Thermische Abbildung

**Manf** · 15.12.2005, 17:14

Mit Keksdose auf Lötkolbensuche
Infrarotsensoren können Strahlung mit der Wellenlänge um 10µm erkennen.
Neben der Anwendung in Bewegungsmeldern bei denen ein breites Feld abgedeckt werden soll, stellt sich oft die Frage nach einer Erhöhung der Auflösung beim Erkennen der Strahlung.

Optik
Mit Glaslinsen ist eine Abbildung nicht möglich da sie für IR im Bereich von 10µm nicht transparent sind. Ein geeignetes Linsenmaterial ist Germanium. Leider ist die Anwendung in Thermokameras nicht so sehr verbreitet, dass gute Objektive für dies Wellenlänge immer noch einige 100 € kosten.
Anstelle einer Linse kann man auch mit einem Spiegel eine Abbildung erreichen. Für eine einfache Demonstration kann man dafür ein Stück Blech nehmen und erst einmal einen zylindrischen Spiegel formen.

Bild hier

Nicht dass es schwierig wäre das Blech zu formen, aber es ist mit dem Einsatz eines Stücks vom Rand einer Keksdose ist die Form recht anschaulich. Der Brennpunkt ist dann im halben Abstand des Radius der Dose vor der Innenseite des Blechs.
Die Abbildungsebene für Strahler, die nicht unendlich weit entfernt sind, ist entsprechend ein kleines Stückchen weiter vom Blech entfernt.

Bild hier

Versuch
Hält man nun einen IR Sensor in die Abbildungsebene (oder einfach erst mal in den Brennpunkt) des Spielgels und montiert den Spiegel auf einen Motor der sich langsam in einem Winkel von 90° hin und herbewegt, dann kann man den Winkelbereich nach Strahlern abscannen.
Im Beispiel ist es ein Schrittmotor mit Getriebe der in 20sec hin und her fährt.
Als Teststrahler dient ein Lötkolben der senkrecht aufgehängt eine schmale Wärmequelle bildet die in der Temperatur einstellbar ist.
Im Versuch wurde er auf 50° 100° 150° und 200° eingestellt und es wurde jeweils mit einem Speicheroszilloskop ein Scanvorgang aufgenommen.
Dieser erste Versuch wurde ohne Justierung des Spiegels durchgeführt er war aber schon so eindrucksvoll, dass ich ihn hier Vorstellen will.

Ergebnis
Rechts sind die Scanergebnisse in 20 sec über einen Winkel von 90° hin und zurück für unterschiedliche Lötkolbentemperaturen gezeigt. Der Lötkolben ist jeweils 2mal im Bild.
Da der Thermosensor ein Differentialsensor ist, wurde er zur Hälfte abgedeckt, Bild oben links. Da der Spiegel im mittleren Bild gerade etwas seitlich steht ist er im Bild links unten noch einmal von seiner Rückseite (mit Abbildung der Kekse) dargestellt.

Manfred

**am_i_jesus?** · 15.12.2005, 17:17

Geilo. Wirklich geilo

**H.A.R.R.Y.** · 04.01.2006, 17:06

Wenn jetzt noch ein Unterbrecherrad vor dem Sensor seine Runden dreht kann man eine saubere Wechselspannung am Sensor abgreifen. Über einen Synchrongleichrichter müßten sich so Temperaturunterschiede von wenigen Grad Kelvin sicher erfassen lassen.

Bei der gezeigten Anordnung wird der Sensor offensichtlich nicht bewegt, so das sich der "Wirkungsgrad" zu den Rändern hin wohl etwas verschlechtern dürfte...

**Manf** · 04.01.2006, 17:41

Wenn jetzt noch ein Unterbrecherrad vor dem Sensor seine Runden dreht kann man eine saubere Wechselspannung am Sensor abgreifen.

Beim vorliegenden Sensor ist das mit dem Choppen wegen der begrenzten Bandbreite des Sensors etwas schwierig, dafür ist das Ausgangssignal recht groß. Links neben dem Peak mit der Temperaturangabe ist übrigens noch eine kleiner Höcker. Der stammt von der Lötstation rechts hinten im Bild.
Manfred

**Al.exe** · 04.01.2006, 19:33

Hi,

Das Problem mit der IR Ortung will ich auch nun mal angehen. Ich verwende einen PIR Sensor (LHI1128PE) von CONRAD und hoffe dass ich das Teil bald kriege (bestellt wäre es ja schon 2 Wochen). Wie dem auch sei, meine Idee lautet, 4 IR Sensoren "über Kreuz" zu montieren, und die Ausgangssignale selbst einer OPV Subtrahierschaltung zuzuführen. Das Ausgangssignal wird zu einem Komparator geführt, bei Komparator = 5V Motor mit Sensorkreuz nach rechts, bei 0V nach links (Kommt auf die Sensoranordung an). hiermit wäre eine automatische Nachführung für thermische Objekte realisiert.
Das einzige Problem, dass ich sehe, besteht darin, dass die Differenzen der Signale so klein sind, dass sie in den Störsignalen (offset Spannung, bias Ströme, offset ströme) der OPV untergehen.

Eine kleine Anregung (hoffentlich),
Al.exe

**Manf** · 04.01.2006, 22:48

Wenn Du es schon bestellt hast kannst Du sicher auch die Bestellnummer oder einen Datenblattlink angeben, dann ist es leichter zu finden.
Manfred

**H.A.R.R.Y.** · 05.01.2006, 12:22

Mit dem Chopperrad kann man auch langsam unterbrechen, so etwa 10Hz oder noch weniger. Die IR-Schalter erfassen auch Katzen die vorbeirennen, das ergibt mit der typischen Multizonenlinse so etwa diese Frequenz.

Welche Skalenteilung liegt denn eigentlich den Oszi-Bilder zu Grunde?

**Manf** · 05.01.2006, 17:38

In der Tat wird die Grenzfrequenz der Sensoren dieses Typs mit 10Hz angegeben, man hat dann gerade noch eine Dreieckfunktion beim Choppen. Es bringt natürlich dann etwas, wenn der Sensor eine AC Ankopplung hat, das gibt es auch, da ja nur Änderungen erfasst werden sollen. Damit wid die Arbeitspunkteinstellung für den Bewegungsmelder einfacher.

Die Bilder wurden mit einer Emfindlichkeit von ca. 100mV/div und ca. 1sec/div aufgenommen.

Vielleicht kann man ja mal PIR Sensoren mit ihren Daten zusammenstellen. Empfindlichkeit und Grenzfrequenz.

Alte Thermosensoren mußten noch gekühlt werden, davor gab es auch noch welche mit Chopperfenstern. Mittelerweile gibt es berührungsfreie Handthermometer für 25€ mit 0,1° Auflösung, auch Fieberthermometer, Pyrometer (auch bei Conrad), Thermokameras mit VGA-Auflösung für 10.000€.

Der Versuch sollte einen Weg andeuten, die Technik alter Thermokameras mit Scannerspiegeln mit Amateurmitteln kosteneffizient nachzuvollziehen.
Manfred