Схема Измерения Уровня Теплового Излучения

[Diz]

Пишу сюда, а не в начинающие т.к. ИК датчики в основном используют в системах охраны. Если я ошиблась подфорумом прошу модератора перенести тему.

Такая стоит задача: установить на улице датчик, который измерял бы уровень теплового излучения от участка дороги (чем больше стоит работающих автомобилей, тем выше излучение).

Я, вообще, эколог. Начала читать про ИК датчики, везде описания охранных устройств и датчиков стоящих в помещении. А меня мучает мысль, можно ли мерить разницу в излучении фона и обьектов? Представьте жара, асфальт плавится, как на таком фоне увидеть автомобиль? У датчика "краша поедет".

А еще, т.к. измеряем излучение участка дороги, то приемная площадка такого датчика должна быть около 15х15 метров.

Такое вообще существует в природе? В продаже?

Если да, то буду рисовать принципиальную схему. Мне этот датчик надо будет к контроллеру подключить, который будет сравнивать измеренный уровень с уже заданным и передавать об этом сигнал к какому-нибудь управляющему устройству.

Иногда я думаю, что это все не реально сделать и хорошо звучало только на уровне идеи.

Буду рада ценным советам и наводящим вопросам и конструктивной критике.

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[mcu]

Diz

Пироэлектрические датчики устроены так, чтобы исключать (вычитать) излучение фона. Они реагируют только на изменение уровня излучения.

Их использовать не получится. Есть другие датчики, которые как раз и есть измерительные и выдают абсолютное значение температуры объекта. Тепловые фото-видео-камеры из той же области.

Самый дешевый вариант - инфракрасная камера (ночное видение) + обработка изображения на компьютере, с расчётом тепловой картины. Но.

Хоть камеру можно и купить (вещь дорогая), то программиста требуемого уровня купить/нанять на эту работу меньше чем за $2000-$3000 ИМХО нереально.

Изменено 26 августа, 2007 пользователем mcu

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[Diz]

Мы тут посовещались. 15х15 - это много. Хватит и куска 7х1 метр.

А почему нельзя использовать пироэлектрические датчики? (я сейчас в инет полезу подробнее смотреть, что это за зверь такой)

А что есть за датчики, который выдают абсолютное значение температуры обьекта?

Насчет самого дешевого варианта: мне таких датчиков надо много поставить, на паре десятков перекрестков. Это все пока в теории, просто так получается, когда теории строят люди от техники далекие, первый вопрос возникает, а реально ли такую теорию в жизнь воплотить?

Камера ночного видения не пойдет, основная нагрузка днем, да и возле каждой камеры комп не поставить.

*mcu, отличный аватар*

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[bvv]

Пироэлектрический тепловой измеритель возможен, если использоватьэлектромеханическую коммутацию оптической системы. Т. е. с заданной частотой около 0,3 Гц открывать и закрывать объектив пироэлемента. Тогда амплитуда получаемого сигнала на выходе пироэлемента, а точнее усилителя будет пропорциональна температуре объекта, на который направлен объектив системы наблюдения. Сложнее всего сделать объектив, который бы захватывал нужную площадь с необходимого расстояния, и не реагировал бы на дневной свет.

[mcu]

Diz

Пироэлктрические датчики для приборов "датчики движения" это два ПИР сложенных вместе. Включены они противовстречно. Суммарная ЭДС - есть разность двух ЭДС. Поэтому сигнал на выходе этого двойного ПИРа - разностный. Их использовать никак не получится.

Есть "обычные" ПИР датчики (без вычета общего значения). Можно попробывать поискать.

Я бы предложил более простое решение. Вам ведь не нужно скорее всего знать точное значение температуры, а иметь представление - "нормально", "жарко", "очень жарко", так? Взять тогда обычные инфракрасные фотодиоды с широким углом обзора и направить их на исследуемую площадку.

[span]

Diz

Пироэлктрические датчики для приборов "датчики движения" это два ПИР сложенных вместе. Включены они противовстречно. Суммарная ЭДС - есть разность двух ЭДС. Поэтому сигнал на выходе этого двойного ПИРа - разностный. Их использовать никак не получится.

Есть "обычные" ПИР датчики (без вычета общего значения). Можно попробывать поискать...

1 Поиск "обычных" ПИР датчиков не поможет, поскольку реакция пироэлектрических приемников излучения именно на изменение потока излучения обусловлена принципом их действия. И bvv прав - чтобы пироэлектрический приемник реагировал на постоянные потоки излучения, излучение нужно промодулировать. При выборе частоты модуляции нужно исходить из частотной характеристики приемника.

2 Diz Поток и спектральный состав излученияот нагретых тел определяется не только их температурой, но и излучающей способностью и ее селективностью, в результате простые (односпектральные или интегральные) методы измерений могут приводить к большим ошибкам. Об этих методических ошибках измерения см. в частности в _http://www.masters.donntu.edu.ua/2002/kita/yakovenko/lib/metod/index.htm. Т.е. возможен вариант, когда излучение от менее холодного, но более "черного" асфальта окажется больше, чем от горячего авто...

3 Diz. Если я правильно понял, Ваша задача состоит в оценке создаваемого автотранспортом теплового загрязнения. У меня появилась такая мысль - тепло от транспорта, в конечном итоге, передается воздуху, который нагревается и поднимается вверх - т.е., над участком дороги температура воздуха будет выше, чем в 5...10 м от дороги над таким же асфальтовым покрытием. Измеряем температуру воздуха над этими точках и по разности судим о тепловом загрязнении. Температуру можно измерять обычными контактными датчиками (термопары, полупроводниковые датчики). Если всн очень плохо - ногами прошу не бить .

Успехов!

Изменено 27 августа, 2007 пользователем span

[mcu]

обусловлена принципом их действия

Не принципом действия, а конструкцией - два плоских ПИР датчика сложены бутербродом и смотрят друг в друга. Излучение проникает с торца.

Датчик движения с низким энергопотреблением на основе MSP430F2013

[span]

Не принципом действия, а конструкцией - два плоских ПИР датчика сложены бутербродом и смотрят друг в друга. Излучение проникает с торца.

Датчик движения с низким энергопотреблением на основе MSP430F2013

1 К сожалению но Вы не правы:

_http://wapn.km.ru/wapportal/campus/useful/text.aspx?idmr=4&idr=17&rubr=bes_2005&topicnumber=52778 «ПИРОЭЛЕКТРИКИ (от греч. pyr — огонь), кристаллические диэлектрики, на поверхности которых при изменении температуры появляются электрические заряды. …»

_http://gatchina3000.ru/great-soviet-encyclopedia/bse/089/312.htm : « Пироэлектрический приёмник … пригоден только для регистрации потоков излучения переменной интенсивности.,,,»

_http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/03_02/stat_18.htm :

«…Особенностью всех пироэлектрических приемников является то, что на выходе они имеют сигнал, прямо пропорциональный степени изменения мощности излучения на их входе (рис.4). Поэтому их применение оправдано в том случае, если требуется фиксировать изменение уровня инфракрасного излучения. В случае, если датчик применяется для измерения статических уровней мощности (газоанализаторы, измерение температуры), требуется применение устройств, которые обеспечивают прерывание поступающего на вход приемника излучения с требуемой периодичностью (например, механические шторки)…»

Аксененко М. Д., Бараночников М. Л. Приемники оптического излучения: Справочник. — М.: Радио и связь, 1987, на стр. 16: «…Пироэлектрические приемники излучения — приборы, и основу работы которых положен пироэлектрический эффект кристаллов. Его сущность заключается в изменении поляризации пироактивного кристалла в процессе изменения температуры на его гранях. Поляризация кристалла — это пространственное разделение зарядов, сопровождающееся возникновением на одной из граней кристалла положительного заряда, а на другой — отрицательного. Пироэлектрический эффект проявляется только при наличии изменения температуры кристалла во времени, т. е. при регистрации модулированного или импульсного излучения. …»

2 В указанной Вами статье информации о приемнике-бутерброде не обнаружил .

Успехов!

Изменено 28 августа, 2007 пользователем span

[mcu]

К сожалению но Вы не правы:

Вот ещё...

«…Особенностью всех пироэлектрических приемников является то, что на выходе они имеют сигнал, прямо пропорциональный степени изменения мощности излучения на их входе

Правильно, только особенность эта конструкционная. Даже на приведённой Вами странице в "устройстве пироэлектрического датчика" на рисунке показаны две зоны. Что я Вам и втолковываю. Привели пример против своего же заблуждения.

2 В указанной Вами статье информации о приемнике-бутерброде не обнаружил.

Ну как же... а первый обзац...?

см. картинку

[span]

«…Особенностью всех пироэлектрических приемников является то, что на выходе они имеют сигнал, прямо пропорциональный степени изменения мощности излучения на их входе

Правильно, только особенность эта конструкционная. Даже на приведённой Вами странице в "устройстве пироэлектрического датчика" на рисунке показаны две зоны. Что я Вам и втолковываю. Привели пример против своего же заблуждения.

1 Вынужден повториться "…Особенностью ВСЕХ пироэлектрических приемников (далее по текту. Кстати статью стоит прочитать, она хоть и популярная, но достаточно удачная ). И еще, на рисунке хорошо видно, что площадки в двухзонном расположены рядом, а не сэндвичем... , а используются такие приемники для контроля за двумя зонами - отсюда и название . В электронике же такие приемники принято называть двухэлементными.

Ну как же... а первый обзац...?

см. картинку

2 Извините, конечно, за тупость, но как из этого абзаца вытекает:

- что "... два плоских ПИР датчика сложены бутербродом и смотрят друг в друга. Излучение проникает с торца."?

- что сдвоенный пироэлектрический приемник применяется в этом устройстве именно для компенсации фона (т.е. его элементы включены встречно)?

Успехов!

[mcu]

Я вижу вы горазды цитировать. Плохо то, что популистскую статью выбрали себе в качестве учебника.

Раз вы считаете что во всём разобрались, то ответьте на нескромный вопрос: откуда у резистивного датчика на выходе переходная характеристика взялась (см. рисунок 4 из вашей ссылки)? И зачем используется линза Френеля или решётка?

======

Ладно не буду издеваться. Вот всё разжёвано (на что реагирует и зачем две зоны для датчика движения)

http://www.bnti.ru/scripts/showart.asp?lvl=04.09.&aid=97

Оптическая система фокусирует ИК излучение на пироприемнике, в качестве которого в ИК-датчиках используется сверхчувствительный полупроводниковый пироэлектрический преобразователь, способный зарегистрировать разницу в несколько десятых градуса между температурой тела человека и фона. Изменение температуры преобразуется в электрический сигнал, который после соответствующей обработки вызывает сигнал тревоги. В ИК-датчиках обычно используются сдвоенные (дифференциальные, DUAL) пироэлементы. Это связано с тем, что одиночный пироэлемент одинаковым образом реагирует на любое изменение температуры независимо от того, чем оно вызвано – человеческим телом или, например, обогревом помещения, что приводит к повышению частоты ложных срабатываний. В дифференциальной схеме производится вычитание сигнала одного пироэлемента из другого, что позволяет существенно подавить помехи, связанные с изменением температуры фона, а также заметно снизить влияние световых и электромагнитных помех. Сигнал от движущегося человека возникает на выходе сдвоенного пироэлемента только при пересечении человеком луча зоны чувствительности и представляет собой почти симметричный двухполярный сигнал, близкий по форме к периоду синусоиды. Сам луч для сдвоенного пироэлемента по этой причине расщепляется в горизонтальной плоскости на два. В последних моделях ИК-датчиков с целью дополнительного снижения частоты ложных срабатываний используются счетверенные пироэлементы (QUAD или DOUBLE DUAL) – это два сдвоенных пироприемника, расположенные в одном датчике (обычно размещаются один над другим). Радиусы наблюдения этих пироприемников делаются различными, и поэтому локальный тепловой источник ложных срабатываний не будет наблюдаться в обоих пироприемниках одновременно. При этом геометрия размещения пироприемников и схема их включения выбирается таким образом, чтобы сигналы от человека были противоположной полярности, а электромагнитные помехи вызывали сигналы в двух каналах одинаковой полярности, что приводит к подавлению и этого типа помех. Для счетверенных пироэлементов каждый луч расщепляется на четыре, в связи с чем максимальное расстояние обнаружения при использовании одинаковой оптики уменьшается приблизительно вдвое, так как для надежного обнаружения человек должен своим ростом перекрывать оба луча от двух пироприемников. Повысить расстояние обнаружения для счетверенных пироэлементов позволяет использование прецизионной оптики, формирующей более узкий луч. Другой путь, позволяющий в некоторой степени исправить это положение – применение пироэлементов со сложной переплетенной геометрией (см. рис.), что использует в своих датчиках фирма PARADOX.

Изменено 30 августа, 2007 пользователем mcu

[span]

Я вижу вы горазды цитировать. Плохо то, что популистскую статью выбрали себе в качестве учебника.

======

Ладно не буду издеваться. Вот всё разжёвано (на что реагирует и зачем две зоны для датчика движения)

http://www.bnti.ru/scripts/showart.asp?lvl=04.09.&aid=97

...

Спасибо, что не стали издеваться . Что ж, там действительно все "разжевано" и указано, во-первых, на что реагирует ("...Изменение температуры преобразуется в электрический сигнал, который после соответствующей обработки вызывает сигнал тревоги....") и, во-вторых, на возможность применения вычитания сигналов (" В дифференциальной схеме производится вычитание сигнала одного пироэлемента из другого, что позволяет существенно подавить помехи, связанные с изменением температуры фона, ") -> прошу обратить внимание - в обоих случаях речь идет именно об изменении, а не о стационарных потока излучения. Хотя ссылка неудачная. Речь в ней идет не о пироэлектрических приемниках, а о устройствах на их основе и писана сия статья явно не специалистом по приемникам излучения, на это прямо указывает выделенная Вами фраза: полупроводниковый пироэлектрический преобразователь. Пироэлектрик не полупроводник, а диэлектрик.

...откуда у резистивного датчика на выходе переходная характеристика взялась (см. рисунок 4 из вашей ссылки)?

1 - пироэлектрический датчик не резистивный, а емкостной.

2 - а переходная характеристика это и есть проявление принципа его действия. Дело в том, что пирокристалл это, по сути, пьезоэлемент, но работающий на т.н. температурных деформациях. Т.е., при изменении потока излучения, изменяется температура той его грани, на которую излучение падает. Изменение температуры противоположенной грани, естественно запаздывает (тепловые процессы инерционны). В результате в кристалле возникает разность температур и, как следствие, его механическая деформация. Как в любом пьезоэлектрике эта температурная деформация приводит к появлению разности потенциалов. Если затем поток остается неизменным, то через некоторое время температура кристалла выравнивается, механическая деформация исчезает и разность потенциалов становится нулевой. Кстати, неприятным последствием принципа действия пироэлектрических приемников является весьма сильная их чувствительность к вибрациям .

... И зачем используется линза Френеля или решётка?

Сей вопрос можно обсуждать (как и вопрос, почему Френеля, а не обычная), но какое отношение оптика перед (за) приемником имеет к его принципу действия?

Успехов!

[mcu]

Сей вопрос можно обсуждать (как и вопрос, почему Френеля, а не обычная), но какое отношение оптика перед (за) приемником имеет к его принципу действия?

Вот когда всё таки разберётесь с конструкцией дифференциального пироэлектрического датчика движения, так же хорошо как с материаловедением, тогда вам станет понятно, почему - Френеля, или решётка. Яндекс вам в руки.

Diz,

span, пока он искал что такое ПИР, дал ссылку выше на продукцию одной фирмы. Так вот у них в каталоге есть "обычные" недифференциальные ПИР-ы, про которые я Вам говорил.

Изменено 30 августа, 2007 пользователем mcu

[span]

Вот когда всё таки разберётесь с конструкцией дифференциального пироэлектрического датчика движения, так же хорошо как с материаловедением ...

1 Как я понял, это непрямое признание Вами того, что ВСЕ (а не только дифференциальные) пироэлектрические приемники реагируют на ИЗМЕНЕНИЕ потока излучения и обусловлено это не конструкцией, а ПРИНЦИПОМ ДЕЙСТВИЯ.

2 По-поводу конструкции дифференциальных пироэлектрических приемников излучения. Вы то наконец с ней разобрались? Или и далее будете утверждать, что это "...два плоских ПИР датчика сложены бутербродом и смотрят друг в друга. Излучение проникает с торца."

Успехов!

[mcu]

2. Я да. А вы чего ждёте?

Да, есть констурукции сдвоенных (дифференциальные, DUAL) пироэлементов, в которых активные зоны направлены друг на друга, а излучение направлено в промежуток между ними (разумеется свет они собирают поверхностью, а не торцом). Эта конструкция позволяет иметь высокое пространственное разрешение из-за сильного градиента светотени. В дешёвых датчиках (про которые вы вычитали) вся схема выполнена на одной подложке, соответственно зоны расположены в одной плоскости (см. "свою" картинку). Разрешающая способность у них много хуже.

Напомню. Я предложил использовать "простой", но дорогой ПИР на полупроводниковом элемента, выдающем абсолютное значение. Поступило предложение рассмотреть дешёвый двойной дифференциальный датчик движения из тех что идут в охранные приборы - "датчики движения". Так вот, идея товарища выше и ваша его защита в том, что, прерывая световой поток у дифференциального датчика (названное почему-то модуляцией, хотя требуется именно "сбросить" датчик, чтобы при открытии шторки его сигнал взлетел до "абсолютного" значения, а не промодулировать его сигнал), есть ахинея.

Успехов!

Одна из самых тяжелых потерь - потеря времени.

Жорж Луи Леклерк де Бюффон

Изменено 31 августа, 2007 пользователем mcu

[Diz]

Попытаюсь для начала описать идею измерений. Суть такая: чем больше автомобилей, тем больше они выделяют СО2. И задача стоит не измерить количество автомашин (т.к. их очень много и абсолютная величина значения уже не имеет) а некую "автомобильную плотность".

Для этого хотелось бы установить датчик, который рассматривал бы кусок дороги перед перекрестком (положим, можно и в другом месте, но перекрестки проще) датчик этот улавливает общее кол-во тепла от этого участка. Уровень измеряется постоянно, когда машины стоят или едут плотно - уровень высокий, поток машин становится менее плотным - уровень теплоизлучения снижается. Кажется логичным на первый взгляд. А вы как думаете?

[mcu]

Нет, Diz, так не получится. Нет корреляции. "Отдача" от машины зависит от погоды. Солнце, осадки, туман, ветер. А также цвет машины и степень её загрязнённости. В ясный день одна машина даст похожий сигнал как и несколько в пасмурную погоду.

Для Вашей задачи давно есть решение - вкапывают датчики давления по всей полосе. Умные светофоры именно так и отслеживают загруженность дороги на перекрёстке.

[Diz]

Нет, датчики вкопать не получится Это же их под асфальт надо засунуть? Да кто мне позволит?

Подумала о том, что в Европе есть услуга, на бортовой компьютер автомобиля передают информацию о пробках. Откуда-то они эту информацию берут! Как интересно, они пробки регистрируют? Не обычной же видеокамерой? Датчики давления? Везде?

*меня не покидает ощущение, что я беседую с Вином Дизелем, это наверное от того, что на моем постоянном форуме все аватары - настощие*

[span]

Одна из самых тяжелых потерь - потеря времени.

Жорж Луи Леклерк де Бюффон

Весьма хорошее высказывание, а поскольку Вы постоянно уходите от прямых ответов, то:

2. Я да. А вы чего ждёте?

Да, есть констурукции сдвоенных (дифференциальные, DUAL) пироэлементов, в которых ....

Конкретно – тип этих приемников, кто выпускает и ссылку на каталог

...Я предложил использовать "простой", но дорогой ПИР на полупроводниковом элемента, выдающем абсолютное значение...

1 Конкретно – тип ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО приемника, который может регистрировать стационарный поток без модуляции последнего, кто выпускает и ссылку на каталог .

2 Вынужден повториться, пироэлектрические приемники НЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ, а ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ.

Успехов!

[span]

... Не обычной же видеокамерой?

Как это ни странно, действительно видеокамерами, причем часто совмещенными со спиганами...

...Суть такая: чем больше автомобилей, тем больше они выделяют СО2. ...

1 А вариант с прямым измерением СО₂ чем плох? Газоанализаторы, в том числе и на СО₂, выпускает питерский "Авангард" (_http://www.avangard.org/new.php, _http://avangard-gas.ru). Газовыми датчиками года 3-4 назад плотно занимался В.А.Мошников с кафедры микроэлектроники ЛЭТИ, да и на Авангарде, если хорошо попросить, могут продать.

2 Если же Вы все-таки остановились на измерении температуры, то что-то нет критики по моему предложению в посте #6 данной темы ( под 3).

Успехов!

Изменено 1 сентября, 2007 пользователем span

[Diz]

Вариант с прямым измерением плох, тем что СО2 не только автомобили выделяют.

А по поводу вашего варианта в п.3 - я думаю об этом. Он совсем не плох

Извините, что сразу не поблагодарила, я тут вся загруженная. Пыталась разобраться в вашем споре, пока только материалы скачала, буду изучать.

Вы написали видеокамерами, причем часто совмещенными со спиганами...

Что такое спиган? или Спигана?

[Migray]

Это был спидган, просто наверно Д не пропечаталась. Слово импортное speed-gun, по нашему - радар ментовский

Изменено 2 сентября, 2007 пользователем Migray

[Diz]

А, понятно! Измеритель превышения скорости Только без мента?

Ну вот не понимаю, как они видеокамерами определяют пробка или нет. кто-то сидит и смотрит? А потом по аське пишет на перекрестке комсомольской и фурманова - пробка? так что ли?

[Migray]

Но ведь современная оптическая "мышь" никого не удивляет.

Чего там сложного, видеокамера снимает, проц сравнивает текущий кадр с предыдущим и выявляет разницу, куда и с какой скоростью "мышь" бежит. 10 лет назад это казалось дорогим и громоздким.

На перекрестке чуть сложнее, но тоже можно выявить, пустой он или нет, и с какой скоростью эти железные коробочки ползут.

Вот только загруженность перекрестка определить таким методом можно, а над загазованностью думать надо.

[span]

Это был спидган, просто наверно Д не пропечаталась

Да, Вы абсолютно правы, пропустил Д. Благодарю за поправку.

Успехов!