Diy termokamera teleomvandlare: 15 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

Jag köpte nyligen en Seek RevealPro värmekamera, som har en 320 x 240 termisk sensor med> 15 Hz bildfrekvens till ett otroligt överkomligt pris.

En av de enda problemen som jag har med den här kameran är att den levereras med ett fast 32 ° -fältobjektiv. Detta är OK för allmän termisk inspektion, men det är en verklig nackdel när du försöker använda kameran för närarbete för att bedöma avledning på kretskort eller identifiera en defekt eller underdimensionerad komponent. På motsatt sida av avståndet gör 32 ° FOV -objektivet det svårt att se och mäta temperaturen på objekt på ett avstånd, eller på mindre föremål på normala avstånd.

DIY "makro" förstoringsadaptrar har beskrivits, men jag är inte medveten om att någon ännu har visat hur man bygger en teleomvandlare för en av dessa kameror.

Steg 1: Enkla teleskop

Att avbilda ett objekt på avstånd med en värmekamera kräver ett enkelt teleskop med linser som fungerar inom 10 µm -området. Ett grundläggande brytningsteleskop som har två optiska element, ett objektiv och ett okular. Målet är en stor lins som samlar ljus från ett avlägset objekt och skapar en bild av objektet i brännplanet. Okularet är bara ett förstoringsglas genom vilket värmekameran kan se den virtuella bilden.

Som visas i figuren finns det två grundläggande konfigurationer för ett brytningsteleskop: Ett Keplerian -teleskop har ett konvergerande lins okular och ett galileiskt teleskop har ett divergerande lins okular. Bilden som ses genom det kepleriska teleskopet är inverterad, medan den som produceras av ett galileiskt teleskop är upprätt. Teleskopet i sig är inte ett bildbildande system. Snarare bildar den termiska kameran som är ansluten till teleskopet slutligen bilden genom sin egen optik.

Förstoringen av ett kepleriansk teleskop bestäms av förhållandet mellan objektivets och okularlinsernas brännvidd:

Magnification_Keplerian = fo/fe

Det galileiska teleskopet använder ett positivt objektiv och ett negativt okular, så dess förstoring ges av:

Magnigication_Galilean = -fo/fe

Objektets storlek är också viktig eftersom ju större dess diameter, desto mer ljus kan den samla och desto bättre kan den lösa nära föremål.

Steg 2: Välja linser som är lämpliga för värmebilder

Värmekameror mäter intensiteten av infrarött ljus på cirka 10 µm. Detta beror på att föremål avger svartkroppsstrålning som når högst vid den våglängden i enlighet med Wiens förskjutningslag. Normalt glas överför emellertid inte ljus vid dessa våglängder, så linserna som används vid värmeavbildning måste vara gjorda av antingen Germanium eller Zinkselenid som tillåter strålning i 10 µm -området att passera igenom.

Germanium (Ge) -linser används oftast för termiska avbildningsapplikationer på grund av deras breda överföringsområde (2,0 - 16 µm) i det spektrala området av intresse. Germanium-linser är ogenomskinliga för synligt ljus och har ett glasgrått metalliskt utseende. De är inerta mot luft, vatten, alkalier och de flesta syror. Germanium har ett brytningsindex på 4,004 vid 10,6 µm, och dess överföringsegenskaper är mycket temperaturkänsliga.

Zinkselenid (ZnSe) används mycket vanligare med CO2 -lasrar. Den har ett mycket brett överföringsområde (600 nm - 16,0 µm). På grund av låg absorption i den röda delen av det synliga spektrumet används ZnSe-linser vanligtvis i optiska system som kombinerar CO2-lasrar (som vanligtvis fungerar vid 10,6 µm), med billiga synliga-röda HeNe- eller halvledarjusteringslasrar. Deras överföringsområde omfattar en del av det synliga spektrumet, vilket ger dem en djuporange nyans.

Nya infraröda linser kan köpas från Thorlabs, Edmund Optics och andra leverantörer av optiska komponenter. Som du kan föreställa dig är dessa linser inte billiga-Ø1/2 "Ge plano-konvexa linser från Thorlabs är prissatta till cirka $ 140, medan ZnSe-linser är runt $ 160. Ø1" Ge-linser säljer för cirka $ 240, medan ZnSe till denna diameter kostar runt $ 300. Överskottsfynd eller Fjärran Östern är därför bäst för att göra makro- och tele-adaptrarna. ZnSe-objektiv från Kina kan köpas på eBay® för cirka $ 60.

Steg 3: Teleomvandlarens design

Jag kunde hitta ett Ø1”Ge planokonvext objektiv med en brännvidd på 50 mm (liknande en Thorlabs LA9659-E3) och ett Ø1/2” Ge planokonvext objektiv med en brännvidd på 15 mm (liknande en Thorlabs LA9410-E3) för att göra min Keplerian teleomvandlare. Förstoringen är således:

Förstoring = fo/fe = 50mm/15mm = 3,33

Tele -adaptrar med andra förstoringar är enkla att designa med hjälp av de enkla formlerna som visas ovan. Observera att huvudlinsrörets längd kan behöva ändras, eftersom avståndet mellan linserna ska vara nära f0 + fe.

Steg 4: Samla komponenter till telefotoomvandlaren

Du behöver följande komponenter för att konstruera en teleomvandlare som min (alla är Thorlabs -delar):

LA9659-E3 Ø1 Ge Plano-Convex Lens, f = 50 mm, AR-Coated: 7-12 µm $ 241,74

LA9410-E3 Ø1/2 Ge Plano-Convex Lens, f = 15 mm, AR-belagd: 7-12 µm $ 139,74

SM1V05 Ø1 "Justerbart linsrör, 0,31" Travel Range $ 30,25

SM1L15 SM1 linsrör, 1,50 tråddjup, en kvarhållande ring ingår $ 15,70

SM1A1 -adapter med externa SM05 -trådar och interna SM1 -trådar $ 20,60

SM05L03 SM05 linsrör, 0,30 tråddjup, en kvarhållande ring ingår $ 13,80

SM1RR SM1 fästring för Ø1 objektivrör och fästen $ 4,50

Totalt med nya germaniumlinser $ 466,33

Bostäder endast $ 84,85

Jag inrymde min teleomvandlare i ett optiskt rör tillverkat med Thorlabs SM1- och SM05 -rörkomponenter. Jag placerade objektivet på framsidan av ett SM1V05 justerbart objektivrör för att möjliggöra fokusering genom att göra det möjligt att justera avståndet mellan linserna. En extern SM1 -ring används för att låsa fokus. Med helt nya delar från Thorlabs kan du förvänta dig att spendera cirka $ 466. Om du använder ZnSe -objektiv från eBay® och nya delar till huset kommer du förmodligen att spendera cirka $ 200.

Kapslingen för teleskopet behöver inte vara lika snygg som min. PVC -rör med något arrangemang för fokusering (t.ex. objektiv monterat på gängat lock) fungerar helt OK. Men jag gillar verkligen Thorlabs SM -rör eftersom de är relativt billiga och perfekt lämpade för konstruktionen av denna typ av optiska instrument. Dessutom sitter den gängade sidan av okularets SM05L03 perfekt mot hållarringen på Seek RevealPRO -objektivet.

Steg 5: Konstruktion Steg 1: Ta bort ringen från SM1L15 -röret

Med fingrarna eller en skiftnyckel (t.ex.

Steg 6: Konstruktion Steg 2: Förbered komponenter för montering av objektivlinsen

Förbered de komponenter som du behöver för montering av objektivet:

• SM1V05 justerbart linsrör
• Två SM1 -hållarringar (en av dem kommer från SM1L15 -linsröret enligt föregående steg)
• Ø1 "Ge Plano-Convex Lens, f = 50 mm, AR-Coated: 7-12 µm (eller liknande)

Steg 7: Konstruktion Steg 3: Sätt in SM1 -hållarringen i SM1V05 till ett djup av 6 mm

Använd en skiftnyckel eller fingrarna och sätt in en hållarring i det justerbara linsröret SM1V05 till ett djup av cirka 6 mm. Detta kan behöva ändras beroende på objektivet som du valde som ditt mål. Tanken är att låta linsen sitta tillräckligt bakom för att göra det möjligt att använda en fästring på andra sidan linsen.

Steg 8: Konstruktion Steg 4: Sätt i objektivlinsen och den yttre hållarringen

Sätt i objektivet med den konvexa sidan vänd utåt och fixera sedan på plats med den andra hållarringen. Var försiktig så att du inte drar åt för hårt eftersom det kan skada linsen! Om du använder pincett eller annat verktyg istället för en skiftnyckel, var försiktig så att du inte repar linsen.

Steg 9: Konstruktion Steg 5: Förbered komponenter för okular

Förbered de komponenter som du använder för att montera okularet:

• SM05L03 linsrör
• SM5 -hållarring (borttagen från SM05L03 -röret)
• Ø1/2 "Ge Plano-Convex Lens, f = 15 mm, AR-belagd: 7-12 µm (eller liknande)

Steg 10: Konstruktion Steg 6: Montera okularet

Montera okularet genom att sätta in okularlinsen i SM05L03 -röret. Den konvexa sidan ska vända mot de yttre trådarna (nedåt i följande bild). Fäst objektivet på plats med SM05 -fästringen. Använd helst en nyckelnyckel SM05 (t.ex. Var försiktig så att du inte drar åt för hårt eftersom det kan skada linsen! Om du använder pincett eller annat verktyg istället för en skiftnyckel, var försiktig så att du inte repar linsen.

Steg 11: Konstruktion Steg 7: Montera okularet till SM1-till-SM05-adaptern

Skruva fast okularlinsenheten på en SM1A1 SM1-till-SM05-adapter.

Steg 12: Konstruktion Steg 8: Slutmontering

Slutligen skruvas okularlinsenheten (monterad på SM1A1 -adaptern) och objektivlinsenheten på objektivröret SM1L15. Detta slutför monteringen av Keplerian teleomvandlare.

Steg 13: Använd telefotoomvandlaren

Placera teleomvandlaren framför värmekamerans lins och börja utforska! Du bör fokusera linsen genom att vrida objektivlinsen tills den skarpaste bilden av motivet erhålls. Den externa SM1 -ringen som levereras med det justerbara objektivröret SM1V05 kan användas för att låsa fokusinställningen.

Du kanske vill överväga att permanent fästa en Thorlabs SM05NT ($ 6.58) SM05-låsring (ID 0.535 "-40, 0.75" OD) på kamerans linsfäste så att du snabbt kan montera makro- eller teleomvandlare framför kamerans lins utan att påverka dess ursprungliga funktionalitet.

Slutligen, kom ihåg att ett Keplerian-teleskop inverterar bilden, så att du ser termobilden upp och ner på kamerans skärm. Det tar bara lite övning att vänja sig vid det faktum att riktning av kameran med teleomvandlaren installerad behöver rörelser i motsatt riktning av bilden.

Steg 14: Prestanda

Jag är mycket nöjd med resultaten. Figurerna visar några exempel på teleomvandlare som används. De vänstra rutorna visar bilden som tagits genom Seek RevealPRO: s fasta objektiv. De högra rutorna visar samma scen med teleomvandlaren × 3,33. Jag lade till en orange rektangel på bilderna på de vänstra rutorna för att ange det område som förstorats med teleomvandlaren. Rektangelns dimensioner är 1/3,33 i bildramen, vilket visar att förstoringen som uppnås med teleomvandlaren verkligen är × 3,33.

Naturligtvis är linssystemen som används i Seek RevealPRO och teleomvandlaren extremt enkla, så snedvridningar och vinjettering kan förväntas. Som visas på bilderna på mina grannar på bakgården och på en del av himlen är vinjettering tydligast när man använder teleomvandlaren till bildobjekt på ett stort avstånd. Detaljer som inte kan ses med kameran utan hjälp är dock mycket tydliga med telefotoomvandlaren.

Steg 15: Källor

Följande är källor för det material som nämns i denna instruktionsbok:

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

Obs! Jag är inte ansluten på något sätt till dessa företag.

Ytterligare läsning och experiment

För mer intressanta experiment om fysik och fotografering i den osynliga världen, vänligen titta igenom mina böcker (klicka här för mina böcker på Amazon.com) och gå till mina webbplatser: www.diyPhysics.com och www. UVIRimaging.com.