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Thema: Sensor für Wärmestrahlung, Matrix

  1. #1
    Benutzer Stammmitglied Avatar von PlasmaTubeI²C
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    Sensor für Wärmestrahlung, Matrix

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    Hallo,

    bin neu hier und auf der Suche nach einem Sensor für Wärmestrahlung. Natürlich kein einfacher PIR aus nem Bewegungsmelder sondern schon eine kleine Matrix.
    Habe auch schon einen gefunden, den man über I2C mit dem Arduino auslesen kann, der hat ne Auflösung von 16x4 Pixel: Melexis MLX90620. Gibt es auch
    bei Ebay, für ca 70€ incl Versand aus den USA.
    Kennt da jemand zufällig eine Möglichkeit mehr Pixel zu bekommen, bzw einen höher auflösenden Sensor? Hab als Projekt ne möglichst mobile Wärmebildkamera
    auf Arduino-Basis im Sinn, nur ist 16x4 eben sehr pixelig...

    Mal anders gefragt, hat schon jemand Erfahrungen mit diesem Sensor gemacht und kann vielleicht helfen?
    Gruß, Stefan. Rechtschreibfehler gefunden? Kannste behalten!

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    Als alternative gib es noch den Panasonic Grid-Eye der hat ne 8x8 Matrix. Preis sind ca. 30€, aber die Verfügbarkeit ist noch gering.

    Gruß Matthias

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo!

    Je nach Wiederholungsfrequenz des Bildes, fällt mir bewegter Sensor pro Zeile bzw. Spalte ein (ännlich wie bei Nipkow Kamera) bzw. verteilen eines grösseren Bildes optisch (z.B. per feste Spiegel) auf mehrere kleinere Bildsensoren (wie bei Passfotokameras, die gleichzeitig 4 Fotos von einem "Objekt" machen).
    Geändert von PICture (05.04.2013 um 15:56 Uhr)
    MfG (Mit feinem Grübeln) Wir unterstützen dich bei deinen Projekten, aber wir entwickeln sie nicht für dich. (radbruch) "Irgendwas" geht "irgendwie" immer...(Rabenauge) Machs - und berichte.(oberallgeier) Man weißt wie, aber nie warum. Gut zu wissen, was man nicht weiß. Zuerst messen, danach fragen. Was heute geht, wurde gestern gebastelt. http://www.youtube.com/watch?v=qOAnVO3y2u8 Danke!

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von malthy
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    Dieser Grid Eye Sensor ist ja mal nett. Hätte gerne einen zum Spielen, habe ihn allerdings bei den üblichen Verdächtigen (digikey, mouser, usw) nicht gefunden. Kennt jemand eine Bezugsquelle? Auch habe ich kein Angebot für Samples auf der Panasonic-Seite gefunden. Weiß jemand ob die das machen?

    Gruß
    Malte

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker Avatar von Torrentula
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    digikey, mouser, usw) nicht gefunden. Kennt jemand eine Bezugsquelle?


    Hier sind sie auf DigiKey:
    http://www.digikey.com/product-highl...-grid-eye/2108
    MfG Torrentula

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von malthy
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    Oh, sorry, keine Ahnung warum ich die eben nicht gefunden habe... Vielen Dank auf jeden Fall!

    Gruß
    Malte

  7. #7
    Benutzer Stammmitglied Avatar von PlasmaTubeI²C
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    Hallo,

    danke für die Antworten!
    @PICture: Ja, so ähnlich hab ichs mir am Anfang auch überlegt, dass ich nur einen Sensor nehme und damit mit 2 Spiegeln einen größeren Bereich
    Pixel für Pixel abscanne. Hab ich auch getestet, mit einem Arduino und als Grafikprogramm Processing wurde mit 2 Servos ne Fotodiode Zeilen-/Spaltenweise abgelenkt,
    am Schluss hatte ich dann ein Schwarz-Weiß-Bild mit 100x70 Pixeln und recht guter Schärfe.
    Einfach die Diode gegen einen IR-Sensor austauschen? Spiegel kann man relativ schnell und präzise ablenken, nur der IR-Sensor müsste um eine annehmbare
    Bildwiederholrate bei z.B 32x32 Pixeln = 1024 Pixel*2 Bild pro sek = 2048 Pixel/sek in diesem Fall 2048 mal pro Sekunde einen neuen Messwert aufnehmen können...
    ich bin mir nicht sicher ob die so schnell sind.

    Hat der Grid-eye denn schon ne Linse drauf? Weil dann noch extra ne teure Germaniumlinse zu kaufen wäre ein bisschen übertrieben.

    Tja wie ich sehe werde ich dann wohl mit den 16x4 Pixeln auskommen müssen, natürlich kann man auch 4 dieser Sensoren zusammenschalten, dann
    hätte man schon 16x16, aber das kostet über 250€ und das ist mir als Testobjekt eindeutig zu viel.

    Werde den Sensor denke ich bald mal bestellen, wenn alles klappt kann ich ja mal berichten wie es so funktioniert.
    Gruß, Stefan. Rechtschreibfehler gefunden? Kannste behalten!

  8. #8
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker Avatar von µautonom
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    Hi, ich habe den MLX90620 in meiner Abschlussarbeit eingesetzt und mich intensiv mit thermischen Detektoren, dazu gehören auch Thermopiles, auseinandergesetzt.

    Geht es dir um die Auflösung oder eher darum eine große Fläche thermisch zu erfassen bzw. möchtest du beides?
    Letzteres ist abhängig von der Anzahl der Thermopiles im Sensor und dem Field of View, der sich daraus automatisch ergibt. Vergrößerst du den Abstand zum Erfassungsbereich, desto größer wird auch die Fläche, die ein einzelnes Thermopile (Pixel) erfasst.
    Wenn du mit dem Sensor näher dran gehst wird es nicht mehr "pixelig", du erfassst dann halt nur einen kleineren Bereich, kannst du dir laucht ausrechnen, anhand des FOVs und dem Abstand zur erfassenden Fläche.

    Es gibt einen bekannten Hersteller in Deutschland, der auch 16x16, 32x31 Thermopiles mit verschiedenen Linsen anbietet (heimannsensor). Ich kann dir aber jetzt schon sagen, dass diese für einen Privatperson unbezahlbar sind. Das was Thermopiles mit einer hohen Auflösung so teuer macht, ist die Linse, die dafür speziell geschliffen werden muss + Kalibrierung usw.. das ist handarbeit...

    Ich kann dir noch weitere bekannte Hersteller nennen, falls du da mal nachfragen möchtest, schon möglich das neue Produkte angeboten werden.

    Grüße

  9. #9
    Benutzer Stammmitglied Avatar von PlasmaTubeI²C
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    ...ich habe den MLX90620 in meiner Abschlussarbeit eingesetzt...
    Das ist schon mal gut.

    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.
    Das soll auch nix "hochprofessionelles" werden, man soll halt wenigstens was verwertbares erkennen können.
    Der maximale Messabstand wird auch unter 1-2 Meter sein. 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?

    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°.
    Gruß, Stefan. Rechtschreibfehler gefunden? Kannste behalten!

  10. #10
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker Avatar von µautonom
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    Zitat Zitat von PlasmaTubeI²C Beitrag anzeigen
    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.

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