfbei maakt gebruik van driekleurensensors in camera's: een sensor heeft kanalen die gevoelig voor rood, groen en blauw zijn. Zij bouwden een sensorstrip die ze voorzagen van twee kleurstoffen die onder invloed van paars licht, zelf licht uitstralen die de rode en groene kanalen stimuleren. De hoeveelheid licht die het rode pigment uitstraalt is echter afhankelijk van de zuurstofconcentratie, terwijl het groene pigment zuurstofonafhankelijk licht afgeeft. Door de intensiteit van de rode en groene sensorkanalen te vergelijken wanneer een foto met een paarse flitser gemaakt wordt, kan de zuurstofconcentratie berekend worden.

Volgens de Duitsers kan hun sensortechniek atmosferische en opgeloste zuurstofconcentraties tot 1 procent detecteren. De sensors hebben wel 2 tot 10 seconde nodig om hun meting te verrichten, maar het team werkt nog aan verbetering van de sensors om sneller hun metingen te verrichten en bovendien lagere concentraties te meten. Op termijn zouden de sensors gebruikt kunnen worden in de medische industrie om zuurstofniveaus in het bloed te bepalen.

Reacties (48)

Op termijn zouden de sensors gebruikt kunnen worden in de medische industrie om zuurstofniveaus in het bloed te bepalen.

Het zuurstofgehalte in het bloed kan al op een eenvoudiger manier gemeten worden door de kleur van de hemoglobine te meten. Dan zet men een soort klem op je vingertop met aan de ene kant een felle rode LED en aan de andere kant een sensor die meet hoeveel licht er geabsorbeerd is. Tijdens een onderzoek vorig jaar heb ik zo'n ding op m'n vinger gehad.

Ik zie de meerwaarde hiervan niet direct, om hiermee de zuurstofconcentratie in het bloed te meten moet je iets inbrengen, veel lastiger dan de niet invasieve meting die nu gebruikt wordt.

[Reactie gewijzigd door johanw910 op 19 juni 2010 17:09]

Hoewel dit erg kleine dingetjes zijn, kost de gemiddelde saturatiemeter toch al gauw zo'n 300 - 400 pleuro.
Als met deze techniek de komende saturatiemeters behoorlijk in prijs kunnen zakken zie ik zeker de meerwaarde hiervan in. In sommige gevallen grijp ik er in de zorg nog wel eens aan mis en vanwege de prijs van die dingen heb ik er toch ook niet eentje zomaar in me tas zitten

Je kunt toch ook een beetje bloed aftappen en daar een met zo'n sensor een 'foto' van nemen?

Maar dat is lastiger, vervelender voor de patient en de andere methode kan continue meten, bijvoorbeeld tijdens een apneuonderzoek of een operatie en dan alarm slaan als het mis aan het gaan is.

[Reactie gewijzigd door johanw910 op 19 juni 2010 15:39]

Je kunt toch ook een beetje bloed aftappen en daar een met zo'n sensor een 'foto' van nemen?

En waar komt die druppel bloed terecht? Als het geen zeer kleine, goed afgesloten ruimte is, neemt het vrijwel direct zuurstof op uit de omringende lucht. En als je het bloed in vacuum laat stromen, ontsnapt er meteen vrij veel zuurstof.

Ruimte telescopen zoals de hubble maken al jaren gebruik van deze methode. Door de lichtbreking index van de verschillende stoffen kunnen ze bepalen waaruit de verschillende planeten bestaan zonder ook maar in de buurt van de planeet te komen.

Zelf maak al tijden gebruik van de digitale camera's om de afstandsbedieningen te controleren op hun werking. Zelfs met de goedkoopste dingen en de sensors in telefoons kan je dit al proberen. Je richt de afstandbediening op de sensor en je kijkt op de camera of je de IR sensor van de afstandsbediening ziet knipperen. Hieraan kan je zien dat de afstandbediening wel of geen signaal uitzend. Dit is ook handig om mensen te overtuigen dat de afstandsbediening kapot is.

Wat heeft dat laatste nou te maken met dit onderwerp?

Het eerste heeft er ook niks mee te maken maar soit...

Het testen van afstandbedieningen, ik neem aan dat je IR bedoelt, kan ook met een apparaatje van een paar euros. Kijk hier bijvoorbeeld.
Inderdaad of topic, maar ik vind het enerzijds creatief om hiervoor een camera te gebruiken, en aan de andere kant onzinnig om dat met een duur apparaat te doen, waarbij je ook nog moeilijk moet doen met richten en kijken. Het apparaat waarnaar ik verwijs licht op en geeft geluid. Easy, en zo willen we dat liefst zien.

Tja, maar waarom een apparaatje kopen terwijl het gros van de mensen al met zo'n cameraatje op z'n telefoon rondwandelt.
Ok het is een apparaatje wat weliswaar een scheet en drie knikkers kost, maar wat je waarschijnlijk slechts een paar maal in je leven gebruikt, en als je het nodig hebt niet kan vinden.....
Daarbij moet je dat apparaatje wel in een stopcontact stoppen.....

Ik kende het gebruik van de camera hiervoor nog niet maar vind het erg handig om te weten!

Mooie ontwikkeling. Hoop dat dit snel in de praktijk komt.
Wij werken nu met relatatief grote zuurstofmeters.

Deze technieken worden al jaren toegepast, maar dan in een hele andere industrie. Wat hier eigenlijk gebeurt, is dat men met PSP (Pressure sensitive Paint) aan de gang gaat. Dit is in de voormalige Sovjet Unie ontwikkeld om de zuurstof doorlatendheid van voedingsmiddelenverpakkingen te testen. Deze verf werkt op het principe dat het onder blauw licht (en niet paars zoals in het artikel staat) rood en groen licht reflecteert.

Daarna is het in de vliegtuig industrie toegepast. Door middel van deze verf, kan men de drukverdeling om een model zien door slechts een foto te maken met de juiste filters (aangezien de camera's door de wanden kunnen fotograferen, beïnvloed dat niet de luchtstroom). De verf bind zuurstof atomen aan zich, dus hoe hoger de druk, des te meer zuurstof aanwezig en hoe meer rood licht gereflecteerd wordt. De hoeveelheid groen licht, zegt iets over de dikte van de verf laag. Hiermee kalibreerd men bij windtunnel proeven de verf dikte.

Dit laatste verklaart ook gelijk waarom het enkele secondes duurt voordat het resultaat bekend is. Het een en ander moet gecalibreerd worden alvorens een goed meet resultaat weergegeven kan worden.

[Typo]

[Reactie gewijzigd door Ricochet op 20 juni 2010 01:56]

Gaaf. Vraag me af wat voor een toepassingen dit heeft naast het meten van zuurstof in bloed. Dit is wel een mooie aanduiding van hoe geavanceerd onze huis-tuin-en-keuken techniek is geworden. Met een kleine aanpassing kun je specialistische apparatuur bouwen.

[Reactie gewijzigd door The_Ownman op 19 juni 2010 13:14]

is wel een mooie aanduiding van hoe geavanceerd onze huis-tuin-en-keuken techniek is geworden

Nou nee. Het geeft meer aan hoe slim sommige mensen zijn om van iets een heel andere toepassing te geven. Het is uiteindelijk simpele natuurkunde/scheikunde/biologie die je op dat soort ideeën brengt.

Denk aan McGuiver. Dat was wel tv, maar in de basis klopte zijn bouwsels wel redelijk. De BBC heeft er ooit een serie over gemaakt: 'Rough Science' waarbij een paar wetenschappers op een eiland allerlei dingen moesten maken met wat ze hadden. Dus back to basics...

[Reactie gewijzigd door mphilipp op 19 juni 2010 13:49]

Dat ook maar het feit blijft wel dat die camera kennelijk wel geavanceerd genoeg is om dit betrouwbaar te kunnen meten. Je hebt er niet een specifieke sensor voor nodig maar gewoon generieke cameramodule is kennelijk goed genoeg.

Vraag me wel af hoeveel metingen ze kunnen doen, dus of de reactie wel reversibel is?

de referentie zit hem in de verhouding tussen de 2 pigmenten, waarbij de intensiteit van het groene pigment naar een fictieve "100" teruggerekend wordt en de waarde van het rode pigment dan volgt uit de meting + dezelfde rekenstap.

enige probleem wat je dan nog kunt hebben is dat de camera een andere kleurbalans hanteert, zodat de relatieve intensiteit niet bij iedere foto hetzelfde is.


Het zal er bij deze toepassing dus wel niet van komen om een betrouwbare toepassing te maken die gebruikt kan worden, bijvoorbeeld als app op een smartphone, maar wel in een aparte stukje hardware om direct de beeldsensor aan te spreken.

Ik zie hiervoor vooral toepassingsmogelijkheden voor goedkopere sensors voor eigenlijk alle kamertemperatuur systemen waar nu ook zuurstofsensors toegepast worden, zoals tunnelbewaking, klimaatbeheersing, etc.
(dus niet lambda sondes etc)

Ja het is inderdaad niet echt het apparaat wat geavanceerd is, zelfs de simpelste camera kan dit. Vraag me af of het ook analoog kan met juiste belichting en film die de zelfde eigenschappen heeft om licht te filteren. Al zou dat laatste misschien niet makkelijk zijn of onmogelijk, weet niet zoveel van chemie af.

Ongetwijfeld kan dit ook met een analoge camera, maar dan gaat het heel veel meer tijd kosten, omdat je dan de foto zal moeten ontwikkelen en daarna zul je de foto moeten analyseren.

Het voordeel van een digitale camera is nu juist voor deze toepassing dat je dat allemaal kan laten doen door een paar chips en andere elektronica, zodat je het resultaat in 2-10 seconden hebt. Overigens vind ik dat helemaal niet zo een slecht resultaat. Tijdens mijn opleiding heb ik vaak zat zuurstofconcentraties moeten meten in vloeistoffen. Voordat je dan een stabiel signaal had, was je ook vaak wel een minuut of twee drie verder. Dus dan is 2-10 seconden toch best wel snel.

Dit maakt het ook gemakkelijk om het zuurstof gehalte in koi vijvers te meten. Vooral op warme dagen neemt het water minder zuurstof op. Als dan vervolgens 's nachts de planten zuurstof opnemen (alleen overdag maken planten zuurstof) kan er onvoldoende zuurstof voor de koi overblijven. Daarom moet men ook zo vroeg mogelijk de waterwaardes meten omdat de vijver dan zich in de meest kritieke fase bevind. Ook de fijnheid van de luchtbellen bepaald hoeveel zuurstof het water opneemt.

Daarom hebben vissen bij de meeste tuincentrums ook zo'n kort leven. De combinatie van ondiep water (meestal niet meer dan 40 tot 60 cm diep), beperkte bruisstenen en de vaak glazen plafonds zorgen ervoor dat het water al snel erg warm wordt en daardoor de vissen stikken.

eenvoudige fotometers kosten al snel 400 euro. Dat is dan ook de reden dat de meeste vijver bezitters dan maar direct een multi-range fotometer aanschaffen (ruim 850 euro) welke naast opgenomen zuurstof, ook andere water waardes kan meten zoals ammoniak, nitriet, nitraat, fosfaten, ijzer, etc.

Als een simpele goedkope camera van laten we zeggen 100 tot 150 euro eenvoudig is om te (laten) bouwen dan kan dat het leven van veel vijveraars gemakkelijker maken.

Jahaaa een Koi-vijver test APP voor Android

Uhm er zijn ook druppeltesters hoor! Deze kosten ongeveer 40 euro maar met een vijver doe je daar ongeveer wel een half jaar mee!

Daarnaast moet je ook oppassen met electrische meters! Ui ervaring weet ik dat glas diodes nauwkeuriger en sneller meten als die van plastic! Daarnaast je mag nooit alleen van het zuurstof gehalte uitgaan maar dat weet je denk ik ook wel! En daarom mag je een vijver ook nooit volledig in de zon leggen en moet je rekening houden met de visbezetting en het voeren!

dus een beetje serieuze koi enthousiast heeft die dure multirange fotometer er al in 6 jaartjes uit? en met meerdere vijvers nog veel sneller?

In dit artikel ging het om een zuurstof sensor. Uiteraard meet je niet alleen de zuurstof gehalte, maar zoals ik ook al aangaf meet je naast zuurstof ook de zuurgraad (PH), hardheden (GH en KH), ammoniak (NH3/NH4), nitriet (NO2) , nitraat (NO3), ijzer (CE) en Koper (FE).

Zelfs als een vijver slechts voor de helft in de zon ligt, kunnen de vissen het moeilijk krijgen. Zoals je weet wordt aangeraden om de inhoud van je vijver elke twee uur door het filter te pompen. Er vanuit gaande dat je geen dode hoeken in je vijver hebt betekend dat bij warm weer het zuurstof gehalte in de gehele vijver afneemt. Omdat de vijver slechts half in de zon ligt, zal het water wel sneller opwarmen. Maar aan de andere kant, hoe warmer het water, hoe meer je kunt voeren en hoe harder je vissen groeien.

Mijn vijver (55 m3) is redelijk stabiel wat betreft waterwaardes. Ik heb zelf inderdaad een druppeltest (Sera), alleen zijn niet alle druppels altijd even groot. Ik heb verschillende merken gehad, maar die van Sera geven de meest gelijke druppers. Echter bij een druppeltest moet je het aantal druppers tellen voordat de vloeistof van kleur veranderd. Als dan niet altijd de druppels even groot zijn, kun je dus niet spreken van een nauwkeurige meting (nog los van het feit dat de de vloeistoffen zeer beperkt houdbaar zijn). Hetzelfde geld voor de test sticks. Die gebruik ik ook om even snel het water te controleren.

Echter als deze sensor kan worden ingezet voor medische doeleinden, dan is de sensor hoogstwaarschijnlijk ook geschikt voor vijvers. Echter medische apparatuur moet aan heel erg veel richtlijnen voldoen. Voor test sticks en druppeltests zijn echter geen richtlijnen.

Nu zal ik mijn vijver niet zo heel erg snel een zuurstof gebrek optreden door mijn 3 airlifts welke het water naar het filter pompt. 3 Alita HiBlow's blazen elke minuut met ruim 200 liter lucht het water het filter in. Twee andere Alita's staan op de 4 filtertonnen (1 statisch bed en 3 bewegende bedden). Een derde van deze laatste twee gaat ook naar de beluchte bodemdrains.


@SnowLeopard: Nee, de meter zelf kun je bijna niet terug verdienen. Naast de meter heb je ook nog steeds vloeistoffen (reagentia) nodig om de meting te kunnen doen en deze zijn niet goedkoop. Meestal zijn ze zelfs duurder dan de losse druppeltests. Voorbeeld reagentia voor nitraat (NO3) kost per 100 tests 80 euro. Een NO3 druppeltest van Sera kost 8 euro. Reagentia voor opgeloste zuurstof kost ook 80 euro per 100 tests. Als je de sensor uit het artikel met een camera van 100 euro dezelfde nauwkeurigheid (dat is de enigste reden waarom je een fotometer zou aanschaffen) krijgt als met een fotometer, dan is dat dus een zeer interessante aankoop.

vijvertweakers.net. Het gaat over een camera toegepast als zuurstofsensor, niet over jou vijver

Leuke nieuwspost inderdaad, erg interessant zulke dingen mee te krijgen. Ook grappig dat een normale camera kan gebruikt worden als zuurstofsensor. Laat inderdaad maar weer zien hoe veelzijdig hardware kan zijn als je het op een andere manier gaat gebruiken.

Ik denk bijvoorbeeld ook aan CO gehalte meten bij brand.

Op termijn zouden de sensors gebruikt kunnen worden in de medische industrie om zuurstofniveaus in het bloed te bepalen.

De volgende stap misschien de techniek toepassing op een videocamera zodat je een constante meting krijgt.

Als het een goedkope sensor is, 6 rondom een proces zetten en om de beurt fotootjes maken.

Iemand enig idee wat voor resolutie dit speelgoed nodig heeft?

Volgens mij vrij weinig, echter mengt het iets meer (minder pixels om hetzelfde te zien dus elke pixel bevat info over een groter oppervlakte in het echt) tot op bepaalde hoogte kan dat denk ik wel omlaag (320*240 oid)...

Dat bestaat al maar er zijn dure camera's voor nodig aangezien niet de kleur maar de afname in fluorescentie wordt gemeten na een lichtpuls. Zoek maar eens op "planar optode"...

Meten van zuurstof in lucht is bijvoorbeeld handig om verpakkingen voor levensmiddelen te meten. Als deze techniek een beetje nauwkeurig is kun je in een verpakking het zuurstofgehalte meten. Daarmee weet je of deze verpakking goed is verpakt, en of dezedus op de goede houdbaarheid uitkomt. Huidige meters zo rond de 1600,- (electrochemisch) en gaan vrij snel kapot (na 2 jaar meten). Oftewel toptechniek om op een goedkope manier te meten. In de industrie zijn er veel meer mogelijkheden, waterzuiveringen etc.

Dus top dit!

Hoe wil je dat meten dan? de elektrode moet in contact staan met de lucht.

Het voorbeeld van het meten van het zuurstofniveau in het bloed klinkt ook leuk maar bloed is echt 'tuig', erg lastig om zo'n elektrode weer goed schoon te maken.

Als ik de bron goed lees, kun je een foto maken, met de " oude" electrochemische cellen moest de lucht in contact staan met de sensor, bij een "foto" lijkt me dit niet het geval "...... heeft echter een manier ontwikkeld om met behulp van een camera de zuurstofconcentratie in lucht of water te meten door simpelweg een foto te nemen. "

De enige vraag die het bij me oproept is met welke achtergrond de foto moet worden genomen.
Dus lijkt me wel revolutionair, meten zonder contact,

First.

Beetje jammer..

OT:
Wel een mooie techniek, zou je op termijn zelfs instaat stellen je eigen zuurstofgehalte te meten wat voor duikers handig kan zijn!

Als ex-duiker weet ik niet wat ik hier aan zou hebben. De enige plekken waar ik dit nut zie hebben is of in een "rebreather" (geen luchtbellen duikfles, gesloten systeem) maar dan moet het ding mee onder water.
Anders zou het enkel handig zijn in de EHBO kist, maar als iemand met zuurstoftekort al boven komt, dan is het bellen van een ambulance al zeker.

Wellicht voor onderzoek naar zuurstofconcentratie in water of bij andere chemische processen waar geen direct contact tussen de sensor en de te meten materialen mogelijk is.

Iemand enig idee hoe mooi de plaatjes van de ruimte zouden worden hiervan? (denkt aan startrek sensors)

Anders zou het enkel handig zijn in de EHBO kist, maar als iemand met zuurstoftekort al boven komt, dan is het bellen van een ambulance al zeker.

De kist bedoel ik ook, maar ik wist niet dat je dan toch al te laat was

In een rebreather is dit niet nauwkeurig genoeg. In een EHBO kist heeft het geen toegevoegde waarde. Een duiker die een ongeval heeft gehad geef je per definitie 100% zuurstof. Daar hoef je niets voor te meten.

misschien om de zuurstofconcentratie van je nitrox te meten? dat moet namelijk altijd voordat je ermee duikt.
minimumconcentratie is dus 1 procent, maar wat is de precisie van deze meting?

Ook iets voor de koi wereld. Zuurstof meters zijn zeer duur (voor hobby doeleinde) op dit moment.

Sorry, maar kunnen jullie paars licht definiëren? Wordt er misschien UV-licht of tegen UV-licht aan (in elektromagnetisch spectrum) bedoeld?
Ik weet niet de emissie van elk element / molecule uit mijn hoofd. Maar ik geloof niet dat zuurstof zichtbare fotonen (licht deeltjes) uitstraalt als deze terugvalt naar zijn grondtoestand. (Zuurstof moet licht uitstralen, anders is het volgens mij niet zichtbaar op een foto gevoelige chip).
Voorbeeld: warme materialen stralen IR-straling uit, dat gevoeld kan worden als warme straling (denk aan een IR-lamp op terassen o.i.d.)

UV: Ultraviolet (ná violet in elektromagnetisch spectrum)
IR: Infrarood (vóór rood in elektromagnetisch spectrum)

Wolfbeis suggests the sensor film could be placed on skin to reveal areas of low oxygen concentration where a tumour could be developing. Elsewhere, if the sensors were stuck to aircraft wings, photographs could provide a simple means to determine local air pressure.

[Reactie gewijzigd door Virtox op 19 juni 2010 16:02]