Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Zdjęcia full spectrum, obrazowanie radiowe, zdjęcia IR i UV.

michalek002a 12 Aug 2021 11:34 1122 10
  • #1
    michalek002a
    Level 8  
    Witam wszystkich. Pewnie sam tytuł nikomu dużo nie mówi, ale temat, który chciałem omówić, jest dosyć obszerny, obejmujący wiele dziedzin od optyki, przez radiotechnikę, elektronikę, programowanie i może nawet robotykę. Ponieważ chciałem przyciągnąć do tematu jak najwięcej osób i przeczytać jak najwięcej opinii, a temat mi się wydaje ciekawy i interesujący, powiem w dużym skrócie. Chodzi mi o robienie "zdjęć" w zakresie promieniowania elektromagnetycznego, od częstotliwości hercowych zakresu ELF, przez promieniowanie widzialne, do częstotliwości promieniowania gamma, oraz obrazowanie promieniowania α, β, pola magnetycznego i elektrycznego. Dobra, tak, wiem, że to praktycznie niemożliwe 😃, przynajmniej w dzisiejszych czasach i dla przeciętnego człowieka. Chciałem poteoretyzować, w jaki sposób można by "fotografować" w każdym z zakresów, z czego zbudować odbiornik i jak przetwarzać dane na obraz. A w moim wyobrażeniu, chciałbym zrobić zestawienie zdjęć nałożonych na siebie, gdzie można wybierać, jaki zakres chce się widzieć, lub nakładać je na siebie. Wtedy przykładowo można by zobaczyć, nałożone na zwykłą fotografię, białe kropki na horyzoncie, które byłyby nadajnikami radiowymi, świecący router lub telefon, satelity geostacjonarne itp.

    Tematem się zainteresowałem, gdy kiedyś była moda na robienie zdjęć w podczerwieni. Wtedy pomyślałem, że tak właściwie powinno dać się to zrobić w każdym z zakresów promieniowania elektromagnetycznego. Jednak w internecie nie znalazłem prawie żadnych zdjęć mikrofalowych, radiowych, rentgenowskich itd. (oczywiście poza zdjęciami astronomicznymi).

    A teraz po kolei spróbuję omówić, jak bym wyobrażał sobie odbiornik i zdjęcie, na każdym z zakresów, zaczynając od ELF.

    Tak właściwie od zakresu ELF do VLF, sytuacja wyglądała by podobnie. Jest to pasmo akustyczne, więc do odbioru można wykorzystać wzmacniacz akustyczny. Największym problemem jednak tutaj byłaby antena, która teoretycznie powinna mieć rozmiary większe od ziemi. Do tematu się nie zagłębiałem, jednak wiem, że można efektywnie tę częstotliwość odbierać zwykłą anteną drutową, jednak chyba niemożliwe jest w tym wypadku określenie kierunku, z którego fale przybywają. Gdyby jednak się udało, w tym zakresie może byłaby szansa sobaczyć w jakiś sposób rezonans Schumanna, oraz sieć energetyczną 50Hz.

    Od VLF tak właściwie zaczynają się już nadajniki radiowe, jednak, czy tak naprawdę jest możliwość, aby określić kierunek przybywania fal, których długość nie jest bliska długości anteny, którą jest się w stanie zbudować? Poza zobaczeniem nadajników na tej częstotliwości, może dałoby się zobaczyć ich sygnał odbity od jonosfery?

    Tak właściwie od fal krótkich 3-30 MHz chyba zaczyna się coś, co realnie da się zrobić. Nie znam się dobrze na antenach, ale może da się wykonać jakąś antenę kierunkową o długości np. 1/32 albo 1/64 fali. Wtedy antena miałaby ok. 1m. Lecz chyba i tak współczynnik kierunkowy byłby bardzo słaby, bo przykładowo yagi, która ma dosyć dobry, chyba musi mieć konkretnie określone wymiary względem długości fali, a nie jej części. W tym wypadku, gdy oprócz zmiennej, którą jest moc sygnału, dojdą dwie zmienne kierunkowe, trzeba by zbudować układ poruszający anteną i czytający jej pozycję oraz siłę sygnału oraz trzeba to w jakiś sposób zapisać. Najdokładniejszym sposobem byłby pomiar widma oscyloskopem, który obejmował by bardzo szerokie pasmo. Jednak poza ręcznym zapisywaniem wartości, nie mam pomysłu w jaki sposób miałoby to automatycznie działać. Zastanawiałem się też nad prostym układem rezonansowym, który przez diodę ładuje kondensator, a na nim jest mierzone napięcie odwzorowujące siłę sygnału. Stroiło by się go na daną częstotliwość, dla każdego zdjęcia. A sam układ poruszania anteną, może być uniwersalny do wszystkich zakresów, do których jest potrzebny. Można go skonstruować na serwomechanizmach i zębatkach/jakimś mechanizmie z drukarki 3D. A na zdjęciu widoczne byłyby chyba tylko i wyłącznie sztuczne nadajniki radiowe i może ich odbicia od jonosfery.

    Od VHF 30-300 MHz do SHF 3-30 GHz, można by już spokojnie budować dobre anteny kierunkowe, a dla tych wyższych częstotliwości, najdokładniejsze, paraboliczne. Dałoby się zrobić zdjęcie z jakąkolwiek rozdzielczością, a nie tylko rozpoznać kilka sił sygnału z kilku kierunków. Jednak tutaj już zamiast oscyloskopu, trzeba by mieć miernik częstotliwości, ale pomiar układem rezonansowym, byłby chyba taki sam. Ten zakres jest również dosyć ciekawy. Widać w nim by było słońce, dużo nadajników radiowych, routery, mikrofale, telefony itd. i to jak wyżej napisałem, z relatywnie dobrą rozdzielczością.
    https://www.youtube.com/watch?v=aeah3fFYlnA
    https://www.youtube.com/watch?v=g3LT_b6K0Mc
    Zdjęcia full spectrum, obrazowanie radiowe, zdjęcia IR i UV.



    Od 30Ghz do 3 THz byłby problem, ponieważ nie wiem, czy dałoby się samemu zbudować odpowiednie anteny. Chyba jedynym rozwiązaniem jest kupienie gotowca. Również nie wiem co można by w tym zakresie zobaczyć. Chyba jedynie słońce i niektóre satelity.

    Dalsza podczerwień to już kamery termowizyjne. Obraz można rejestrować z bardzo dobrą rozdzielczością oraz w prosty i szybki sposób. Jednak cena takiej zabawki jest dosyć wysoka. Można kupić matrycę detektorów 10x10, jednak to jest bardzo mała rozdzielczość, może dało by się zrobić interpolację z kilku zdjęć? Ewentualnie dałoby się zrobić to pojedynczym sensorem/pirometrem, jednak trzeba by ukierunkować jego detekcję i skanować zdjęcie tak jak dla fal radiowych, co było by nieefektywne. Oczywiście w tym zakresie powstawały by zwyczajne zdjęcia termowizyjne.
    Zdjęcia full spectrum, obrazowanie radiowe, zdjęcia IR i UV.

    W bliskiej podczerwieni, jak i w bliskim UV, można z łatwością fotografować zwykłym aparatem cyfrowym/kamerą monitoringu z wyciągniętym filtrem. Po zastosowaniu filtrów przepuszczających odpowiednie promieniowanie IR/UV, można robić zdjęcia w odpowiednim spektrum. Takich zdjęć można znaleźć sporo. Nie wiem czy dalsze UV da się fotografować zwykłym aparatem, ale widziałem, że gdzieś można kupić detektory, tylko też trzeba by skanować po pikselu, w niskiej rozdzielczości.
    https://www.youtube.com/watch?v=YL2jYOFbFQI
    https://www.youtube.com/watch?v=DTxMQZpez0Y
    Zdjęcia full spectrum, obrazowanie radiowe, zdjęcia IR i UV.
    Autorstwa NickSpiker - Praca własna, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=36848794
    Zdjęcia full spectrum, obrazowanie radiowe, zdjęcia IR i UV.

    Fotografia w promieniach X nie byłaby trudna, bo reaguje na nie chyba nawet zwykła klisza fotograficzna, jednak potrzebna byłaby soczewka. Niby istnieje optyka w promieniach-x, jednak nic zbytnio nie znalazłem na internecie, więc dostęp pewnie byłby trudny. Jednak największym problemem jest tu bardzo duża absorbcja promieniowania przez powietrze. Pomimo, że słońce jest dosyć silnym źródłem promieni X, na Ziemi byłoby całkiem ciemno, a ze źródłem "światła", widzieli byśmy na max kilka metrów. Jednak gdyby nie atmosfera, takie zdjęcia byłyby bardzo ciekawe.

    Do robienia zdjęć w promieniach gamma, chyba trzeba by się wybrać do NASA. Jedyne co znalazłem w internecie, co można dostać, to pojedyncze detektory gamma i nie wiem, czy da się z nich uzyskać w jakiś sposób obraz. Ale zdjęcia również byłyby ciekawe. Można by zarejestrować świecenie górnych warstw atmosfery, jeżeli promienie nie byłyby pochłonięte przez dolne warstwy oraz świecenie bananów i może innych rzeczy. Jednak najdokładniejsze zdjęcie w promieniach gamma Ziemi z kosmosu, nadal jest rozpikselowanym obrazkiem.
    Zdjęcia full spectrum, obrazowanie radiowe, zdjęcia IR i UV.

    Zastanawiałem się jeszcze, czy możliwe jest rejestrowanie obrazów promieniowania α i β. Jednak chyba żadnym licznikiem Geigera, nie da się określić kierunku z którego przybyło promieniowanie. W domowych warunkach raczej nic ciekawego by nie było widać, ale silniejsze źródła promieniowania np. w Czarnobylu, może były by widoczne z daleka?

    Co do pola magnetycznego i elektrycznego, to chyba nie ma innej możliwości jak zmierzyć go bezpośrednio. Jednak w NASA w jakiś sposób mierzyli pole magnetyczne magnetarów, ale może były to pomiary pośrednie.

    Z ciekawostek, to detektor neutrin w NASA też chyba można nazwać aparatem. Gdyby mieć matrycę rejestrującą 100% neutrin, można by zobaczyć gwiazdy z drugiej strony Ziemi. Wszystko byłoby prawie całkowicie przezroczyste.

    Większość rozważań to tak na prawdę tylko teoretyzowanie. Jednak w przyszłości, w wolnej chwili planuję coś takiego zrobić. Na pewno nie wszystko naraz, ale może zacząć od tych przykładowych 2.4GHz, UV i IR, a później może dłuższych fal radiowych. Przede wszystkim muszę zbudować antenę i mechanizm kierujący nią, układ badający siłę sygnału i program przetwarzający dane na obraz.
    Wszystko oczywiście tylko hobbystycznie i z nudów.
    [28-30.06.2022, targi] PowerUP EXPO 2022 - zasilanie w elektronice. Zarejestruj się za darmo
  • #2
    jarek_lnx
    Level 43  
    michalek002a wrote:
    Od VHF 30-300 MHz do SHF 3-30 GHz, można by już spokojnie budować dobre anteny kierunkowe, a dla tych wyższych częstotliwości, najdokładniejsze, paraboliczne. Dałoby się zrobić zdjęcie z jakąkolwiek rozdzielczością, a nie tylko rozpoznać kilka sił sygnału z kilku kierunków.
    To nie takie proste, wiesz dlaczego w fotolitografii stosuje się UV? Dlatego że dłuższe fale nie dały by odpowiedniej rozdzielczości.
    https://pl.wikipedia.org/wiki/Fotolitografia
  • #3
    CosteC
    Level 34  
    michalek002a wrote:
    Zastanawiałem się jeszcze, czy możliwe jest rejestrowanie obrazów promieniowania α i β. Jednak chyba żadnym licznikiem Geigera, nie da się określić kierunku z którego przybyło promieniowanie. W domowych warunkach raczej nic ciekawego by nie było widać, ale silniejsze źródła promieniowania np. w Czarnobylu, może były by widoczne z daleka?


    Policz ile cząstek na sekundę, na cm2 detektora dają źródła które byś chciał mieć obok siebie :) To da ci obraz jak wyglądałoby takie obrazowanie. Gamma by była prostsza pod tym względem, bo energie mniejsze.
  • #4
    michalek002a
    Level 8  
    jarek_lnx wrote:
    To nie takie proste, wiesz dlaczego w fotolitografii stosuje się UV? Dlatego że dłuższe fale nie dały by odpowiedniej rozdzielczości.
    https://pl.wikipedia.org/wiki/Fotolitografia

    Oczywiście wiem, nie zobrazuje się szczegółów mniejszych od długości fali, ale na pewno można wyraźnie obrazować źródła i może jakieś odbicia od budynków itp.
    CosteC wrote:
    Policz ile cząstek na sekundę, na cm2 detektora dają źródła które byś chciał mieć obok siebie :) To da ci obraz jak wyglądałoby takie obrazowanie. Gamma by była prostsza pod tym względem, bo energie mniejsze.

    Myślałem nad tym, i dlatego napisałem, że prawdopodobnie sprawdziło by się to w miejscach ze zwiększoną radioaktywnością i można by naświetlać przez długi czas. Gdzieś kiedyś czytałem, że przykładowo teleskop Hubblea, podczas obserwacji najdalszych galaktyk, tak na prawdę zbiera pojedyncze fotony. Ale oczywiście w tym wypadku pisałem już o takim zakresie, w jakim praktycznie nierealne jest obrazowanie. część to były moje dywagacje "co by było gdyby". A co tak właściwie pomagały by większe energie gamma?
  • #5
    janmadry
    Level 1  
    Oczywiście że takie obrazowanie jest możliwe i jest wykorzystywane w praktyce (często w połaczeniu z "normalnym" obrazem)
    Przykład:
    h3dgamma.com/nuclearapplications.php
  • #6
    jarek_lnx
    Level 43  
    michalek002a wrote:
    Tak właściwie od zakresu ELF do VLF, sytuacja wyglądała by podobnie. Jest to pasmo akustyczne, więc do odbioru można wykorzystać wzmacniacz akustyczny. Największym problemem jednak tutaj byłaby antena, która teoretycznie powinna mieć rozmiary większe od ziemi. Do tematu się nie zagłębiałem, jednak wiem, że można efektywnie tę częstotliwość odbierać zwykłą anteną drutową, jednak chyba niemożliwe jest w tym wypadku określenie kierunku, z którego fale przybywają. Gdyby jednak się udało, w tym zakresie może byłaby szansa sobaczyć w jakiś sposób rezonans Schumanna, oraz sieć energetyczną 50Hz.

    Sieci energetycznej trudno nie zobaczyć, wystarczy włączyć oscyloskop, obserwujemy je jako pole bliskie zarówno elektryczne jak i magnetyczne od przewodów, które mamy wszędzie. Żeby zaobserwować rezonans Schumanna używa się anten magnetycznych i z tego czo czytałem trzeba wyjechać w Bieszczady żeby zakłócenia z innych źródeł nie uniemożliwiły nam pomiaru.
    Dla niskich częstotliwości można stosować anteny magnetyczne, pętlowe, albo ferrytowe, niewielkich rozmiarów, charakterystyka kierunkowa jest taka jak dipola, z dodatkową anteną elektryczną (również krótką) można wykryć po której stronie anteny znajduje się źródło. Na tej zasadzie działają odbiorniki do radioorientacji sportowej (ARDF) na pasmo 80m (3,5MHz) nie wymagają dźwigania kilkudziesięciometrowej anteny i można je trzymać jedną ręką, biegnąc po lesie :)
    ARDF na pasmo 2m mają większe anteny.



    michalek002a wrote:
    Najdokładniejszym sposobem byłby pomiar widma oscyloskopem, który obejmował by bardzo szerokie pasmo.

    Analizator widma ma większe możliwości, choć współczesny analizator widma i oscyloskop cyfrowy hardware-owo niewiele się różnią. Dla amatora najlepszym rozwiązaniem jest SDR (przykładowo RTL-SDR - zobacz jakie to ma pasmo)

    michalek002a wrote:
    Zastanawiałem się też nad prostym układem rezonansowym, który przez diodę ładuje kondensator, a na nim jest mierzone napięcie odwzorowujące siłę sygnału. Stroiło by się go na daną częstotliwość, dla każdego zdjęcia.
    Anteny magnetyczne zazwyczaj zawierają strojony obwód rezonansowy, jest to dobry pomysł bo pozwala ograniczyć zakłócenia już na wejściu. Ale jako pomysł na budowę odbiornika, jest kiepski, selektywność pojedynczego obwodu LC jest słaba, a równoczesne przestrajanie kilku to duży problem.

    Może cię zainteresować temat lokalizowania wyładowań atmosferycznych, oraz mapowania EMI
    Zdjęcia full spectrum, obrazowanie radiowe, zdjęcia IR i UV.
  • #7
    michalek002a
    Level 8  
    jarek_lnx wrote:
    Anteny magnetyczne zazwyczaj zawierają strojony obwód rezonansowy, jest to dobry pomysł bo pozwala ograniczyć zakłócenia już na wejściu. Ale jako pomysł na budowę odbiornika, jest kiepski, selektywność pojedynczego obwodu LC jest słaba, a równoczesne przestrajanie kilku to duży problem.

    To w jaki sposób najlepiej i najprościej jest mierzyć siłę sygnału dla konkretnej częstotliwości albo pasma? I najlepiej jakby dało się pod to podłączyć mikrokontroler, aby automatycznie zbierał dane.
  • #8
    jarek_lnx
    Level 43  
    michalek002a wrote:
    To w jaki sposób najlepiej i najprościej jest mierzyć siłę sygnału dla konkretnej częstotliwości albo pasma? I najlepiej jakby dało się pod to podłączyć mikrokontroler, aby automatycznie zbierał dane.
    Jak pisałem najprościej gotowy SDR podłączony do PC-ta.
    Mając dwie anteny kierunkowe (anteny ramowe lub dipole) ustawione prostopadle, można pokazać spektrogram z uwzględnieniem kierunku (zaznaczone kolorem)
    Zdjęcia full spectrum, obrazowanie radiowe, zdjęcia IR i UV.
    Pewnie mając dwie takie stacje w odpowiedniej odległości mógł byś zlokalizować nadajniki metodą triangulacji

    Co do budowy odbiorników przestrajanych w szerokim zakresie częstotliwości i o w miarę wąskim paśmie, zdecydowanie trzeba użyć przemiany, czyli przestrajasz generator, a nie filtr, sygnał z generatora podajesz na mieszacz, a dalej masz stały selektywny filtr, wzmacniacze i detektor, detektor do takiego zastosowania powinien mieć dużą dynamikę, można by użyć jakiegoś wzmacniacza logarytmicznego. Za to niepożądane jest ARW w obwodzie p.cz.Tyle mogę powiedzieć teoretycznie, w radiówce mam znikomo mało praktyki.


    Z układów z przemianą, są jeszcze proste konstrukcje homodynowe - z zerową częstotliwością pośrednią.
  • #9
    _jta_
    Electronics specialist
    Dla polaryzacji pionowej fal EM o częstotliwości radiowej: dwie prostopadłe anteny magnetyczne (na poziome pole magnetyczne) + jedna elektryczna; dostajesz 3 sygnały, z tego 2 zależą od kierunku jak sin() i cos() kąta; ARW może być, ale musi być wspólne dla wszystkich sygnałów, bo kierunek wyznacza się na podstawie ich ilorazów.

    Przy samych magnetycznych - nie odróżni się fali z przeciwnej strony (np. czy z północy, czy z południa); magnetyczna+elektryczna - nie odróżni się lustrzanego odbicia od płaszczyzny ramy (dla anteny ramowej), albo płaszczyzny prostopadłej do kierunku pręta anteny ferrytowej. Ale to i tak wtedy, gdy masz fale z jednego źródła.

    Do rozpoznawania kierunku, z jakiego przychodzi promieniowanie gamma (czy inne jonizujące) przesłania się detektory (musi ich być sporo) podziurawioną płytą pochłaniającą promieniowanie, umieszczoną w pewnej odległości przez nimi - ale wyliczenie, jak trzeba rozmieścić dziury, nie jest prostą sprawą. Chodzi o to, by dla każdego kierunku część detektorów była zasłonięta, a do części promieniowanie docierało poprzez te dziury, i wtedy z tego, ile promieniowania który detektor wykryje, określa się rozkład kierunkowy promieniowania.
  • #10
    spy
    Level 25  
    _jta_ wrote:
    Przy samych magnetycznych - nie odróżni się fali z przeciwnej strony (np. czy z północy, czy z południa);

    Odróżni się, tylko że to jest praktycznie nie do zrealizowania w warunkach amatorskich - dwa zestawy detektorów, interferometry, itd... https://www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200608163435.htm , https://en.wikipedia.org/wiki/Direction_finding

    _jta_ wrote:
    Do rozpoznawania kierunku, z jakiego przychodzi promieniowanie gamma (czy inne jonizujące)

    Od tego są choćby komory dyfuzyjne czy metody pośrednie bazujące na kwantowych efektach propagacji elektronów lub fotonów w określonych materiałach - kierunki emisji nie są przypadkowe i są policzalne, więc odpowiednie rozplanowanie detektorów jest możliwe i pomiary pokażą kierunki.

    Tak już na marginesie - jeśli autor tematu myśli o jakichkolwiek pomiarach, nie wspominając o obrazowaniu czegokolwiek za pomocą cząstek o energiach powyżej UV, to najpierw potrzebuje solidnych podstaw teoretycznych z fizyki. Inaczej może sobie zrobić krzywdę, o ile znajdzie dostęp do źródeł promieniowania, co na szczęście nie jest takie proste. No, może poza promieniowaniem β, bo to jest wykonalne w warunkach nawet amatorskich, z całkiem niezłymi energiami docelowymi. Na początek najlepiej skupić się na detekcji i pomiarach np. radioaktywności naturalnej skał, co pokaże kaliber problemów technicznych do rozwiązania.
  • #11
    michalek002a
    Level 8  
    spy wrote:
    Tak już na marginesie - jeśli autor tematu myśli o jakichkolwiek pomiarach, nie wspominając o obrazowaniu czegokolwiek za pomocą cząstek o energiach powyżej UV, to najpierw potrzebuje solidnych podstaw teoretycznych z fizyki. Inaczej może sobie zrobić krzywdę, o ile znajdzie dostęp do źródeł promieniowania, co na szczęście nie jest takie proste. No, może poza promieniowaniem β, bo to jest wykonalne w warunkach nawet amatorskich, z całkiem niezłymi energiami docelowymi. Na początek najlepiej skupić się na detekcji i pomiarach np. radioaktywności naturalnej skał, co pokaże kaliber problemów technicznych do rozwiązania.

    Oczywiście, że nie będę się zajmował na początku promieniowaniem jonizującym, bo nawet nie mam technicznie takiej możliwości.