Sensor für Wärmestrahlung, Matrix

[µautonom]

Es geht mit hauptsächlich um eine einigermaßen "gute" Auflösung, um auch kleinere Wärmeverteilungen bzw Strukturen
erkennen zu können, wenn man z.B eine Platine fotografiert, dass man wenigstens erkennt, welcher Bereich von einem IC heißer ist, und nicht nur dass es heiß ist.
Das FOV ist eigentlich egal, kann wie bei einer normalen Kamera im Bereich von 40-80° liegen.

Bei dem verwendeten Thermopile erfasst du im Abstand von einem Meter mit einem FOV von 60°x16,4° eine Fläche von ca. 100 cm x 26 cm, wenn du das jetzt durch die Anzahl der Pixel in x- sowie y-Richtung teilst, erhälst du in etwa die Fläche die ein einzeles Pixel erfasst, welches dann deiner gesuchten Auflösung entspricht.
nFOV=(grob) 6cmx6cm. Das ist schon recht grob für die Erfassung der Wärmeverteilung, wobei 1 m Abstand zur Platine die du thermisch überwachst, sehr groß ist. Da reicht ein Abstand der im cm Bereich liegt...
Bei einem Abstand von beispielsweise 10 cm, kann ein Pixel eine Fläche von 0,63mm x 0,75mm erfassen, was eine feine Auflösung ergibt, dafür erfasst du insgesamt mit allen Pixeln eine kleinere Fläche.

Allgemein berechnest du das mit folgender Gleichung:
tan(FOV/2)=H/2*d
H=2*d*tan(FOV/2)

d=Abstand zwischen Sensor und der zu erfassende Fläche
H= Kantenlänge in x- bzw. y-Richtung

Daran erkennst du, dass die Auflösung vom Abstand, dem FOV und der Pixelanzahl abhängig ist. Von diesen Parametern kannst du nur den Abstand verändern. FOV geht nur eingeschränkt ... lass es lieber, besser ist du kaufst sofort die 40° Version statt 60°.

Wie ich schon sagte, es kommt darauf an was du thermisch erfassen willst bzw. wie groß die Fläche sein soll. Kommt es dir nur auf die Auflösung an, so kannst du den Abstand verringern, erfasst aber dafür eine kleinere Gesamtfläche.
Mit der Formel kannst du mal selber verschiedene Abstände durchrechnen und gucken welche Auflösung dir ausreicht.

Notfalls, um die Erkennbarkeit zu steigern, könnte man doch auch
das Wärmebild mit einem optischen Bild aus ner kleinen Kamera im Verhältnis 50:50 überlagern oder?

Gehen tut das schon, ist nur die Frage ob dir der Aufwand wert ist. Ich habe das auch in meiner Arbeit gemacht, indem ich das thermische Bild mit dem Bild, das ich mit meiner DigiCam aufgenommen habe, leicht transparent, übereinander gelegt habe. Wobei das schwierig war, weil ich das nicht exakt deckungsgleich hinbekommen hab. Musst du mal ausprobieren.

Wäre es nicht auch möglich, vor den MLX90620 einen kleinen Spiegel zu setzen und den jeweils um 4 Stufen abzurastern, dann hätte man
doch auch 16x16 Pixel? Normale Oberflächenspiegel mit Alu-Beschichtung reflektieren doch auch Strahlung im Bereich von 1-10µm,
oder liege ich da falsch?
Und das FOV wäre 60x60°.

Einfacher ist es viell. wenn man das Thermopile z.B. an einem DC Motor, Servo was auch immer, befestigt und in die Richtung schwenkt. Die Fläche sozusagen, wie du schon sagtest, abtastest.
Wärmestrahlung lässt sich auch reflektieren, das Material muss einen niedrigen Emissionsgrad ausweisen und damit einen hohen Reflektionsgrad haben. (Kirchhoffsches Strahlungsgesetz). Das haben die meisten metallischen Stoffe. Aluminium, dazu noch poliert, eignet sich sehr gut um Wärmestrahlung zu reflektieren. Hab eben nachgeguckt, Alu hat einen Emissionsgrad von 0,02.

Wobei du bei der Idee mit dem Spiegel das Problem hast, das du auch Reflexionen aus der Umgebung, also von warmen Objekten die sich in der Nähe befinden, einfängst...
Was noch wichtig ist, das du den Emissionsgrad der Oberfläche die du misst, dem Sensor mitteilst, da du ansonsten falsch misst. Der Emissionsgrad muss immer bei der Berechnung der Temperatur berücksichtigt werden.

Bei dem MLX90620 gibt es ein Register, indem du den Emissionsgrad eintragen kannst.

Also ich würde die Variante mit dem "Sensor schwenken" statt Spiegel bevorzugen.

[PlasmaTubeI²C]

Hi,

danke für die ausfürhliche Erklärung!

Bei einem Abstand von beispielsweise 10 cm, kann ein Pixel eine Fläche von 0,63mm x 0,75mm erfassen

Das wäre auf jeden Fall ausreichend.

besser ist du kaufst sofort die 40° Version statt 60°

Ja, das will ich eigentlich auch, nur der einzige Anbieter, der den Sensor bei Ebay verkauft, hat leider nur die 60° Version...
Hab grade spontan keinen Händler gefunden der das Teil anbietet, auch für Privatkunden.

Bei dem MLX90620 gibt es ein Register, indem du den Emissionsgrad eintragen kannst.

Da brauch ich dann auf jeden Fall Hilfe Bin erst seit etwa 4 Monaten im Bereich Microcontroller und Programmieren
unterwegs, hab mit dem Arduino angefangen. Aber mit I2C Adressen auslesen und Register beschreiben, das is noch ein bisschen suspekt

Um den Sensor zu schwenken hätte ich schon nen Servo da, da hast du auch recht, is wohl die einfachste und schnellste Lösung.
Noch ne Frage, im Datenblatt steht, dass der Sensor Framerates von bis zu 512 Bilder/s unterstützt? Auf manchen Seiten steht aber komischerweise
64...
Schafft der Arduino überhaupt so viel in der Sekunde auszulesen? Das wären ja 16x4x512 Bilder/s --> 32768 Pixel/s, und jetzt halt je nach dem wie
viele Werte ein Pixel enthalten kann. Im Datenblatt steht was von 16bit.

Naja wie ich sehe wird das ganze doch ein bisschen komplizierter hab ich die Befürchtung...

[Besserwessi]

Auch wenn der Sensor im Prinzip so schnell ist, wird man normalen Temperaturen keine so schnellen Daten nutzen können, weil man da zu viel Rauschen drauf hätte. Im Vergleich zu einer normalen Kamera hat man eher lange "Belichtungszeiten" zu erwarten. Ich würde also eher mit weniger als 10 "Bildern" pro Sekunde rechnen.

[µautonom]

Da brauch ich dann auf jeden Fall Hilfe Bin erst seit etwa 4 Monaten im Bereich Microcontroller und Programmieren
unterwegs, hab mit dem Arduino angefangen. Aber mit I2C Adressen auslesen und Register beschreiben, das is noch ein bisschen suspekt

Für den Arduino müsste es fertige Bibliotheken geben. Wichtig ist, dass du auch ein NACK (Not Acknowledged) senden können musst. Das signalisiert dem Sensor, das der Master, in deinem Fall der Mikrocontroller, keine Daten mehr haben möchte. Das brauchst du immer dann, wenn du beispielsweise nicht alle 64 Pixel oder Einstellungen aus dem E²PROm auslesen möchtest.

Noch ne Frage, im Datenblatt steht, dass der Sensor Framerates von bis zu 512 Bilder/s unterstützt? Auf manchen Seiten steht aber komischerweise
64...
Schafft der Arduino überhaupt so viel in der Sekunde auszulesen? Das wären ja 16x4x512 Bilder/s --> 32768 Pixel/s, und jetzt halt je nach dem wie
viele Werte ein Pixel enthalten kann. Im Datenblatt steht was von 16bit.

Die Refreshrate von 512 Hz habe ich nicht ausprobiert, da bei mir relativ langsame Temperaturvorgänge zu beobachten waren. Da kann ich auch nur auf das Datenblatt verweisen, das aktuelle findest du immer auf der Herstellerseite, im Notfall schreibst du Melexis direkt an.
Eine so hohe Refreshrate würde vielleicht Sinn machen, wenn man Bewegungen registrieren möchte. Wie Besserwessi schon gesagt hat, sind die Werte bei einer hohen "refresh rate" verrauschter. Das liegt daran, dass im Sensor ein digitales Filter implementiert ist und das braucht nun mal "Zeit" bis die abgetasteten Werte die Filterstufen durchlaufen. Je niedriger die "refresh rate", desto geringer ist das Rauschen, weil über einen längeren Zeitraum gemittelt wird.

Ich würde dem Sensor etwas Zeit lassen, so dass der den IR-Wert im Register nur alle 125-500ms (< 16Hz) aktualisiert.

Naja wie ich sehe wird das ganze doch ein bisschen komplizierter hab ich die Befürchtung...

Du solltest nicht gleich die Flinte ins Korn werfen. Das ist gar nicht so schwierig wie du denkst

[PlasmaTubeI²C]

Hi,

danke für die Tipps. Sorry dass ich so spät antworte, bin wegen einem Schulausflug mehrere Tage weg.
Ja das mit den Framerates wird ähnlich sein wie bei Kamerasensoren, da wird bei Bildfolgen > 500 Bilder/s
auch viel Licht benötigt.
Vllt. könnte man ja "2 Modi" realisieren, einen der zwar viel Bildrauschen und ungenaue Temp. erfasst,
dafür aber eine hohe Framerate hat und einen mit <5 Bilder/s aber hoher Messgenauigkeit.
Bis ich aber anfangen kann mit dem Projektr wird es noch ein bisschen dauern, schulisch is
grade recht viel los, mal schauen wann ich Zeit finden werde!

[PlasmaTubeI²C]

Hi,

so der Sensor ist bestellt, mal schauen wann er ankommt! (wird erst aus den USA verschickt)
Sobald er da is bzw wenn ich erfolgreich Daten auslesen konnte werde ich natürlich hier weiter berichten.

[PlasmaTubeI²C]

Nachtrag: Hab mich schon gewundert wieso nix ankommt...natürlich hab ich das große Glück, das dieses winzige Päckchen beim Zoll hängen bleibt -.-
Mal schauen ob die Scherzkekse ihre Gebühren draufschlagen werden, ich hoffe mal ned!

[Joggls]

Hallo Zusammen,

ich habe für meine Grid-Eye's eine Adapterplatine entwickelt - die beinhaltet das "Vogelfutter" für das Grid-Eye (Widerstand, Kondensatoren... Pullups) - diese sind auf eine 10 polige Stiftleiste (für z.B. Flachbandkabel) herausgeführt. Die Slave-Adresse ist fest auf 1101 000 "verdrahtet" - ist aber so anlegt, dass man die Brücke auftrennen und die Basisadresse auf 1101 001 umstellen kann.

Heute habe ich den Leiterplattenhersteller beauftragt - die Platine ist 30mm x 23mm klein und daher bekomme ich aufgrund des Mindestbestellwerts 40 Stück davon.... brauche aber nur 5 Stück - vielleicht 10...

Falls jemand Interesse hat, kann er für 2,50 Euro (incl. MWSt 19%) - Versandkosten (Briefsendung +0,60 Euro) eine oder auch gerne mehrere unbestückte Leiterplatten haben. Eine Rechnung werde ich natürlich mitliefern ;O)




Gruß, Uwe