?

Log in

Конструктивное безделье
От путешествий до высоких технологий
Как собрать тепловизор, вторая часть 
2nd-May-2012 01:03 pm
Итак, InAs фотодиод для среднего ИК.
Вещица хрупкая, редкая и нетривиальная в использовании.
Пик чувствительности - 3.4мкм, изготовлен в Питере фирмой ИоффеЛЕД.


Главное отличие от ФД для видимого света - сильная зависимость характеристик от температуры.
Если у видимых ФД динамическое сопротивление порядка 10^12 Ом, то у InAs ФД оно лишь 400 Ом.
В результате эффекты от температурных изменений становятся макроскопическими.

А меняется R0 от температуры прилично:


Проблем от этого две.



Первая проблема - эти эффекты накладывают ограничения на достижимую чувствительность, и вместо элегантной камеры обскуры приходится использовать линзу.
Пластик, из которого делают плоские лупы Френеля, оказался наиболее прозрачным из бытовых материалов, но даже его прозрачность - процентов 5.

Другой бытовой материал с нужной прозрачностью - поваренная соль.
Однако, сделать из неё линзу задача сильно нетривиальная.
К тому же нужно закругление примерно в миллиметр при диаметре в 25 - вручную такое полировать можно только очень прямыми руками.

Остаётся найти линзы из спецматериалов - классический германий, или CaF2, ZnSe.
Последний используется в лазерных резаках на 10мкм, и достаточно доступен.
Но вопрос пока открытый.

Вторая проблема - дрейф выходного сигнала от температуры.
На деле, при закрытом объективе стоящая в комнате камера (закрытая герметичная коробка!) выдаёт вот такое изображение, просто за счёт микроизменений температуры:


Нетрудно понять, что с такими колебаниями ничего красивого на снимках не будет.


Однако, видно, что скорость дрейфа достаточно мала - один столбец занимает 1.5 секунды, и в пределах его можно предположить, что смещение постоянно.
Тривиальное решение из этого предположения - усреднять линии.

Это неплохо работает на простых снимках, вроде горячего паяльника на холодном фоне.
Но на сложных снимках плывёт яркость:


Что делать?
Например, можно закрывать ФД на каждой линии, получая чёрный фрагмент, и калибровать относительно него.
Просто ставим шторку у края линии:


И всё становится почти идеально - используя значение за шторкой как ноль столбца можно практически полностью убрать дрейф без побочных эффектов:


Осталось добыть линзы.
Может кто посоветовать, где можно добыть германиевую оптику?
Comments 
2nd-May-2012 09:44 am (UTC) - термостабилизация?
например кубик со льдом внутри.
2nd-May-2012 10:03 am (UTC) - Re: термостабилизация?
Проблема в колебаниях температуры - если просто поставить внутрь лоток со льдом толку будет ноль, только чувствительность немного повысится.

А поставить лёд на сам фотодиод уже задача нетривиальная.
На кадр требуется от 8 минут до часа, так что льда должно быть много, а места там мало и мотор большую массу не утянет.
Сильнозамороженный лёд толку не даст - стабилизация может быть только за счёт фригорифичности смеси воды и льда.
Другие смеси, вроде снега с солью, слишком недолговечны.

По науке нужно надевать на диод термоэлектрический охладитель пельтье и термостат к нему.
Или сильно охлаждать всю коробку чтобы утопить дрейф повышением чувствительности.

Так что отношение качества к сложности у шторки получается выше, чем у других найденных на данный момент вариантов.
9th-May-2012 09:58 am (UTC) - Re: термостабилизация?
Если два фотодатчика достаточно идентичны, то можно рядом поставить второй с закрытым окном и использовать ток с него как эталонный, находя разность.

Параболические зеркала можно поискать здесь:
ОАО Оптопром, http://www.msyp.ru/cat/kompaniy69808/s-1201916075.html
ЗАО "Аналит-РД" http://www.msyp.ru/cat/kompaniy23687/s1889127266.html
9th-May-2012 01:30 pm (UTC) - Re: термостабилизация?
Теоретически может сработать, проверю если доделаю многодатчиковую каретку.

Их у меня всего два, и они несколько отличаются по уровню фона.
Закрыть на нём "окно" - дело достаточно хитрое, т.к. конструкция датчика максимально открытая - просто коснешся пальцем и ку-ку.

Учитывая насколько мизерны температурные колебания от которых они дрейфуют, просто прикрытия кристала уже может быть достаточно чтобы сильно изменить сдвиги.

2nd-May-2012 09:53 am (UTC)
http://4545455.ru/catalog/security/burglar_alarms/accessories_ops/ens-_-quot-a_corridor_for_animals-quot-_for_infrared_sensors_js-7910.html

а попробуйте параболическое зеркало от большого фонарика.

Снимки делались ночью? Как выглядит снимок человека? Или на близком расстоянии резкости не будет?
2nd-May-2012 10:16 am (UTC)
Для человека пока чувствительности мало - как минимум оптику нужно попрозрачнее.
Самая большая проблема будет сидеть неподвижно перед объективом минут двадцать.

Снимки из окна делались днём - 3.4 мкм находится в первом атмосферном ИК окне, и солнечного света там предостаточно.


Про зеркала - вариант, но конструкцию нужно сильно менять, а я ещё не отчаялся добыть линзы.
Про линзу от кошек - пока не понял, что это за штука. Характеристики не нагугливаются.
Вроде как просто угловой ограничитель -
2nd-May-2012 10:27 am (UTC)
По поводу термостабилизации - я бы сделал подогрев до постоянной температуры.
Как вариант - охлаждение каким-нибудь элементом Пельте, но там уже будет геморрой с отводом лишнего тепла из ящика, по-моему.
2nd-May-2012 10:49 am (UTC)
Подогрев свм по себе - плохая идея.
С повышением температуры и резко падает чувствительность, и сильнее колебания, а значит нужна более точная стабилизация. Снежным комом всё катится к худшему.

Хотя, может быть удачной комбинация - сильно охладить всю коробку, и подогревать диод до чуть более высокой постоянной температуры, которая тем не менее будет ниже или равна комнатной.

Про элемент Пельтье - проблем с точки зрения стабилизации не будет - теплоотвод минимальный. Проблемы будут только если им охлаждать в глубокий минус.
2nd-May-2012 10:51 am (UTC)
Тогда - сделать массивный радиатор для диода и к нему прикрепить пельте с термодатчиком.
This page was loaded Feb 27th 2017, 4:33 am GMT.