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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Ir-Emitter in 8-14 Mikrometer Bereich


Autor: Helge (Gast)
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Hallo,

ich bin auf der Suche nach einen Ir-Emitter, der im 8-14 Mikrometer 
Bereich strahlt. Der Emitter sollte möglichst in Folienform vorliegen, 
einen hohen Emissionsgrad haben und eine möglichst kleine thermische 
Masse besitzen, da er gut pulsbar sein sollte.
Bei lasercomponents gibt's so Ir-Emitter im Standart Gehäuse. Da ist 
eine kleine ca.1mm2 große Schicht eingebaut, die den Kriterien 
entsprechen würde.
Wisst ihr vielleicht, aus welchen Material dies besteht, und ob man das 
vielleicht als Folie kaufen kann ?

schöne Grüße

Autor: karadur (Gast)
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Hallo


8 - 14 Mikrometer ist im Bereich der Körpertemperatur.

Damit würde es ein Widerstand mit geringer Masse schon tun.

Evtl. Druckkopf aus einem Thermodrucker.

Autor: Helge (Gast)
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Der Druckkopf aus nem Thermodrucker hat aber auch nur so eine kleine 
Zeitkonstante, weil die Wärme schnell abgeleitet wird, oder ?

Ich denke es gibt bei so Wärmeimpulsen zwei Möglichkeiten, um auf kleine 
Zeitkonstanten zu kommen.
Entweder hat die Heizfläche an sich so eine geringe Wärmekapazität, dass 
die Zeitkonstante einfch klein wird (das geht wohl nur mit 
Dünnschichttechnik),
oder ich leite die Wärme möglichst schnell mit nem Kühlkörper ab.

Aber wie rechne ich das aus ?
Das Ersatzschaltbild wäre ja ein RC-Glied, bzw. mehrere hintereinander, 
wenn man auch ne Isolationsschicht einbauen muss.

Am besten geeignet wäre einfach ne extrem dünne Folie (wenige 
Mikrometer) die im Idealfall tief schwarz ist, damit der Emissionsgrad 
gegen eins geht.

In den IR-Emittern, wie oben erwähnt ist eigentlich genau so etwas 
eingebaut, aber ich bräuchte das eben als Folie.

Autor: Ich (Gast)
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Du wirst Probleme aben, in dieser Wellenlänge einen starken Strahler zu 
finden, der kein Laser ist. Ein CO2 Laser hat 10.6um, aber 
Schwarzkörperstrahler haben bei dieser Wellenlänge keine gute 
Abstrahlung, mehr bei Wikipedia: 
http://de.wikipedia.org/wiki/Plancksches_Strahlungsgesetz

Autor: Olaf (Gast)
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> oder ich leite die Wärme möglichst schnell mit nem Kühlkörper ab.

Wo kaufst du denn die Waermedioden? :-)
Wenn du Waerme durch einen Kuehlkoerper ableiten willst,
dann gehoert er auch zu deiner Waermekapazitaet die du aufheizen
musst.

Wie schnell willst du eigentlich sein?

Olaf

Autor: Helge (Gast)
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Wirklich stark muss er nicht sein.
Auch nicht sonderlich heiß.
Am Wichtigsten wäre die kleine Zeitkonstante. Der IR-Emitter sollte 
schon so im niedrigen Hertz Bereich pulsbar sein.

Es gibt da so Konstantan-Folien, die sind auch nur so 10 Mikrometer 
dick, aber die haben eben einen elendigen Emissionsgrad.

Das sogenannte bucky-paper aus Kohlenstoffnanoröhrchen hab ich auch 
schon ausprobiert, aber hierbei scheitert es wohl an der thermischen 
Masse des Materials (350 Mikrometer ist zu dick).

Mikroglühlampen geht auch nicht, weil das Glas kein Fenster im genannten 
Wellenlängenberich hat.

Autor: Helge (Gast)
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Diese IR-Emitter würde es z.B bei lasercomponents aus München geben.
Die sind aber auch ziemlich teuer und eben nur in den Standart Größen.
Sowas bräuchte ich halt in SMD-Bauform.

Rein rechnerisch müsste man die Wärmeleitpaste und den Kühlkörper ja 
auch zur thermischen Masse dazurechnen, aber die Versuche zeigen, das 
Wärme von der Oberfläche der aktiven Schicht quasi weggesaugt wird, und 
ich somit an der Oberfläche gemessen eine gerine Zeitkonstante habe

Autor: nullahn (Gast)
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Kann man nicht mit einem anderen Laser ein Stück schwarze Folie 
erhitzen?

Autor: Helge (Gast)
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ja nö, ein Laser viel zu teuer und zu groß.

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Es gibt mehrere Möglichkeiten, schneller zu pulsen.

a) Die Wärme durch stärkere Strahlung schneller abführen: Das 
funktioniert bei hohen Temperaturen besser. Man könnte z.B. zwischen 400 
und 700°C pulsen.

b) Hinter einer Heizfolie befindet sich ein sehr dünnes Gaspolster. Es 
isoliert noch so gut, dass eine genügend hohe Temperatur erreicht wird, 
aber durch die Wärmeleitfähigkeit des Gases oder Luft kühlt der Strahler 
auch wieder schnell ab. Es muss ein Kompromiss zwischen Geschwindigkeit 
und Wärmeverlusten gefunden werden.

c) Mit einem Chopper. Das muss kein Motor sein, ein magnetisch 
angetriebenes Pendel geht auch. Oder etwas ähnliches wie eine Unruhe. 
Diese Unruhe hätte auch einen sehr gleichmässigen Takt.

Ich habe einem Strahler mit Parabolreflektor von Heimann benutzt.
http://www.heimannsensor.com/IRSource.htm
Der war vorne offen, wodurch erstmal keine Wellenlänge geblockt wurde. 
Gepulst werden konnte er mit bis zu 30Hz.

Beim Test auf einer Mülldeponie hatte sich dann die Platin-Heizwendel 
des Strahlers zersetzt (Messung von Kohlenmonoxid). Zum Schutz wurde 
dann ebenfalls ein Fenster eingebaut. Ich hatte eine Mikroskopaufnahme 
davon, finde sie aber leider nicht mehr.

Autor: Dieter Werner (dds5)
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> Am besten geeignet wäre einfach ne extrem dünne Folie (wenige
> Mikrometer) die im Idealfall tief schwarz ist, damit der
> Emissionsgrad gegen eins geht.

Was im sichtbaren Bereich schwarz ist muss das nicht zwangsläufig auch 
bei 8 - 12 µm sein und umgekehrt.

Aluminiumoxidkeramik  Al2 O3  sieht weiss aus, hat aber bei den o.g. 
Wellenlängen einen Emissionsgrad von 95 bis 98%.

Autor: rene (Gast)
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Wir haben schon festgestellt, dass um die 10um herum koerpertemperatur 
ist. Das Problem ist somit die Koerpertemperatur loszuwerden. zB indem 
man einen kalten Hintergrund nimmt, sagen wir -40..60Grad, und dann 
vornedran einen normaltemperierten Chopper drehen laesst.

Autor: Helge (Gast)
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Die Idee mit der Chopperung ist zwar gut, nur in meinem Fall nicht 
praktikabel.
Das Heizelement müsste vorne in ein rundes ca. 10mm Durchmesser Gehäuse 
eingebaut werden. Somit fallen mechanische Lösungen schon mal weg.

Es stimmt schon, dass man wohl einen Kompromiss zwischen Geschwindigkeit 
und Wärmeverlusten finden muss, wobei in meinem Fall eine Temperatur von 
ca. 80° reichen würde, wenn der Emitter nur ausreichend schnell ist.

Es stimmt schon, dass der Emissionsgrad abhängig ist von der 
Wellenlänge, da hab ich mich wohl falsch ausgedrückt.

Hat vielleicht sonst noch jemand Erfahrungen gemacht, mit diesem 
bucky-paper aus Kohlenstoffnanoröhrchen ?
Wenn das nur etwas dünner produziert werden könnte, wär's ja optimal.
Hier gibt's nämlich auch keinen PTC-Effekt.

Oder weiß jemand genau, wie die Wärmeerzeugung in einen 
Thermodruckerkopf vonstatten geht ?

Autor: karadur (Gast)
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Hallo

ein Thermodruckkopf besteht aus einer Widerstandszeile auf einem 
Kühlblech.

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Einen Thermodruckkopf hab ich schon vor längerer Zeit mal probiert. Auch 
kleine SMD Widerstände 0603. Das geht alles nicht richtig.

Ein Keramikwiderstand ~2Watt würde funktionieren. Dann aber mit Chopper, 
da zu träge. Bei der niedrigen Temperatur braucht man schon eine Fläche, 
vielleicht >= 0,5 cm2. Sonst wird nicht genügend Leistung abgestrahlt.

Soll der Empfänger den ganzen Wellenlängenbereich auffangen oder nur 
schmale Bereiche? Sollen Ir-Temperaturfühler kalibriert werden?

Autor: Helge (Gast)
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Die Leistung ist gar nicht entscheidend,
es würde eine Fläche von ein paar Quadratmillimetern völlig ausreichen.

Der IR-Empfänger ist aufgrund der Optik und seiner Eigenschaften auf 
8-14 Mikrometer Wellenlänge ausgelegt. Es sollen keine schmalen Bereiche 
im speziellen detektiert werden.

Die Chopperung würde, außer den schwierigen mechanischen Aufbau, auch 
Probleme machen, weil die Hitzeabgabe auf das Gehäuse auf Dauer zu groß 
werden würde.

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