Тепловизор: смотрим на мир глазами Хищника

Давно хотел дорваться до тепловизора - у меня в профиле наверное год висело объявление. Наконец, тепловизор удалось найти - и тем что удалось снять и рассказом о том, как они работают - хочу поделиться.

Температуру объектов можно определять потому что количество испускаемого объектами ИК света в первую очередь зависит от температуры и уже меньше - от материала (emissivity, в правильных пирометрах и практических всех тепловизорах можно настраивать поправку на emissivity, чтобы получать достаточно точную температуру.).

С ростом температуры - излучение становится более коротковолновым, с 700-800 градусов уже захватывая область видимого света. На этом принципе работают как тепловизоры, так и пирометры (инфракрасные термометры) и датчики движения.

Тепловизоры, как и многие интересные вещи в этом мире - изначально придуманы для военных. Любые теплые предметы неизбежно светятся в ИК свете (и днем и ночью), воздух свободно пропускает ИК-свет в диапазоне 7-14мкм и наконец - туман, пыль - гораздо меньше задерживает ИК свет, т.е в условиях плохой видимости видно может быть гораздо дальше.

Прозрачность атмосферы:

Оптика конечно требуется особая - обычное оптическое стекло после 1-1.5мкм уже не прозрачно, поэтому приходится использовать германий, кремний, селенид цинка, повареную соль (но оптика из неё требует покрытия защитной пленкой т.к. разрушается влагой воздуха) или зеркальную оптику (с покрытием золотом, алюминием, медью или молибденом). Также некоторые пластики прозрачны для ИК излучения - и например в пирометрах и датчиках движения можно встретить пластиковую оптику.

Увидеть ИК излучение можно измеряя нагрев им матрицы микро-термометров (это называется микроболометр). Каждый пиксель микроболометра имеет размер порядка 17-45 микрометров (меньше некуда, длина волны ИК света ведь 7-14мкм).

Материал, из которого изготовляют сопротивления - чаще всего может быть оксидом ванадия (требует подогрева до температуры фазового перехода, максимальная чувствительность) или аморфным кремнием (дешевле и проще в производстве, но меньше чувствительность). В датчиках движения - сенсор ферроэлектрический, он неудобен для измерения абсолютной температуры (т.к. реагирует на изменение потока излучения)

У военных также еще бывают ИК камеры для диапазона 3-4 микрометров - там обычно сенсор полупроводниковый, с намного большей чувствительностью, но требует криогенного охлаждения (в лучшем случае ядрёными элементами Пельтье, в худшем - жидким азотом). В гражданском секторе такого не увидешь особо.

Тепловизоры стремительно становятся более доступными - если раньше без 25 килобаксов и на порог не пускали, то сейчас - самый простой Flir i3 с матрицей 60x60 пикселей - уже можно найти за ~50 тысяч рублей. Тепловизор который попал ко мне - UlirVision Ti384 (матрица 384 x 288) чуть дороже, порядка 220 тысяч. Самые продвинутые - с матрицей 640x480 - еще раза в 3 дороже. А для более простых промышленных применений - уже есть MLX90620 - сенсор 16x4 за 65$, недавно засветившийся на хабре.

Практическое применение в гражданском секторе - контроль утечек тепла в домах и на производстве, контроль электрооборудования (если где плохой контакт - это будет видно задолго до поломки), производственных процессов. Ну и недавно была статья о тепловизоре в датацентре.

Сам тепловизор : UlirVision Ti384

Телеобъектив, 53мм, похоже на германий:


Сама матрица. Похоже она закрыта защитной крышкой, прозрачной только для ИК, так что в оптический микроскоп смотреть бесполезно:

Фотографии по заявкам

Кухня
Свежие оладьи:


Они же из холодильника:



Улица (большая часть — снято на "телевик" 53мм, стандартный объектив — 14мм)


Ванна воды


Окна, батареи и проч


Электричество Щиток, потребление 2.35кВт:


Щиток, потребление 4.25кВт:


Розетка из которой выжирается 1.5кВт:


Пилоты:


Проводное месиво:




Железо всякое AMD 6990 на улице:




Собака

Видео

К сожалению, этот тепловизор не умеет писать видео "в себя", только выдавать на аналоговый видеовыход, так что пришлось сдуть пыль с TV-тюнера.

Некоторые видео весьма длинны и нудны - там что смело используйте перемотку. Звуки и музыку придется включать свои.

За гантелю спасибо @kos32 ▶ Фонарик

Драма

В общем, как в известной картинке, имея и 40W CO2 лазер (излучает 11мкм) и тепловизор (видит излучение 7–14мкм) вполне естественно попробовать применить их вместе :–)

Включаю лазер на минимальной мощности — вижу точку и кольца дифракции… Но луча не видно. (само собой только отраженный свет, самим лазером в объектив не свечу, так и матрицу разрезать можно). Ну, надо добавить мощности… 5W, 15W, 25W… И тут внезапно замечаю что пятно в точке, в которую светит лазер — оставляет на экране тепловизора шлейф… С характерным стуком вываливается пара кирпичей.

Выключаю все, через 5 минут включаю тепловизор снова — "шлейф" по прежнему на экране. Вот тут кирпичей вывалилось неслабо. "Шлейф" конечно уменьшился, но оставался все равно (внизу по центру):


Следуя золотому правилу лазерщиков "не смотреть на излучение оставшимся глазом", решил лазер не фотографировать.

К счастью, шлейф на экране постепенно проходил со временем, так что все обошлось.
Если у вас будет и CO2 лазер и тепловизор - рекомендую не делать как я

Update: Dave на EEVBlog вовремя сделал видеообзор: