Diy -lämpökameran telemuunnin: 15 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

Ostin hiljattain Seek RevealPro -lämpökameran, jossa on 320 x 240 lämpösensori ja> 15 Hz: n kuvataajuus uskomattoman edulliseen hintaan.

Yksi tämän kameran ainoista ongelmista on, että siinä on kiinteä 32 asteen näkökenttälinssi. Tämä sopii yleiseen lämpötarkastukseen, mutta se on todellinen haitta, kun yritetään käyttää kameraa lähikuvissa arvioidakseen haihtumista painetuilla piirilevyillä tai tunnistamalla viallinen tai alikokoinen komponentti. Etäisyysalueen vastakkaisella puolella oleva 32 ° FOV -objektiivi tekee vaikeaksi nähdä ja mitata etäisyydellä olevien kohteiden tai pienempien kohteiden lämpötilan normaalilla etäisyydellä.

diy "makro" suurennussovittimia on kuvattu, mutta en ole tietoinen siitä, että kukaan olisi vielä näyttänyt kuinka rakentaa telemuunnin yhdelle näistä kameroista.

Vaihe 1: Yksinkertaiset teleskoopit

Objektin kuvantaminen kaukaa lämpökameralla vaatii yksinkertaisen teleskoopin, joka on valmistettu 10 µm: n alueella toimivista linssistä. Perus taitekoskooppi, jossa on kaksi optista elementtiä, objektiivi ja okulaari. Tavoitteena on suuri linssi, joka kerää valoa kaukaisesta kohteesta ja luo kuvan kohteesta polttotasossa. Okulaari on vain suurennuslasi, jonka kautta lämpökamera voi tarkastella virtuaalista kuvaa.

Kuten kuvassa näkyy, taitekoskoopilla on kaksi peruskonfiguraatiota: Keplerian teleskoopissa on lähentyvä objektiivi -okulaari ja Galilean teleskoopissa on erilainen objektiivi -okulaari. Keplerian teleskoopin läpi katsottu kuva on käänteinen, kun taas Galilean teleskoopin tuottama kuva on pystysuorassa. Teleskooppi itsessään ei ole kuvanmuodostusjärjestelmä. Pikemminkin kaukoputkeen kiinnitetty lämpökamera muodostaa lopulta kuvan oman optiikansa kautta.

Keplerian teleskoopin suurennus määräytyy objektiivin ja okulaarin linssien polttovälien välisen suhteen perusteella:

Suurennus_Keplerian = fo/fe

Galilealainen kaukoputki käyttää positiivista objektiivia ja negatiivista okulaaria, joten sen suurennos annetaan:

Magnigication_Galilean = -fo/fe

Objektin koko on myös tärkeä, koska mitä suurempi sen halkaisija on, sitä enemmän valoa se voi kerätä ja sitä paremmin se pystyy ratkaisemaan lähellä olevat kohteet.

Vaihe 2: Lämpökuvantamiseen sopivien objektiivien valitseminen

Lämpökamerat mittaavat infrapunavalon voimakkuuden noin 10 µm. Tämä johtuu siitä, että esineet säteilevät mustan kappaleen säteilyä, joka on korkeimmillaan tuolla aallonpituudella Wienin siirtymälain mukaisesti. Normaali lasi ei kuitenkaan läpäise valoa näillä aallonpituuksilla, joten lämpökuvauksessa käytettävien linssien on oltava joko germaania tai sinkkiselenidiä, jotka sallivat 10 µm: n säteilyn läpäistä.

Germanium (Ge) -linssejä käytetään yleisimmin lämpökuvantamissovelluksissa, koska niiden laaja lähetysalue (2,0 - 16 µm) kiinnostavalla spektrialalla. Germanium-linssit ovat läpinäkymättömiä näkyvälle valolle ja niillä on lasimaisen harmaa metallinen ulkonäkö. Ne ovat inerttejä ilmaan, veteen, emäksiin ja useimpiin happoihin. Germaniumin taitekerroin on 4,004 10,6 µm: n kohdalla, ja sen siirto -ominaisuudet ovat erittäin lämpöherkkiä.

Sinkkiselenidiä (ZnSe) käytetään paljon yleisemmin CO2 -laserien kanssa. Sillä on erittäin laaja lähetysalue (600 nm - 16,0 µm). Koska näkyvän spektrin punaisen osan absorptio on vähäistä, ZnSe-linssejä käytetään yleisesti optisissa järjestelmissä, joissa yhdistyvät CO2-laserit (jotka yleensä toimivat 10,6 µm: n aallonpituudella) ja edulliset näkyvät-punaiset HeNe- tai puolijohde-laserit. Niiden lähetysalue sisältää osan näkyvästä spektristä ja antaa niille syvän oranssin sävyn.

Uusia infrapunalinssejä voi ostaa Thorlabsilta, Edmund Opticsilta ja muilta optisten komponenttien toimittajilta. Kuten voitte kuvitella, nämä linssit eivät ole halpoja-Thorlabsin halkaisijaltaan Ø1/2-tuumaiset Ge-linssihinnat ovat noin 140 dollaria, kun taas ZnSe-linssit ovat noin 160 dollaria. Ø1”Ge-linssit myyvät noin 240 dollaria, kun taas ZnSe tällä halkaisijalla noin 300 dollaria. Ylimääräiset löydöt tai Kaukoidän tarjoukset ovat siis parhaita makro- ja teleobjektiivien valmistukseen. Kiinalaisia ZnSe-objektiiveja voi ostaa eBay®-palvelusta noin 60 dollarilla.

Vaihe 3: Telemuuntimen suunnittelu

Löysin Ø1”Ge plano-kupera linssi, jonka polttoväli on 50 mm (samanlainen kuin Thorlabs LA9659-E3) ja Ø1/2” Ge plano-kupera linssi, jonka polttoväli on 15 mm (samanlainen kuin Thorlabs LA9410-E3) Keplerian-telemuuntimen valmistamiseksi. Suurennus on seuraava:

Suurennus = fo/fe = 50mm/15mm = 3,33

Muiden suurennosten teleobjektiivit on helppo suunnitella käyttämällä yllä esitettyjä yksinkertaisia kaavoja. Huomaa, että päälinssiputken pituutta on ehkä muutettava, koska linssien välisen etäisyyden tulisi olla lähellä f0 + fe.

Vaihe 4: Kerää komponentteja telemuunninta varten

Tarvitset seuraavat komponentit minun kaltaisen telemuuntimen rakentamiseen (kaikki ovat Thorlabs -osia):

LA9659-E3 Ø1 Ge Plano-kupera linssi, f = 50 mm, AR-pinnoitettu: 7-12 µm

LA9410-E3 Ø1/2 Ge Plano-kupera linssi, f = 15 mm, AR-pinnoitettu: 7-12 µm

SM1V05 Ø1 säädettävä linssiputki, 0,31 tuuman matka -alue 30,25 dollaria

SM1L15 SM1 -objektiiviputki, 1,50 kierteen syvyys, yksi pidätysrengas sisältyy 15,70 dollaria

SM1A1 -sovitin, jossa on ulkoiset SM05 -kierteet ja sisäiset SM1 -kierteet 20,60 dollaria

SM05L03 SM05 -objektiiviputki, 0,30 tuuman kierteen syvyys, yksi pidätysrengas sisältyy 13,80 dollaria

SM1RR SM1 pidikerengas Ø1 linssiputkiin ja kiinnikkeisiin 4,50 dollaria

Yhteensä uusilla germaniumlinsseillä 466,33 dollaria

Asunto vain 84,85 dollaria

Asensin telemuuntimeni Thorlabin SM1- ja SM05 -putkikomponenteista valmistettuun optiseen putkeen. Sijoitin objektiivin SM1V05 -säädettävän linssiputken etuosaan tarkennuksen mahdollistamiseksi mahdollistamalla linssien välisen etäisyyden säätämisen. Tarkennuksen lukitsemiseen käytetään ulkoista SM1 -rengasta. Käyttämällä Thorlabsin uusia osia voit odottaa kuluttavan noin 466 dollaria. Jos käytät eBay®: n ZnSe -linssejä ja uusia osia koteloon, käytät todennäköisesti noin 200 dollaria.

Teleskoopin kotelon ei tarvitse olla yhtä hieno kuin minun. PVC -putket, joissa on jokin tarkennusjärjestely (esim. Kierteiseen korkkiin asennettu linssi), toimivat täysin OK. Pidän kuitenkin todella Thorlabsin SM -putkista, koska ne ovat suhteellisen halpoja ja sopivat täydellisesti tämän tyyppisten optisten instrumenttien rakentamiseen. Lisäksi okulaarin SM05L03 -kierteinen puoli istuu täydellisesti Seek RevealPRO -objektiivin kiinnitysrengasta vasten.

Vaihe 5: Rakentaminen Vaihe 1: Poista rengas SM1L15 -putkesta

Irrota SM1L15 -putken sisällä oleva SM1 -kiinnitysrengas sormillasi tai jakoavaimella (esim. Thorlabs SPW602, joka myy 26,75 dollaria).

Vaihe 6: Rakentaminen Vaihe 2: Valmistele komponentit objektiivin asentamista varten

Valmistele komponentit, joita tarvitset objektiivin kokoamiseen:

• SM1V05 säädettävä linssiputki
• Kaksi SM1 -kiinnitysrengasta (yksi niistä tulee SM1L15 -linssiputkesta, kuten edellisessä vaiheessa on esitetty)
• Ø1 "Ge Plano-kupera linssi, f = 50 mm, AR-pinnoitettu: 7-12 µm (tai vastaava)

Vaihe 7: Rakentaminen Vaihe 3: Aseta SM1 -kiinnitysrengas SM1V05: een 6 mm: n syvyyteen

Työnnä yksi kiinnitysrengas jakoavaimella tai sormillasi noin 6 mm: n syvyyteen säädettävässä SM1V05 -linssiputkessa. Tätä on ehkä muutettava objektiivista riippuen, jonka valitsit objektiiviksi. Ajatuksena on antaa linssin istua riittävästi taaksepäin, jotta voidaan käyttää pidikerengasta linssin toisella puolella.

Vaihe 8: Rakentaminen Vaihe 4: Aseta objektiivilinssi ja ulompi kiinnitysrengas

Aseta objektiivilinssi kupera puoli ulospäin ja kiinnitä se sitten toisella kiinnitysrenkaalla. Varo kiristämästä liikaa, koska se voi vahingoittaa linssiä! Jos käytät pinsettejä tai muuta työkalua jakoavaimen sijasta, varo naarmuttamasta linssiä.

Vaihe 9: Rakentaminen Vaihe 5: Osien valmistelu okulaaria varten

Valmistele osat, joita käytät okulaarin kokoamiseen:

• SM05L03 -objektiiviputki
• SM5 -kiinnitysrengas (poistettu SM05L03 -putkesta)
• Ø1/2 "Ge Plano-kupera linssi, f = 15 mm, AR-pinnoitettu: 7-12 µm (tai vastaava)

Vaihe 10: Rakentaminen Vaihe 6: Kokoa okulaari

Kokoa okulaari asettamalla okulaarin linssi SM05L03 -putkeen. Kupera puoli tulee osoittaa ulkokierteisiin (alla olevassa kuvassa). Kiinnitä objektiivi paikalleen SM05 -kiinnitysrenkaalla. Käytä mieluiten SM05 -kiintoavainta (esim. Thorlabs SPW603, joka myydään hintaan 24,50 dollaria) kiinnittääksesi ja kiristääksesi SM05 -kiinnitysrenkaan. Varo kiristämästä liikaa, koska se voi vahingoittaa linssiä! Jos käytät pinsettejä tai muuta työkalua jakoavaimen sijasta, varo naarmuttamasta linssiä.

Vaihe 11: Rakentaminen Vaihe 7: Asenna okulaari SM1-SM05-sovittimeen

Ruuvaa okulaarin linssikokoonpano SM1A1 SM1-SM05-sovittimeen.

Vaihe 12: Rakentaminen Vaihe 8: Lopullinen kokoonpano

Kierrä lopuksi okulaarin linssikokoonpano (asennettu SM1A1 -sovittimeen) ja objektiivikokoonpano SM1L15 -linssiputkeen. Tämä päättää Keplerian -telemuuntimen asennuksen.

Vaihe 13: Käytä telemuunninta

Aseta telemuunnin lämpökameran linssin eteen ja aloita tutkiminen! Tarkenna objektiivi kääntämällä objektiivikokoonpanoa, kunnes saat tarkimman kuvan kohteesta. Säädettävän objektiiviputken SM1V05 mukana tulevalla ulkoisella SM1 -renkaalla voidaan lukita tarkennusasetus.

Voit harkita Thorlabs SM05NT (6,58 dollaria) SM05-lukitusrenkaan (ID 0,535 "-40, 0,75" OD) kiinnittämistä pysyvästi kameran objektiivikiinnikkeeseen, jotta voit asentaa makro- tai telemuuntimet nopeasti kameran linssin eteen vaikuttamatta sen alkuperäinen toimivuus.

Muista lopuksi, että Keplerian teleskooppi kääntää kuvan ympäri, joten näet lämpökuvan ylösalaisin kameran näytöllä. Se vaatii vain vähän harjoittelua tottua siihen, että kameran osoittaminen asennetulla telemuuntimella vaatii liikkeitä kuvan vastakkaiseen suuntaan.

Vaihe 14: Suorituskyky

Olen erittäin tyytyväinen tuloksiin. Kuvissa on joitain esimerkkikuvia käytössä olevasta telemuuntimesta. Vasemmassa ruudussa näkyy Seek RevealPRO: n kiinteän linssin kautta otettu kuva. Oikeat ruudut näyttävät saman otoksen × 3,33 -telemuuntimen avulla. Lisäsin oranssin suorakulmion vasemmanpuoleisten ruutujen kuviin osoittamaan telemuuntimen suurentamaa aluetta. Suorakulmion mitat ovat 1/3,33 kuvakehyksen mitat, mikä osoittaa, että telemuuntimen suurennus on todellakin × 3,33.

Tietenkin Seek RevealPRO: ssa ja telemuuntimessa käytetyt linssijärjestelmät ovat erittäin yksinkertaisia, joten vääristymiä ja vinjetointia on odotettavissa. Kuten takapihanaapureistani ja osasta taivasta otettuista valokuvista näkyy, vinjetointi näkyy parhaiten käytettäessä telemuunninta kaukana oleviin kuviin. Siitä huolimatta yksityiskohdat, joita ei voida nähdä ilman kameraa, ovat erittäin ilmeisiä telemuuntimen avulla.

Vaihe 15: Lähteet

Seuraavat ovat tässä ohjeessa mainittujen materiaalien lähteitä:

• Etsi - www.thermal.com
• Thorlabs - www.thorlabs.com
• Edmund Industrial Optics - www.edmundoptics.com

Huomaa: En ole millään tavalla sidoksissa näihin yrityksiin.

Lisää lukemista ja kokeiluja

Lisää mielenkiintoisia kokeiluja näkymättömän maailman fysiikasta ja valokuvauksesta saat lukemalla kirjojani (klikkaa tästä saadaksesi kirjojani Amazon.com -sivustolta) ja menemällä verkkosivustoilleni: www.diyPhysics.com ja www. UVIRimaging.com.