Как сделать тепловизор своими руками

Изготовление термопары.

Изготовление термопары труда большого не представляет. Для этого берём два отрезка проволоки, добытую ранее константановую и любую медную, желательно близких по диаметру, скручиваем их вместе с одного конца на расстояние 0,5 — 1,0 см. Именно эту скрученную часть проволок мы и будем сваривать.

Сваривать термопары в домашних условиях удобно способом, который был описан ранее вот в этой статье. Для лучшего контакта проволок термопары со сварочным крокодилом, можно обмотать элементы будущей термопары проводом, чуть ниже скрутки, прижать к проводу от трансформатора плоскогубцами, и коснуться самой скрутки угольным электродом. Напряжение для надёжной сварки подобрать опытным путём.

У нас должен получиться на конце скрученных вместе проводов, оплавленный шарик (или подобие его), который и есть термопара.

Скрученные ранее провода нужно будет аккуратно раскрутить до места сварки, это на всякий случай, чтобы исключить их замыкание между собой, и надеть на них изоляционные трубочки, в качестве которых можно использовать фторопластовую оболочку от проводов.

Вариант № 1. Тепловизор своими руками из фотоаппарата

Этот метод основан на том факте, что изначально матрицы всех фотоаппаратов великолепно фиксируют инфракрасное излучение, которое, собственно, и необходимо для работы тепловизора. Другое дело, что производители фототехники делают так, чтобы устройства видели то же самое, что и человеческий глаз. Для этого перед матрицей ставится специальный фильтр, поглощающий или отражающий практически все ИК-излучение — «тепловое зеркало», или hot mirror. Благодаря этому фильтру матричная кривая чувствительности становится аналогичной кривой чувствительности человеческого глаза. Поэтому сделать тепловизор своими руками из фотоаппарата просто, нужно лишь выполнить два действия — вынуть из фотоаппарата тепловые фильтры, а вместо них установить фильтр видимого спектра. Впрочем, как показывает практика, последнее не всегда обязательно.

Преимущества и недостатки

К преимуществам самостоятельно изготовленного прибора можно отнести:

• простое изготовление;
• можно выполнить из дешевых подручных материалов, что экономически выгодно;
• не требуется использовать агрессивные вещества. В качестве измерения может применять жидкость из воды и спирта;
• легкое применение;
• длительный срок службы.

Но есть несколько недостатков:

• электронные варианты имеют сложную схему изготовления;
• для изделий с электронным или цифровым устройством требуется приобретать специальные платы, схемы;
• иногда изделия могут показывать неточные измерения.

Самодельные термометры являются прекрасным способом для того, чтобы сэкономить деньги на покупке нового прибора. Прибор, выполненный своими руками, прослужит намного дольше дешевых измерительных устройств.

Варианты адаптации других устройств

Можно найти множество вариантов переделки стандартных камер и видеокамер, а также других устройств, чтобы они могли выполнять функции тепловизионной камеры. Добиться идеальной замены невозможно, так как в этом случае производители сделают этот вариант базовым для оборудования.

Максимум, чего можно добиться при переделке камеры, это режим ночной фотосъемки на расстоянии до 2-х метров.

Цифровая камера

Несмотря на некоторое сходство в конструкции, сделать из цифрового фотоаппарата полноценную тепловизионную камеру весьма проблематично. Демонтаж фильтра, работающего в ИК-диапазоне, не даст желаемого результата. Негативные последствия такой операции – быстрый выход из строя матрицы и увеличение уровня цветового шума.

Кроме того, вы можете столкнуться со следующими проблемами:

• для работы специальной матрицы требуется особая система охлаждения, которой нет в бытовой технике;
• чувствительность матрицы в устройстве не рассчитана на восприятие инфракрасного диапазона. То есть его необходимо заменить на соответствующий;
• программное обеспечение устройства не позволит корректно обработать полученное изображение — потребуется прошивка.

Если учесть все эти нюансы, в результате получится тепловизионное изображение не очень высокого качества. Дальность будет минимальной, а высокая ошибка изображения не позволит нормально охотиться.

Web-камера

Альтернативой могло бы стать устройство, регистрирующее тепловое излучение животных и птиц с веб-камеры.

Для воспроизведения необходимо приобрести специальный комплект, в который входят следующие предметы:

• плата arduino для передачи изображений;
• два серводвигателя, необходимые для вертикального и горизонтального перемещения камеры;
• датчик температуры MLX90614;
• фотоаппарат и лазерный целеуказатель (для использования в качестве тепловизионного прицела на охоте).

После установки устройство сможет обнаруживать тепловое излучение на расстоянии до 30 метров. Также можно попробовать сделать бинокль с тепловизором для охоты с помощью веб-камер.

Инфракрасный термометр

Своими руками устройство можно сделать и с помощью платы Ардуино и инфракрасного термометра. Для этого нужно взять хороший инфракрасный термометр, так как известно, что он может измерять температуру на определенном расстоянии, и подключить его к светодиодам от фонарика через плату Arduino.

Свечи для этого следует брать из качественных продуктов. Если вы купите дешевую модель, тепловая камера будет такой же. Плата Arduino — это устройство, предназначенное для построения простых схем в робототехнике и автоматизации. Используется неспециалистами в этих областях.

Запрограммируйте доску так, чтобы свет фонарика менялся в зависимости от температуры объекта.

Предположим, что холодные объекты — синие, живые — красные, а нейтральные — зеленые. Таким образом, при наведении устройства разные объекты будут иметь соответствующий цвет. К устройству можно подключить цифровой экран, и получать изображение с качеством не хуже дорогих моделей готовых тепловизоров.

Так что вполне можно самостоятельно сделать охотничью тепловизионную камеру. И если стоимость прибора в магазинах от 19 000 рублей, то самодельный прибор обойдется вам от 2 до 5 тысяч. Окончательная стоимость определяется комплектующими.

Покупка «девайса» для телефона

В последнее время стали популярны бытовые тепловизоры, которые стремятся приспособить для охоты. На практике их можно использовать только для поиска подранка, так как они имеют ограничение по дальности. Такие модели чаще всего используются для расчета теплопотерь дома или анализа системы отопления.

Ярким примером такого действия является тепловизионная камера Seek Thermal, работающая в паре со смартфоном.

Однако для анализа актуальности использования устройства на охоте следует ознакомиться с техническими характеристиками устройства:

• заявленная дальность обнаружения до 550 метров, но только при отсутствии большого количества тепловых объектов и тумана;
• чувствительность — 70 мК;
• наличие цветной подсветки.

Цена такой модели от 17 тысяч рублей.

Профессиональную охотничью тепловизионную камеру рекомендуется приобретать только в том случае, если она действительно необходима.

Прежде чем принимать решение о целесообразности изготовления устройства самостоятельно, просчитайте затраты и сравните с покупным устройством. Составьте полный список деталей и тщательно спланируйте все свои действия.

Сложность изготовления тепловизора

Это устройство необходимо для фиксации инфракрасного излучения, которое испускают животные. На практике бывалые охотники используют его не для поиска добычи, а быстрого нахождения подранков. Для остальных аспектов прибор мало подходит, так как дальность его действия ограничена чувствительностью.

Конструкция тепловизора во многом схожа с классической цифровой камерой. Для работы используются следующие элементы:

• Оптическая система. Необходима для фокусировки изображения и перенаправления его на принимающее устройство.
• Светочувствительная матрица. Она состоит из множества фотоэлементов, фиксирующих разницу спектра картинки, находящейся в радиусе действия оптической системы.
• Информационный блок обработки и дисплей для вывода графической информации.

Сложность самостоятельного изготовления тепловизора заключается в особых материалах, применяемых для производства оптической системы и светочувствительной матрицы. Эти компоненты можно приобрести отдельно и самостоятельно адаптировать для совместной работы. Бюджет подобного проекта будет сопоставим с покупкой заводской модели.

Использование самодельного тепловизора.

В связи с тем, что этот прибор очень много времени тратит на сканирование, он не может использоваться для проведения энергоаудита в производственных целях, но вполне может применяться в частной практике.

Также его использование целесообразно при необходимости выявления нагрева электрических проводов, различных соединений и силовых сборок. Основным неудобством этого прибора является то, что он может использоваться только вместе с компьютером.

Тепловизор, сделанный своими руками, позволит вам не только сэкономить семейный бюджет на покупке нового устройства, но и станет отличным помощником в решении многих хозяйственных вопросов. Сегодня тепловизорный контроль является одним из наиболее эффективных способов выявления различных строительных дефектов.

Однако ввиду высокой стоимости этого прибора купить его могут только крупные строительные фирмы. Но при этом сделанный тепловизор своими руками может вполне подойти для работы в домашних условиях и даже с успехом использоваться небольшими строительными бригадами.

Так зачем платить огромные деньги, если сделанный тепловизор своими руками может вполне справиться с возложенной на него задачей по выявлению различных строительных недочетов?!

(Visited 6 591 times, 3 visits today)

В каких случаях используют тепловизор

При возвращении домой чувство приятного комфорта и домашнего тепла является желаемым состоянием любого человека.

Наступление отопительного сезона не всегда означает соответствующую температуру в доме.

Назначение отопительных батарей заключается в поддержании температурного режима и сохранения тепла.

Бывает и так, что батареи теплые, или даже горячие, но дома все равно зябко и прохладно.

Для тех, кто живет в частном доме, наличие газового или электрического котла не означает присутствие достаточного тепла.

Котел может исправно работать, батареи будут греть, а воздух в доме будет совсем не той температуры, какой хотелось бы.

И тогда на помощь приходит современное устройство тепловизор.

В наши дни тепловизоры больше не представляют из себя сложные профессиональные приборы.

Сейчас это легкодоступные удобные для широкого применения современные устройства.

Чтобы пользоваться этими полезными в быту гаджетами необязательно иметь специальное образование.

Что выбрать?

Традиционно этот самый выбор ведется между тепловизорами и приборами ночного видения

Важно понимать, что ПНВ работают по принципу многократного усиления имеющегося света до величин, воспринимаемых человеческим глазом, а это значит, что в полной темноте — к примеру, облачной ночью в лесу — эти приборы вам ничем не помогут. Если, конечно, ПНВ не оснащен инфракрасной подсветкой, но в таком случае он ничем не отличается от тепловизора, кроме цены

С ПНВ вы вряд ли разглядите неподвижную цель в кустарнике и уж точно не найдете след подранка в траве. В плюсы тепловизоров запишем и возможность менять цветовые схемы и делать фотографии — почему бы, собственно, и нет (качество изображения уж точно лучше, чем у ПНВ). Минус тепловизоров — в наличии светящегося экрана, который может спугнуть дичь. Впрочем, как мы уже писали, тепловизоры разрешены в основном на вышке, а там этот свет заменит лампу.

Что касается дальности, тут все упирается в цену. Ночью при растущей луне яркость излучения составляет примерно 0,01 люкс; в таких условиях ПНВ 1 поколения бьют на 150 м, 2-го — примерно на 600, 3-го — на 750. Без луны показатель освещенности и вовсе составляет 0,001 люкс, и тут уже даже приборов 3 поколения хватает максимум на 500 метров. Тепловизорам, как вы понимаете, все равно, есть ли луна или вообще какой-то свет. При этом цена ПНВ 1+ поколения колеблется от 10 до 40 тысяч рублей (в среднем около 20), устройства 2 поколения стоят в районе 100 тыс., а за модели 3+ придется отдать не меньше 200 тыс. руб.

Профессиональные тепловизоры стоят, конечно, ничуть не меньше. Но обходные пути есть. Точнее, появились пару лет назад.

Принцип работы

Основное назначение тепловизионной камеры — определение температуры различных объектов на расстоянии. Проверка осуществляется в инфракрасном спектре. Это устройство работает одинаково при дневном, искусственном или ночном освещении. Погодные условия, повышенная влажность, температура окружающих предметов не могут повлиять на работу.

Любые перепады температур, даже сотые доли градуса, учитываются и передаются на экран более светлой окрашенной областью. Военные и охотники используют прибор для идентификации живых объектов: людей, животных. В промышленности основным назначением этого прибора является контроль изменения температуры работающих установок, механизмов и устройств.

Принцип работы тепловизионной камеры основан на обнаружении инфракрасного излучения объекта. У каждого объекта есть свое магнитное поле. Его частью является инфракрасное излучение, которое передается при определенной температуре. Именно это излучение проходит через линзу из германия.

Объективы из обычного стекла не способны пропускать инфракрасное излучение, поэтому различное съемочное оборудование и сенсоры оснащаются специальной чувствительной матрицей. Пропущенный ток поступает на чувствительную матрицу. Поверхность этого элемента оснащена высокочувствительными диодами.

Попадающий на них инфракрасный спектр изменяет электрическое сопротивление диодов. Данные об электрическом сопротивлении каждого элемента передаются на микропроцессор. После обработки процессор отправляет окончательный результат на монитор. На экране появляется изображение, позволяющее визуально оценить температуру объекта.

Кроме того, для температуры в каждой секции дано цифровое обозначение.

На дисплее тепловизора изображение представляет собой размытый силуэт, который проявляется в разных тонах. Чем выше температура, тем ярче цвет. Вот как инфракрасный поток влияет на сопротивление диодов.

Тепловизионные камеры могут быть переносными или стационарными.

1. Портативные в основном используются в виде дополнительного оборудования для военных, охотников, оперативников в компаниях. С их помощью определяют местонахождение живых или пострадавших людей и животных. Также определяется состояние отдельных инструментов или оборудования.
2. Стационарные устройства более функциональны. Они могут входить в состав охранных и противопожарных систем, контролировать температуру различных устройств и механизмов. Часто они оснащены дистанционным управлением и возможностью включать или выключать устройства, находящиеся под их управлением.

Любая тепловизионная камера – это дорогое профессиональное оборудование. Очень часто его очень сложно достать для ежедневного использования. Именно поэтому многие делают тепловизор своими руками. Ниже приведены наиболее эффективные варианты.

Матрица

Его называют датчиком, детектором, ИК-приемником. Матрица является основной частью изделия. Его задача – прием теплового излучения с последующим преобразованием его в электрические сигналы. Как цифровая матрица, она состоит из точек, называемых пикселями. В начале нашего повествования мы познакомились с изобретением Сэмюэля Пьерпонта Лэнгли, получившим название болометр.

В зависимости от назначения матрицы имеют разную чувствительность, дальность наблюдения и разрешающую способность.

Матрицы стационарных приборов с повышенной чувствительностью и дальностью наблюдения около 10 км способны к перегреву. Во избежание преждевременного выхода из строя их делают охлаждаемыми. Портативные и миниатюрные детекторы не требуют охлаждения. Но по чувствительности, дальности и другим параметрам они значительно хуже стационарных.

Характеристики объектива

Поскольку кварцевое стекло не пропускает солнечный свет, линзы снабжены германиевыми линзами. Основными характеристиками этого элемента являются его диаметр, относительное отверстие (F), светопропускание в инфракрасном диапазоне. От этого напрямую зависит величина термочувствительности и четкость изображения.

Портативные изделия чаще всего комплектуются объективами диаметром 30, 40 и 50 мм и далее – 75 и 100 мм. По числу F наиболее четкие изображения дают объективы с F в пределах от 1,0 до 1,2 единиц.

Особенности дисплея

Небольшой экран для наблюдения за контуром и температурой объекта и фона. Четкость изображения увеличивается с увеличением разрешения экрана. Изображение отображается в цвете или черно-белом, с 256 оттенками серого. Доступно несколько режимов отображения:

• полноэкранный;
• увеличивать;
• картины;
• кадр в кадре.

Немного теории

Любые нагретые тела излучают ЭМИ. Закон смещения Вина, который говорит о том, на какую длину волны будет приходиться пик излучения нагретого абсолютного черного тела:

При комнатной температуре пик находится в ИК-диапазоне невидимом нашему глазу. Если мы, например, будем ковать железо, то при нагревании оно станет красным, потом белым… При охлаждении длина волны излучения будет уменьшаться, смещаясь назад в ИК-диапазон. Таким образом, из наблюдаемой длины волны теплового излучения мы можем получить температуру тела.

Но как быть с объектами, имеющими достаточно низкую температуру, например, комнатную? Они-то уж точно не светятся в видимом диапазоне. Здесь на помощь приходят специальные устройства — тепловизоры. Они умеют регистрировать волны среднего и длинного инфракрасного диапазона. Такие приборы применяются, например, для мониторинга техники, когда нужно выяснить, какой элемент или узел нагревается свыше допустимого уровня. Также тепловизоры применяют для проверки утепления домов, определяя места и интенсивность утечки тепла.

Например, когда я сделал свой тепловизор, то обследовал с его помощью пластиковые окна и сразу нашел место, откуда дует, т. к. там плохой уплотнитель.

Не так давно инфракрасная камера FLIR оказалась в центре спортивного скандала: она показала, что рама велосипеда одной из участниц велогонки подозрительно нагрета. Оказалось, что внутри был спрятан мотор, помогавший спортсменке крутить педали. Так что в этом году для выявления подобных случаев на Тур де Франс используются тепловизоры.

Корпусирование и батарейное питание

Всех, кому приходилось делать портативные устройства, мучил вопрос изготовления корпуса. Альфа-версия у меня была в картонной коробке. Очень удобно: можно прорезать дырки, где хочешь. Внутри была очень большая батарея. Если такой аппарат уронить на ногу, будет очень больно.

Финальный вариант задумывался в портативной компоновке типа «пистолет». Так как в продаже подобных корпусов нет, я попросил друга сделать модель удобной ручки, а коллега ее распечатал на 3D-принтере. В ручку я поместил батарею, а для электроники был взят готовый пластиковый прямоугольный корпус.

Аккумулятор должен был обеспечивать продолжительную работу, в т. ч. и зимой на улице. И хотелось, чтобы его было удобно заряжать — по этому критерию лучше всего литий-полимерные аккумуляторы, к ним продается множество готовых модулей зарядки от USB. Но для тех Li-Po, что я видел в продаже, указан рабочий диапазон температур от 0 °C, т. е. они не выдерживают сильный мороз.

Кроме Li-Po существуют Pb, NiMh, NiCd и LiFePO₄ аккумуляторы. Пальчиковые аккумуляторы я брать не хотел, т. к. это бы усложнило конструкцию ручки — пришлось бы делать отсек со съемными батареями и крышечкой. Из оставшихся вариантов я выбрал небольшую свинцовую батарею на 6 В. К ней пришлось добавить понижающие конвертеры до 5 В, чтобы питать Raspberry, и повышающие конвертеры до 12 В для питания экрана.

Тепловизор своими руками из смартфона

Сам смартфон невозможно превратить в тепловизор без использования дополнительного оборудования. Однако с недавних пор стала выпускаться специальная приставка Seek Thermal, являющаяся по своей сути мобильным миниатюрным тепловизором, с размерами, не более спичечного коробка.

Этот мини-прибор способен работать со многими смартфонами на базе Андроид версии не ниже 4.3. Он выполняет те же функции, что и настоящие фирменные тепловизоры, подключается через стандартные разъемы. Получается довольно легко собрать самодельный тепловизор своими руками. Несмотря на маленькие размеры, объектив камеры оборудован кольцом для фокусирования, а также чувствительным сенсором в виде матрицы на 32 тыс. пикселей, частота съемки у которой составляет 9 Гц. Основным достоинством прибора считается величина рабочего температурного диапазона в пределах от -40 до +330С.

Смартфон для тепловизора является не только экраном, отображающим информацию, но и своеобразной вычислительной машиной. Все действия выполняются с помощью специального приложения Seek Thermal, обладающего широкими возможностями. Данная программа позволяет сделать выбор цветовой палитры, единиц измерения температуры, выполнить настройку изображения и много других операций.

Одним из способов самостоятельного изготовления тепловизора является вариант с использованием видеокамеры. Для этого нужно заранее подготовить все необходимые материалы . Следует запастись обычным инфракрасным термометром, комплектом светодиодов RGB, платой Arduino и самой видеокамерой.

Решение задачи, как сделать тепловизор своими руками достаточно простое, за исключением особенностей программирования платы. В самом начале выполняется подключение инфракрасного термометра к плате Arduino. Данный элемент позволяет определить температуру объекта в какой-либо конкретной точке. Сама плата выполняет промежуточную функцию. К ней подключаются заранее приготовленные светодиоды. Затем всю систему нужно запрограммировать таким образом, чтобы показания термометра совпадали с определенным цветом, который будут производить светодиоды. Если выполнить настройку в соответствии с общепринятыми стандартами, то высокой температуре будет соответствовать красный цвет, а более низким температурным показателям – синий.

Работоспособность всей конструкции проверяется путем направления на стену луча инфракрасного термометра. При этом светодиоды должны загореться установленными цветами. Однако такая проверка будет неполной в связи с отсутствием дисплея. Эта проблема легко решается с помощью обычной видеокамеры, настроенной на замедленную съемку. Снимки производятся через каждые 2-3 секунды, фиксируя освещение, исходящее от светодиодов. На дисплее отображаются соответствующие цветные пятна.

Тепловизоры

Тепловизоры или приборы ночного видения с болометрической матрицей на сегодня считаются наиболее эффективными для охоты. Болометрическая матрица необходима для преобразования теплового излучения в видимый для человека спектр. Это излучение исходит от всех нагретых предметов или теплокровных живых существ.

Многие модели позволяют увеличить изображение с помощью электронной системы. Но для качественного увеличения нужны объективы большого размера и матрица с высоким разрешением, это приводит к увеличению цены прибора. Стёкла в тепловизорах германиевые или халькогенидные. Обычное (кварцевое) стекло не пропускает тепловое излучение.

По всем остальным показателям тепловизоры мало чем отличаются от цифровых прицелов. При необходимости охотник с лёгкостью может получить чёткую картинку, учитывая все особенности местности.

Многие модели оснащены функцией смены цветовой палитры. Также они могут делать фотографии и вести видеосъёмку, чтобы запечатлеть самые интересные моменты. Всё это можно с лёгкостью передавать на смартфон или планшет в беспроводном режиме. В тепловизорах можно применять лазерный дальномер и массу других, не менее полезных функций.

Одним из главных достоинств считается невероятно чёткая и очень плавная картинка. Кроме того, дальность обнаружения достаточно крупных объектов на самых продвинутых моделях нередко превышает тысячу метров, за счёт чего шансы на удачную охоту существенно повышаются.

Стоит отметить, что обнаружение объекта и его идентификация — это далеко не одно и тоже. Объект может быть виден как светлое пятно, но по нему невозможно понять, что это. А необходимость идентификации является критической, как в условиях охоты, так и для военных. Также существует порог чувствительности у прибора, ниже которого он контрастно не «видит» объекты.

Недостатки у тепловизоров тоже есть, хотя их значительно меньше, чем у прицелов с ЭОП.

Прежде всего, это цена. Она высока, поэтому тепловизор доступен далеко не всем. Достаточно качественные модели с оптимальными показателями будут стоить от двухсот пятидесяти тысяч рублей и выше. Такие траты на прицел далеко не все стрелки себе могут позволить. Нередко возникают определённые трудности при наблюдении за целью в лесу, если прямая видимость перекрыта листвой или ветками. Тепловизор, в этом случае, предпочтительнее, хоть он не способен видеть сквозь листву или кусты, но благодаря большому тепловому контрасту между листвой и животным, даже в просветы цель достаточно хорошо выделяется и идентифицируется.

В природе все живое излучает тепло, поэтому животных всегда видно в подобный тепловизионный прицел. Именно эта особенность делает тепловизоры крайне востребованными.

Будущее тепловизионных ПНВ

Эксперты уверены, что по мере появления новых моделей, насыщения рынка и увеличения объёмов производства, цена на тепловизионные прицелы постепенно будет снижаться. Не исключено, что в ближайшем будущем появятся двухканальные прицелы ночного видения, которые будут гармонично сочетать в себе тепловизор и цифровой прицел.

Возможно, именно сочетание тепловизора и электронного прицела является будущим ночной оптики. По мере того, как у цифровых аналогов будет наращиваться качество изображения, ПНВ с ЭОП постепенно выйдут из обихода.

Уже появились электронные прицелы, имеющие функцию день-ночь. Спустя время они вполне смогут «подвинуть» и стандартные оптические прицелы.