Hallo zusammen,
ich hoffe, dass meine Frage hier zu Analogtechnik passt, weil ich eher
hier als in Haus & Smart Home die Leute erhoffe, die sich auch mit der
Physik auskennen:
Ich habe hier Messergebnisse (Mess-Ergebnisse :), die mich sehr
überraschen: Ich habe einen alten PIR-Bewegungsmelder abgebaut. Er hat
nie so recht funktioniert, das lag aber wohl eher an den
Einsatzbedingungen als am Bewegungsmelder selber. Ich war neugierig, wie
die das mit den Scheiben und ihren Linsenstrukturen machen, und wollte
auch sehen, wie viel Wärmestrahlung überhaupt da durch geht. Es scheint
so wenige Materialien zu geben, die Wärmestrahlung durchlassen.
Auf den beiden Bildern, die ziemlich genau zeitgleich aufgenommen wurden
und einigermaßen identische Bildausschnitte liefern, ist das Ergebnis zu
sehen:
Die Frontscheibe lässt überhaupt keine Wärmestrahlung durch! Das hatte
ich gar nicht erwartet. Hinter der Frontscheibe ist noch eine Folie, die
ich heraus genommen habe. Sie lässt zumindest ca. die Hälfte der
Strahlung durch. Mit der Spitze des kleinen Fingers habe ich die
Frontscheibe berührt, so dass die Stelle erkennbar warm wurde. Ohne
Bild: Von einer 250° heißen Lötspitze "sieht" die Thermalkamera gerade
noch so viel, wie von der Hand, also ca. 36°. Das sind ganz wenige %.
Linseneffekte oder irgendwas ähnliches sind dann natürlich nicht zu
erkennen. Weiß jemand, was dahinter steckt?
- Sind die Sensoren so empfindlich, dass sie mit dem winzigen Rest der
Wärmestrahlung auskommen?
- Arbeiten die Sensoren und Frontscheiben in Wellenlängenbereichen, die
eine Thermalkamera nicht sieht?
- Könnte das Material so gealtert sein? (Eher nicht, den der Sensor hat
immer ungefähr gleich schlecht funktioniert.)
Kommt mir alles nicht plausibel vor.
Der Sensor ist ein LHI958
(http://www.perkinelmer.com/PDFs/Downloads/DTS_LHi778_LHi878_PYD1388.pdf,
damals von Heimann)), für den die spektrale Empfindlichkeit zumindest
nicht in diesem Datenblatt angegeben ist.
Und kennt jemand ein handelsübliches und bezahlbares Material (also kein
Germanium), das Wärmestrahlung auch bei einigen mm Stärke durchlässt?
DZDZ
Der Zahn der Zeit schrieb:> - Sind die Sensoren so empfindlich, dass sie mit dem winzigen Rest der> Wärmestrahlung auskommen?
Mögl. sieht deinen Wärmebildkamera auch in einem anderen Bereich als der
PIR Sensor. Das hier hast du ja bestimmt schon gefunden:
https://www.edmundoptics.com/resources/application-notes/optics/the-correct-material-for-infrared-applications/
und da sieht man, das nahes und fernes IR doch deutlich anders
absorbiert bzw. durchgelassen werden, je nach Material.
Ich hänge dir ausserdem mal das Datenblatt eines AM612 PIR Sensors an,
das auf Seite 8 ein Spektrum des für den Sensor sichtbaren IR darstellt,
interessant ist hier der Einfluss der 5,5µm Schicht.
Hallo Matthias,
mir ist zwar Edmundoptics schon mal über den Weg gelaufen, aber dieser
Artikel nicht. Es geht ja um spektrale Transmissivität, nicht um die
spektrale Empfindlichkeit von Sensoren. Ein handelsübliches und
bezahlbares, thermisch durchsichtiges Material ist nicht dabei :(
Das Datenblatt des AM612 (danke, das macht mich auch schlauer) zeigt
eine Filterkurve. Ich vermute, dass das ein Filter ist, der vor dem
breitbandigeren Sensor ist. Das wäre plausibel. Ich vermute auch, dass
das schon lange Stand der Technik ist und auch bei dem LHI958 zumindest
sehr ähnlich ist. Er wäre dann auch im Bereich ca. 5,5 bis 13 µm
empfindlich. Meine Wärmebildkamera ist angegeben mit: "Spektralbereich
7,5 bis 14 µm". So hätte ich es erwartet. Es sind letztendlich beides
Wärmesensoren, und das spielt sich nun mal bei Raumtemperaturen und
wenig mehr hauptsächlich in diesem Bereich ab
(https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmestrahlung#/media/File:BlackbodySpectrum_loglog_150dpi_de.png).
Grüße, DZDZ
Ich fände es ja mal interessant, deine IR-Durchlass Experimente auch mal
mit anderen Dingen zu sehen, wie z.B. die lila Fensterchen von IR
Fernbedienungen oder solchen Dingen wie Frischhaltefolie und
Acrylplatten. Das Glas so gut wie kein IR durchlässt, ist ja bekannt.
Wollte mir immer mal ne Wärmebildkamera leisten, aber ist nie dazu
gekommen.
Heimann hat allerdings versprochen, simple Thermopile Sensoren auch als
Matrix zu bauen, die sollten deutlich billiger werden als die bisherigen
Rezeptoren:
http://www.heimannsensor.com/products_imaging.php
Auch Silizium lässt den Wellenlängenbereich 8...14µm recht gut durch,
wird allerdings bei Eigentemperaturen über 50°C schnell undurchsichtig.
Ansonsten ist PE-Folie gut geeignet, nicht von ungefähr sind die
Fresnel-Linsen der Billigpyrometer daraus gepresst. Bei Dicken im mm
Bereich ist aber die Dämpfung schon recht hoch.
Zwei Seelen, ein Gedanke - das wollte ich auch immer schon mal. Gibt's
'ne bessere Gelegenheit als jetzt?
Es dauert eine Weile, bis ein brauchbarer Versuchsaufbau steht. Von L ->
R und O -> U:
- Das Messfeld (Alu eloxiert, vom Lötkolben erwärmt)
- Ein SD-Karten-Behälter. Interessant: Der Boden (rechts) war sehr
steil im Bild, der Deckel parallel zum Hintergrund. Trotzdem gleiche
Transmission.
- Ein dünner Kunststoffstreifen, ehemalige Schutzfolie für Alu (-> das
Alu dahinter).
- Frischhaltefolie. Man erkennt leichte Streifen: Die Folie reflektiert
auch.
- Frischhaltefolie 4-lagig (etwas verknittert)
- Das Anmisch-Gefäß von UHU Plus (lag gerade daneben)
- Glasscheibe (Versuch: Von der ca. 220°C heißen Lötspitze kommen noch
ca. 0,3°C durch)
- Kunststofftüte bzw. -beutel ("Bürklin", PE-LD steht drauf)
- Blick von hinten durch meine Bewegungsmelder-Frontscheibe
- Die Folie hinter der Bewegungsmelder-Frontscheibe
- Reflektion von Alu-blank (Folie, ich hab's nicht glatter hingekriegt)
- Reflektion einer Glasscheibe
Ich habe früher viel mit IR-Durchlässigkeit von Acrylglas zu tun gehabt
(IR-Scheinwerfer entwickelt). Deren Transmissionskurven sind oft
veröffentlicht. Manche sind fast undurchsichtig, haben aber bei nahem IR
(~1 µm) bis zu 99% Transparenz. Bei Wärmestrahlung dürften sie alle
intransparent sein. Eine einfache rote Scheibe war es jedenfalls. Ich
habe noch ca. weitere 50 Acryl-Muster, aber nicht hier - das ginge mir
zu weit, sie auszuprobieren.
Thermopiles von Heimann habe ich auch noch, aber keine Arrays. Ich kann
mir nicht vorstellen, das derart komplexe Gebilde billiger als Bolometer
herstellbar sind. Aber vielleicht mit besseren Eigenschaften?
Genug gespielt...
Grüße, DZDZ
Das klassische, quantitativ messende IR-Meßgerät ist ein
IR-Spektrometer.
Früher dispersiv, heute Fourier.
Diese Geräte stehen in vielen Chemielabors, es wurde praktisch schon
jede Substanz mal durchgemessen und dokumentiert, Bereich 2,5 - 40 (60)
µm.
Mal in einem Labor nachfragen.
Gruß - Werner
Die Frischhaltefolie ist ja gar nicht so schlecht, selbst bei der
4-lagigen scheint noch ne Menge durchzukommen, genauso wie bei der
Frontscheibe des PIR Melders.
Der Zahn der Zeit schrieb:> Ich kann> mir nicht vorstellen, das derart komplexe Gebilde billiger als Bolometer> herstellbar sind. Aber vielleicht mit besseren Eigenschaften?
Heimann bietet ja gerade ein Starterkit mit Germanium-Linsenkamera und 2
verschiedenen Matrix Sensoren für 199 bzw. 299 Euro an. Da könnte ich ja
fast schon schwach werden...
Tatsächlich, 80 x 64 für 300 €. Eine wichtige Größe wäre das Rauschen im
Bild, statisch oder dynamisch. Oder ist das die NETD? 0,25k@1Hz würde
sich dann zumindest sehr gut anhören.
Die Aufsätze für Smartphones kennst du sicherlich. Ich würde mir so ein
Ding nicht zulegen, weil ich nicht weiß, wie lange das von der
erforderlichen Hard-und Software unterstützt wird. So ein
Stand-alone-Gerät ist dagegen brauchbar, bis es kaputt ist. Oder bis es
derart von der Technik überholt ist, dass es keiner (außer ein paar
Liebhabern) mehr braucht, wie z. B. Tonbandgeräte, Datenbücher und so
vieles mehr.
Die PE-Folie (Bürklin-Tüte) war im Prinzip noch besser als die
Küchenfolie: Mit der digitalen Schieblehre, die ja auch nur 1/100stel
anzeigt, gemessen waren die 4 Lagen 40 µm dick, die ungefähr gleich
transparenten 2 PE-Lagen der Tüte ca. 80 µm. Die geringe Durchlässigkeit
von < 10% der ca. 0,6 - 0,7 mm starken Frontscheibe würde fast zu PE
passen, wie Dieter auch schreibt. Allerdings ist die Frontscheibe
extrem instabil und spröde, was wiederum auf deren Alter bzw.
UV-Effekte zurück zu führen sein könnte.
Und so könnte dann auch die Antwort auf meine ursprüngliche Frage
lauten: Weil es keine besseren preiswerten Materialien gibt, sind die
Bewegungsmelder erheblich unempfindlicher, als sie es sein könnten, aber
immer noch ausreichend empfindlich für die Praxis.
DZDZ
Bei Edmund Scientific gab/gibt es eine weisse nur wenig durchsichtige
Fresnel Linse für IR, zu der das Transmissionsspektrum abgebildet war.
Ein Spektroskopiker sagte mir, dass es zu Polyethylen gehört.
Reines PE hat ein relativ einfaches Spektrum, das nur die
Absorptionslinien der C-C und C-H Biege- und Streckschwingungen
aufweist.
Verpackungsfolien müssen aber nicht unbedingt aus reinem PE bestehen und
ein IR-Spektrum reagiert recht empfindlich auf Verunreinigungen. Ein
Fingerabdruck genügt!
Es ist auch nicht zweckmäßig Materialien, die für Bewegungsmelder
gedacht sind, mit einem heissen Lötkolben zu testen.
Die 220°C entsprechen fast 500K und dazu gehört ein Emissionsmaximum von
etwa 6µm.
Ein Mensch hat aber eher eine Oberflächentemperatur von 300K
entsprechend 10µm. Dort und bei längeren Wellen müssen Materialien für
Bewegungsmelder transparent sein.
https://de.wikipedia.org/wiki/Wiensches_VerschiebungsgesetzDer Zahn der Zeit schrieb:> Weil es keine besseren preiswerten Materialien gibt, sind die> Bewegungsmelder erheblich unempfindlicher, als sie es sein könnten, aber> immer noch ausreichend empfindlich für die Praxis.
Es gibt immerhin auch noch Spiegel!
Für IR-Spiegel wird gerne eine Goldoberfläche genommen, da die ebenfalls
gur reflektierenden Materialien Kupfer oder Silber an der Luft rasch
anlaufen.
Nachdem ich mir aber am hochglanzpolierten Edelstahlkochtopf meiner Frau
die Pfoten verbrannt habe, obwohl das IR-Thermometer meinte er sei nur
lauwarm, weiss ich, dass auch dieses Material ganz gut reflektiert.
P.S.:
Aus Platzmangel steht in meiner Garage noch ein altes Perkin-Elmer 157G
Spektrometer, mit dem ich vor längerem dieses Spektrum der
Frischhaltefolie aufgenommen habe.
Der Schrieb ist um 5 Kästchen nach links verschoben, weil ich das Papier
nicht richtig eingelegt hatte. Sichtbar an dem kleinen Zacken der
Gitterumschaltung bei 2000/cm.
Vergleichsweise hier noch das Spektrum eines Polystyrolfilms, der als
Referenz dem Instrument beilag.
Wie man sieht, sind da starke Absorptionen im interessierenden Bereich,
die auf den komplizierteren Molekülbau zurückzufühten sind, obwohl auch
dieses Material nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff besteht.
Hallo Hp,
vielen dank für die Infos über physikalische Hintergründe.
> Verpackungsfolien müssen aber nicht unbedingt aus reinem PE bestehen und> ein IR-Spektrum reagiert recht empfindlich auf Verunreinigungen. Ein> Fingerabdruck genügt!
Also könnte die ganz schwache Klebeschicht auf der Verpackungsfolie auch
schon stören(?).
> Es ist auch nicht zweckmäßig Materialien, die für Bewegungsmelder> gedacht sind, mit einem heissen Lötkolben zu testen.
Für eine exakte Messung zweifellos nicht. Für eine 300K Quelle wäre ein
anderer Spektralbereich optimal als für den Lötkolben. (Meine Bilder
habe ich mit ca. 90°C gemacht, nicht mit der Lötkolbentemperatur
selber.)
> Es gibt immerhin auch noch Spiegel!
Spiegel sind im Bewegungsmelder auch. 2 kleine, gleich neben dem Sensor,
um einen 180°-Bereich (Winkel, nicht Temperatur;-) abzudecken.
> Nachdem ich mir aber am hochglanzpolierten Edelstahlkochtopf meiner Frau> die Pfoten verbrannt habe, obwohl das IR-Thermometer meinte er sei nur> lauwarm, weiss ich, dass auch dieses Material ganz gut reflektiert.
Im Kamerabild sind solche "blinden Flecken" sehr auffällig. Typisch:
Netzteil, alles warm oder heiß, nur die Kappen der Elkos haben
Umgebungstemperatur. (Haben sie natürlich nicht.)
Du bist ja wirklich gut für IR-Messungen ausgerüstet. Was bedeutet
Wavenumber in 1/cm? Das kann ja nicht Wellenlänge sein! 4000 Linien pro
cm = 1/400 mm = 2,5 µm Wellenlänge?
DZDZ
Der Zahn der Zeit schrieb:> Du bist ja wirklich gut für IR-Messungen ausgerüstet. Was bedeutet> Wavenumber in 1/cm? Das kann ja nicht Wellenlänge sein! 4000 Linien pro> cm = 1/400 mm = 2,5 µm Wellenlänge?
Ja, siehe auch die Skala am oberen Rand.
In der IR-Spektroskope ist es üblich die Wellenzahl anzugeben anstelle
der Wellenlänge, weil sie -genau wie die Frequenz- ein Maß für die
Energie ist.
> Ja, siehe auch die Skala am oberen Rand.
Oh weh, ich war mit Blindheit geschlagen. Da war ja auch noch 'ne Skala.
Aber weil du dich gut auskennst, vielleicht kannst du mir einen Tipp
geben, oder mich desillusionieren:
Mit der Wärmebildkamera möchte ich normalerweise Aufnahmen aus der Nähe
machen. Die Kamera hat aber einen Fixfocus für unendlich. Das optische
System ist klein genug, um trotzdem bei 10 oder spätestens 20 cm nahezu
vollständig scharf abzubilden, aber ein Bereich von 5 - 10 cm wären
schon sehr interessant.
Habe ich eine Chance, eine einfache Germanium-Linse mit ca. 20 Dioptrien
(5 cm Brennweite) und mind. 6 mm Außendurchmesser zu bekommen, und das
"bezahlbar"? Was immer "bezahlbar" heißt,- ich habe (noch) kein Gefühl
dafür. Ab Lager bei Edmund dürfte es zu teuer sein, aber auch da weiß
ich keinen Preis. Das eine größere Linse in die hunderte € geht, meine
ich zu wissen.
Grüße, DZDZ
@ DZDZ
Baue aus Deinem Fixfokus einen variablen Fokus, dann kannst Du auch den
Nahbereich abbilden.
Die genauen Abstände kann man aus der Linsen-Abbildungsgleichung
errechnen, am bequemsten mit der Newtonform.
Gruß - Werner
Ich hätte hier noch eine alte plankonvexe Ge-Linse, da ist die
Antireflex Beschichtung ziemlich ramponiert.
Brennweite ist irgendwas um die 200mm und das Teil hat 17,5mm
Durchmesser.
Abzugeben gegen aufgerundete Versandkosten.
Hp M. schrieb:> Noch günstiger:> Ebay-Artikel Nr. 330701815190
Super Tipp! Ich dachte bisher, es geht nur vernünftig mit Germanium. Ich
habe in deren Angeboten gestöbert
(http://www.ebay.de/sch/m.html?rmvSB=true&_ssn=win-win-mechatronic&item=330701815190&clk_rvr_id=1228046777961&_from=R40&_sacat=0&_nkw=znse+lens&_sop=15),
und es gibt im wesentlichen ca. 4 verschiedene Durchmesser und 6
verschiedene Brennweiten zu identischen Preisen. Meine Kamera hat so
eine Art "fein gestuften Trichter" mit einem maximalen Innendurchmesser
von ca. 25 mm vor der Linse. Also habe ich versucht, herauszufinden, ob
einer der Durchmesser (18, 19.05 oder 20 mm) besonders gut auf einem der
Ringe liegt. Hat ziemlich viel Zeit und Improvisation gekostet... 20 mm
geht am besten. Die werde ich in 3" Brennweite bestellen (50 mm scheint
mir doch zu wenig).
Werner H. schrieb:> Baue aus Deinem Fixfokus einen variablen Fokus, dann kannst Du auch den> Nahbereich abbilden.
Das ist keine selbst gebaute Kamera und unter den gegebenen Umständen
wäre es nicht sinnvoll, so etwas zu machen.
Dieter W. schrieb:> Abzugeben gegen aufgerundete Versandkosten.
Klasse! Das Angebot nehme ich sehr gerne an! Das deckt wunderbar den
Zwischenbereich ab. Ich melde mich bei dir.
PIR-Fenster.jpg
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