Тепловізор своїми руками. Тепловізор з фотоапарата. Принцип роботи тепловізора

Про такий пристрій, як тепловізор, сьогодні чув, напевно, кожен. Виняток, мабуть, становлять лише маленькі діти. Інша справа, що тих, хто бачив цей прилад «живцем», не так багато, тих же, хто тримав його в руках, – і поготів. Але ж є і такі, хто не просто тримав, а створив власний «домашній» варіант тепловізора. Втім, до якої б категорії ви не відносили себе, наша стаття буде в будь-якому випадку вам цікавою. Непосвячені зможуть усвідомити принцип роботи тепловізора, а бувалі і аси - відкрити для себе нові можливості. Але давайте про все по порядку.




Прилад тепловізор, будучи пристроєм для вимірювання температур поверхонь безконтактним методом, здатний істотно полегшити життя представникам багатьох професій. Спочатку винайдений для військових цілей, цей досить складний і дорогий прилад сьогодні успішно застосовується в більшості сфер діяльності людини. Наприклад, у промисловості - для контролю за тепловими змінами при технологічних процесах; в медицині - для діагностики захворювань; при полюванні на птахів і звірів; в будівництві - для визначення зон витоку тепла або, навпаки, місць прокладання труб. І це далеко не повний послужний список цього приладу.

Види пристроїв

Тепловізор — настільки популярний і багатофункціональне пристрій, що має два технологічних варіанти конструкції:

Стаціонарний. Пристрої цієї категорії призначені для використання на промислових підприємствах з метою контролю за технологічними процесами. Система азотного охолодження - досить часте пристосування, яким обладнаний подібний тепловізор. Характеристики його робочих температур досить значні: від -40 до +2000 °C. В основі цих систем лежать, як правило, пристрої, зібрані на матрицях напівпровідникових фотоприймачів.

Переносний (портативний). Інноваційні розробки дозволили відійти від використання громіздкого охолоджуючого обладнання, перейшовши до виробництва тепловізорів на базі неохолоджуваних кремнієвих микроболометров. Таким приладам властиві всі переваги своїх попередників, до яких відноситься, наприклад, малий крок температури при вимірі (01 °C). Можливо також застосування тепловізора даного класу для складних оціночних робіт, що вимагають одночасно простоти використання і портативності пристрою. Багато портативні тепловізори володіють можливістю підключення до ПК для оперативної обробки даних з них.

Застосування тепловізора в тій чи іншій сфері накладає певні відбитки на необхідні експлуатаційні характеристики цього пристрою. Тому перед покупкою цього приладу вами повинні бути оцінені умови його використання. Допоможе в цьому інструкцію. Тепловізор, придбаний без належного ознайомлення з правилами експлуатації, може абсолютно не підходити під ваші потреби. Наприклад, тепловізори, що застосовуються при полюванні, повинні мати ударостійкий корпус з легкого сплаву зі ступенем захисту не нижче ІР54.




Бажано, щоб це була моноблочна конструкція з індикацією на видошукачі і РК-екрані. І видима дальність мисливських тепловізорів повинна досягати 1500 м, тоді як в будівельній сфері такі вимоги до тепловизорам не пред'являються.

Принцип роботи тепловізора

Робота тепловізора заснована на здатності будь-якого об'єкта генерувати теплове випромінювання (ІЧ-випромінювання), інтенсивність якого залежить від температури об'єкта. Тепловізор фіксує ІЧ-промені на великих відстанях, перетворюючи їх у зручний для сприйняття людиною вигляд. Різниця теплових випромінювань різних об'єктів і дозволяє бачити рельєфи в темряві, а також холодні або гарячі потоки. При цьому червоним кольором позначаються максимально високотемпературні ділянки, чорним або синім — низькотемпературні. Слід розуміти принципову відмінність між такими пристроями, як тепловізор і прилад нічного бачення. Різниця полягає в їх здатності бачити в темряві. Тепловізор передає власне ІЧ-випромінювання об'єктів, у той час як прилад нічного бачення – відбите і посилене випромінювання-підсвічування від інших об'єктів. Тобто виконання функцій приладу нічного бачення тепловізором можливо, а ось побудова теплокарти з допомогою приладу нічного бачення – ні. Алгоритм роботи тепловізора складається з трьох етапів:

Фіксації ІЧ випромінювання.

Перетворення його в температурні величини.

Формування термограми – теплового зображення об'єкта, що відображає розподіл температури на поверхнях об'єктів.

Причому ці дії відбуваються миттєво. Незважаючи на досить складний принцип роботи тепловізора, схема портативного пристосування не є занадто громіздкою. Однак слід враховувати, що для достатньої чіткості зображення на екрані вимагається наявність спеціальної оптики, з домішкою німеччина. Саме цим і продиктована дорожнеча професійних пристроїв. Їх вартість обчислюється тисячами, а іноді і десятками тисяч доларів. Погодьтеся, сума чималенька. Величезні можливості тепловізорів вже давно надихають багатьох молодих людей на ідею зібрати це пристрій власноруч. І, на щастя, спобличчя, що дозволяють змайструвати тепловізор своїми руками і уникнути настільки значних витрат, існують. Звичайно, якщо не передбачається використання приладу в професійних цілях. Три варіанти реалізації тепловізора в домашніх умовах ми наводимо нижче – вибирайте, який вам сподобається більше. А датчики для тепловізорів та інші елементи пристрою можна купити в готовому вигляді.

Варіант № 1. Тепловізор своїми руками з фотоапарата

Цей метод заснований на тому факті, що спочатку матриці всіх фотоапаратів чудово фіксують інфрачервоне випромінювання, яке, власне, й необхідно для роботи тепловізора. Інша річ, що виробники фототехніки роблять так, щоб пристрої бачили те ж саме, що й людське око. Для цього перед матрицею ставиться спеціальний фільтр, поглинаючий або відбивний практично всі ІЧ-випромінювання - «теплове дзеркало», або hot mirror. Завдяки цьому фільтру матрична крива чутливості стає аналогічною кривої чутливості людського ока. Тому зробити своїми тепловізор руками з фотоапарата просто, потрібно лише виконати дві дії — вийняти з фотоапарата теплові фільтри, а замість них встановити фільтр видимого спектру. Втім, як показує практика, останнє не завжди обов'язково.

Сфера застосування саморобного тепловізора

Чи можливо використання тепловізора, виготовленого в такий спосіб, в домашніх потребах? Цілком. Чи придатний такий тепловізор для будівництва або, наприклад, при полюванні? Цілком ймовірно. У всякому разі, любителям відпочинку на природі такий пристрій точно припаде до душі. З його допомогою ви зможете контролювати наближення тварин до вашого табору в нічний час, а також у тумані або клубах пилу проводити пошуки заблукалих членів групи. Якщо у вашому розпорядженні є непотрібна дзеркалка, близько 40 $ на ІЧ-фільтр, бажання і можливість розібрати фотоапарат, то спробувати цей варіант, звичайно ж, варто.

Варіант № 2. Тепловізор своїми руками за допомогою інфрачервоного термометра і плати Arduino

Ідея цього методу дуже проста. Щоб створити тепловізор своїми руками потрібно недорогий інфрачервоний термометр — це такий прилад, який вміє вимірювати температуру конкретної точки простору на невеликій відстані, і плата Arduino, через яку ми підключимо його до RGB світлодіодів з якого-небудь ліхтаря. Плата Arduino являє собою програмно-апаратний засіб, призначений для побудови непрофесійними користувачами простих систем зі сфери автоматики і робототехніки. Запрограммируем систему так, щоб ліхтарний світло забарвлювався в різні кольори в залежності від показань термометра. Зробимо традиційно, щоб високій температурі відповідав червоний колір, а низької — синій. Таким чином, направляючи ліхтар із вбудованим термометром на будь-який об'єкт, ми автоматично подсвечиваем цей об'єкт відповідним кольором, залежно від його температури. Якщо до даного набору додати ще й фотоапарат, то ви не просто зможете бачити в кольорі температури поверхонь, що оточують вас предметів, але і отримаєте зображення, нічим не гірше тих, що дозволяють побачити навіть найдорожчі тепловізори.

Де можна використовувати тепловізор?

Звичайно, подібні пристрої не такі, як тепловізори для полювання. Своїми руками складно зробити потужний апарат. Але представлений варіант цілком зможе стати в нагоді для домашніх потреб, тим більше що вартість даної саморобної конструкції не перевищує 50 доларів.

Варіант № 3. Вдосконалений саморобний тепловізор для зйомки нерухомих об'єктів

Своєю появою на світ розробка зобов'язана двом німецьким студентам Максу Риттеру і Марку Коулу. Ці юні жителі р. винайшли Миндельхейма досить-таки проста у виготовленні пристрій і отримали за нього нагороду в 2010 році на науково-технічному форумі. Пристрій складається з двох сервоприводів (для горизонтального і вертикального переміщення), контролера Arduino (відповідального за обробку сигналів і передачі даних на ПК), модуля безконтактного датчика температур (наприклад, MLX90614-BCI), лазерного модуля лазерної указки (буде вказувати на зону сканування), корпусу і веб-камери. Також знадобляться два резистора з 4.7 кОм і штатив. Камері відводиться роль своєрідного видошукача області сканування, а також джерела вихідної картинки, з цією роллю здатна впоратися будь-яка дешева веб-камера (чим вона менше, тим краще). Дані, що генеруються датчиком, що можуть зчитуватися з допомогою шин SMBus і ШІМ. Наш випадок припускає також використання датчика з індексами BCI. Живлення 3V. Індексом BCI позначається тип форм-фактора з насадкою, забезпечує вузький кут зору 5°.

Збірка

Розміщуємо плату Arduino в корпусі з батарейним відсіком.

Закріплюємо серводвигун за допомогою суперклею або епоксидки в передньому порожньому просторі плати.

Розміщуємо другий серводвигун в поворотному пристрої і закріплюємо всю конструкцію.

Підключаємо інфрачервоний термометр до Arduino, приєднавши для цього до GND Ground, SDA до PIN4 VIN до 3.3 V і SCL до PIN5. Також встановимо резистор 4.7 кОм, підключивши SDA до 3.3 V і SCL до 3.3 V.

Виробляємо підключення Laser Card або ж лазерної указки. Це для того, щоб відстежувати, з якого місця зараз відбувається сканування.

Встановлюємо веб-камеру так, щоб її напрямок точно збігалося з напрямком ІЧ-датчика і лазера.

І все. Ви зробили тепловізор своїми руками!

Для чого згодиться

Процес сканування об'єкта і видача теплової карти займає близько хвилини, адже датчик сканує майбутню картинку крапку за крапкою. Це, звичайно ж, абсолютно марно для процесу полювання. Однак відмінним помічником буде даний саморобний тепловізор для будівництва та інших ремонтних робіт. Наприклад, його можна використовувати в якості методу перевірки на предмет нагріву електричних з'єднань або силових збірок. Пристрій дозволяє не тільки бачити теплограмму, але і кількісні величини температур. Крім повільної роботи тепловізор має ще один недолік – жорстку прив'язку до ПК, що робить його слабомобильним. Але в деяких випадках можливості пристрою і його вартість цілком себе виправдовують – за всі комплектуючі вам доведеться викласти не більше 200. е.

Висновки

З описаних нами варіантів складання саморобних тепловізорів напрошуються два висновки:

Змайструвати тепловізор самостійно цілком можливо.

Саморобний тепловізор має дуже вузьку область застосування.

Тому якщо тепловізор вам необхідний в глобальних цілях, варто відкласти експерименти і витратитися на високоякісну техніку. Всім же, хто просто любить конструювати і кого цілком влаштують можливості саморобок, можна дати пораду - збирайте, експериментуйте, і цілком може бути, що вам вдасться переплюнути досягнення описаних нами саморобних варіантів і створити набагато більш досконалі тепловізори для полювання своїми руками. Дерзайте! Тим, хто не особливо дружить з паяльником і викруткою, але дуже любить проводити час на природі, а також тим, кому в професійних цілях може знадобитися візуалізація температурних властивостей предметів в діапазоні від 0 до 100 °C, рекомендується звернути увагу на готове напівпрофесійне устаткування. Наприклад, на смартфони з тепловізором Flir One. Ці пристрої цілком можуть послужити службу мисливцям, рибалкам і мандрівникам-екстремалам, оскільки зручні, мобільні, здатні працювати при температурі від 0 до 45 °C і високою атмосферної вологості. І при цьому вартість такого пристрою не набагато відрізняється від витрат на всілякі саморобки.