Изобрести пирометр
Так получилось, что для своего устройства используем покупной пирометр, который имеет очень узкий измерительный пучок. На расстоянии в 500 мм пятно имеет размер около 6 мм. К сожалению, производитель не заинтересован в малых количествах и ждать несколько штук приходится по пол года, а то и более. Давно крутится мысль изобрести свой.
Задача: измерять с расстояния 500 мм (фиксированное) температуру на пятачке диаметром 5-6 мм в диапазоне 400-700 градусов Цельсия. Точности в 10 градусов достаточно, важнее стабильность показаний в диапазоне температур среды от +10 до +35 градусов Цельсия и минимальный уход с годами.
Первая проблема, с которой я столкнулся - формирование такого узкого пучка. Разобрал покупной пирометр и выяснил, что внутри установлен неизвестный датчик с 3-мя выводами, на него одет колпачок с отверстием диаметром 0,4 мм (диафрагма), далее трубка, стеклянная линза, зеркало (пропускает сигнал к датчику и отражает луч лазерной указки, указывающей на точку измерения). Далее стеклянное окошка (защита от мусора).
Себе купил готовый пирометр со встроенным контроллером MLX90616, который способен измерять температуру до 1000 градусов Цельсия. В процессе оказалось, что фирма производитель Melexis категорически отказывается предоставлять какую-либо информацию о калибровке сенсора, при покупке менее 2 тыс. штук, а также не продает более мелкими партиями. Мне удалось получить с него "сырые" данные с АЦП и с помощью разогретого куска металла и термопары построить калибровочную кривую.
Но дальше я зашел в тупик: обычное стекло не пропускает тепловое ИК-излучение, и мой датчик полностью неработоспособен в корпусе покупного пирометра.
Далее я провел эксперимент с ИК-фототранзистором, по показаниям мультиметра (Ом-метр) он видит разогретый металл, но пока не выяснил, начиная с какой температуры. Но видит он прекрасно и белый светодиод, т.е. паразитную засветку.
В процессе изучил в литературе спектр пропускания стекла, оно пропускает излучение с длиной волны до 2,5...2,7 мкм, тогда как мой пирометрический сенсор измеряет в диапазоне 7-14 мкм, поэтому линзы и защитные стекла из стекла применить нельзя. Германиевые линзы пока не представляю, где можно взять в свободной продаже и как там выставить фокус. И возможно-ли это.
Melexis для сужения пучка устанавливает перед датчиком трубку нужного диаметра и длины, после чего калибрует сенсор с ней. Но минимальный угол луча у них от 5 градусов, а мне нужно 0,5 градуса.
Нужен ваш совет по поводу датчиков, получается, что в покупном используется датчик, который "видит" излучение с длиной волны менее 2,5 мкм, при этом не реагирует на паразитную засветку (ИК-фильтр?).
Попалось в интернете упоминание про ИК-фотодиод с двумя кристаллами (один за другим), которые позволяют измерять интенсивность одновременно с разными длинами волн и сравнивая результаты можно более точно определить температуру (т.е. учитывать не только "яркость", но и спектр).
Из этой таблички получается, что можно использовать ширпотребный фотодиод с длиной волны 0,9 мкм. Но насколько у него будет уход с температурой (+10...+35 градусов)?
Литература:
1. Брошурка от Сименса.
vintik: Кинопроектор "Русь", отражатель отлично пропускает все тепло.
Скорее всего он не пропускает, а переизлучает. Т.е. нагревается (поглощает тепло) с одной стороны и излучает тепло с другой стороны. Ведь не будете же говорить, что железо пропускает ИК излучение? 
Спец: объектив моей мобилы и моей цифромыльницы прекрасно пропускают ИК
impulsite.ru: большинство объективов от мыльниц и зеркальных фотоаппаратов хорошо пропускают ИК-излучение
Есть ИК-спектр, который ближе к видимому - его и пропускают все стекла. А есть "тепловой-ИК", вот на нем работают пирометрические датчики и его не пропускает стекло.
Использовать ИК-фотодиод на 900 нм можно, но он реагирует на освещение, днем и ночью показания температуры будут отличаться.
На днях сделаю из картона макет оптики, чтобы понять работоспособность и стабильность в целом фототранзистора (есть под рукой).
Link: Как я понимаю изначально простой трубочкой можно сделать так, что бы не использовать линзу
По прикидкам, нужна трубочка длиной 50 мм и отверстием диаметром 0,4 мм.
Но есть и другая проблема. В помещении летает большое количество металлической пыли. В штатном пирометре установлено обычное стекло, которое периодически меняется. Мой датчик не работает через стекло, это видно и из диаграмм выше.
Есть германиевые линзы для этой цели, но у них цена и менять их после засорения нерентабельно.
Link: Кстати пиродатчики стоят в датчиках движения которые автоматически включат свет, можно с ними поиграться тоже
Они сконструированы, чтобы хорошо видеть резкое изменение теплового потока и быть "слепыми" к статичной температуре (тепловому излучению)
impulsite.ru: пластинка из чёрного CD-R на окне приёмника решит эту проблему
А дорожки не будут работать как "матовое стекло", т.е. рассеивать поток?
Eugene.A: А для этого используются модуляторы светового потока
Это возможно, но с современными сенсорами - это слишком громоздко и ненадежно. Да и останется та-же проблема со стеклом, если он работает в "тепловом" ИК-диапазоне.
Повторюсь, у меня есть готовый покупной датчик MLX90616, который содержит внутри компенсацию по температуре, АЦП и процессор (32х битный). Сейчас я могу получить сырые данные от АЦП и пересчитать в температуру, но этот датчик не работает сквозь стекло, которое для нашей задачи критично, т.к. летят брызги от сварки и очень много металлической пыли.
В прототипе используются стеклянные линзы и стеклянное окошко, которое заменяется по мере загрязнения.
Там стоит 3х-выводный неизвестный датчик и зеркало, непрозрачное в видимом диапазоне (на глаз):
Из 3-х выводных находил в сети только датчики с двумя сенсорами внутри, которые чувствительны к разной длине волны (дабы в расчет брать изменение соотношения уровня излучения на разной длине волны).