книги из ГПНТБ / Левитин И.Б. Инфракрасная техника

гических исследований и т. д.). Материалы с положением максимума сенсибилизации при К = 0,95 или 1,05 мкм ис­ пользуются в спектроскопии и астрономии.

При фотографировании в инфракрасных излучениях на объектив аппарата надевают съемочный светофильтр, по­ глощающий видимые излучения либо полностью, либо за исключением красных лучей. Наиболее пригодны свето­ фильтры типов КС-10 — КС-18, которые полностью погло­ щают сине-фиолетовые излучения, воздействующие на собст­ венную чувствительность бромистого серебра.

Рис. 63. Кривые спектральной чувствитель­ ности пнфрахроматнческих материалов

Для съемки в инфракрасных лучах используются обыч­ ные фотографические аппараты, однако надо иметь в виду, что некоторые материалы, примененные в них, пропускают инфракрасные излучения (например, меха из желтой кожи, матерчатые шторки малоформатных камер и т. п.). Поэ­ тому обычно проверяют фотоаппарат, заряженный инфра­ красной пленкой, выставив его под прямое солнечное ос­ вещение на 2—3 мин; если на проявленной пленке нет сле­ дов засветки или вуали, то аппаратом можно пользоваться.

Надо также иметь в виду, что наводка объектива на рез­ кость, пригодная для видимых излучений, будет неточной для инфракрасных, особенно при большом фокусном рас­ стоянии объектива. Причиной этого является разница в преломляющей способности оптических деталей аппарата для световых и для инфракрасных излучений. Поэтому опытным путем определяют величину, на которую надо сместить фокус от положения, соответствующего резкой

наводке в световых лучах, чтобы снимок получился рез­ ким в инфракрасных лучах.

менее 7—10 см с этой разницей в фокусных расстояниях для видимых и инфракрасных лучей можно не считаться.

Выдержка при съемке на инфрахроматических материа­ лах определяется опытным путем, подбором и проявлением проб, так как экспонометров для этой цели не существует. Вообще же при инфракрасном фотографировании требуются выдержки значительно большие, чем при обычной фотогра­ фии ввиду низкой чувствительности негативных материа­ лов.

Обработка инфрахроматических материалов ничем не отличается от обработки обычных негативных материалов.

Преобразователи изображения с краевым поглощением и жидкокристаллические. Эти приборы, не получившие пока практического распространения, применялись в ла­ бораторных экспериментах для тех же целей, что и эвапорографы, т. е. использовались как пирометры, создающие тепловое изображение, по которому судили о тепловом поле нагретых объектов.

Схема этих приборов сходна с оптической схемой эвапорографа: с помощью объектива инфракрасное изображе­ ние объекта создается на чувствительном элементе, состоя­ щем из приемного (поглощающего) и преобразующего слоев.

Впреобразователе изображения с краевым поглоще­ нием преобразующий слой полупроводниковый (из аморф­ ного селена); при изменении его температуры смещается край полосы поглощения. На преобразующий слой прое­ цируют инфракрасное изображение объекта и наблюдают сквозь него экран, равномерно освещенный монохромати­ ческим светом. Если, длина волны света, падающего на эк­ ран, близка к длине волны, соответствующей краю полосы поглощения полупроводникового слоя, то наблюдается монохроматическое изображение объекта.

Вжидкокристаллическом преобразователе преобра­ зующий слой изготовляется из смеси некоторых холестерических жидких кристаллов. Эта смесь рассеивает свет, причем при изменении температуры максимум рассеяния смещается по спектру, изменяя цвет изображения.

130

В табл. 23 приводятся сравнительные сведения о чувст­ вительности и разрешающей способности различных ин­ фракрасных несканирующих пирометров (по В. Н. Син­ цову и К. Б. Поповой [33]).

Таблица 23

Сканирующие приборы (в частности, сканирующие ра­ диационные пирометры для неконтактного измерения тем­ пературы незначительно нагретых объектов по их инфра­ красному излучению) получают за последнее время боль­ шое распространение для самых разнообразных целей. Сканирование представляет собой последовательный об­ зор объекта по точкам регулярно повторяющейся траекто­ рии, образующей развертку наблюдаемого кадра.

Среди разнообразных задач, решаемых сканирующими системами, рассмотрим здесь кратко только исследование температурных полей; для большинства нагретых объек­ тов эти поля двумерны. Информация об этих полях, полу­ чаемая прибором, обычно создает тепловое изображение наблюдаемого объекта на экране электроннолучевой трубки (ЭЛТ), причем распределение яркостей в кадре со­ ответствует распределению плотностей излучения наблю­ даемой нагретой поверхности. Далее производится обра­ ботка полученной в виде изображения информации, ее при­ вязка к координатам исследуемого поля и количественная

интерпретация в виде численных значении температур по­ верхности объекта в различных ее точках.

Во многих случаях дополнительно к тепловому изобра­ жению, которое используется только для получения общего представления о температурном поле объекта, получают построчные тепловые рельефы «разрезов» температурного

ным рельефам можно строить изотермы в плоскости наблю­ даемого поля и даже объемные (трехмерные) температур­ ные рельефы. Примеры подобного рода будут приведены ниже.

Теоретические положения, определяющие действие ра­ диационных пирометров с оптико-механическим сканиро­

сигнала в электрических схемах сканирующих пирометров. Ниже приводятся кратко только некоторые основные соотношения, относящиеся к радиационным пирометрам вообще и к сканирующим пирометрам в частности, взятые

из упомянутых выше источников.

Энергетические возможности радиационного пирометра опреде­ ляются соотношением лучистого потока Ф от наблюдаемого объекта, падающего на объектив пирометра, и потока Ф п . попадающего на приемник излучений. При этом поток Ф выражается:

132

Лучистый поток Ф П ( падающий на приемник, зависит от со­ отношения размеров изображения объекта а0 б и чувствительной площадки приемника о п , причем

от относительного отверстия объектива О:

Выражения (39) и (40) справедливы только в том случае, если сигнал от объекта значительно превышает уровень шума приемника излучений. Таким образом, сигнал от объекта будет обнаружен,

полосы пропускания Д^ш усилительной схемы и от размеров чувст­

и минимальное обнаруживаемое значение энергетической светимо­ сти Мт\п объекта с большими размерами (а0 б > ап ):

133

разрешающая способность) прибора.

В приборах с оптико-механическим сканированием об­ зор объекта осуществляется путем изменения направления оптической оси прибора. При этом мгновенное поле зрения прибора последовательно проходит по элементам (точкам) излучающей поверхности объекта соответственно регу­ лярно повторяющейся траектории, заранее заданной в кон­ струкции. Траектории сканирования бывают весьма разно­ образными, а соответствующие каждой из них изменения направления оптической оси создаются оптическими эле­ ментами прибора — вращающимися или качающимися зер­ калами, призмами и т. д.

Если сканирование осуществляется вращающимся зеркалом, установленным перед объективом, то угол отклонения линии визи­ рования (угловой размер «строки») а = pß, где ß — угол поворота зеркала. Коэффициент р — 2 в случае, если ось вращения зеркала перпендикулярна оптической оси объектива н р = 1, если ей па­ раллельна. Связь между а и ß может быть и нелинейной.

Зеркало, вращающееся вокруг одной оси, сканирует только по прямой или по дуге окружности. Применяя качание зеркала во­ круг двух осей, получают растровую развертку, а используя си­ стемы зеркал, оптические клинья, призмы и т. д., получают более сложные, криволинейные развертки.

При сканировании зеркалами определенных размеров лучи­ стый поток, падающий на объектив, ограничивается размерами зер­

Чаще всего при сканировании ставится задача определения раз­ ности энергетических светимостей последовательно сканируемых участков объекта и фона, т. е. ведется сравнение соответствующих сигналов, получаемых в соседние промежутки времени. При этом разность соответствующих лучистых потоков необходимо соотно­ сить с ФП ор прибора. Разностный сигнал появляется не мгновенно.

134

лучения, зависящая от размеров объекта, величины мгновенного

ная длительность приемника излучения, воздействующего на при­ емник, с.

В настоящее время известно довольно много различных конструкций сканирующих пирометров с оптико-механи­ ческим сканированием. В качестве примера рассмотрим ниже в основных чертах устройство двух приборов, отно­ сящихся к этому классу инфракрасных пирометров.

Тепловизор шведской фирмы AGA (Termovision) [47, 50]. Устройство этого прибора показано схематически на рис. 64. Прибор состоит из оптической головки, в которой расположены оптическая система, приемник излучений, предусилитель и электродвигатели привода сканирующей системы, и блока индикатора, в котором расположены осциллограф, блок электронного управления и блок пи­ тания.

Приемником излучений 9 служит охлаждаемый жидким азотом фотодиод на основе InSb; размер чувствительной пло­ щадки приемника ап определяется входным отверстием охлаждаемой диафрагмы, диаметр которого d Ä 0,5 мм (ап ж 0,19 мм2 ).

Главная оптическая система камеры образована сфери­ ческим зеркалом 12 с центральным отверстием (диаметр зеркала D = 195 мм, фокусное расстояние f = 350 мм) и колеблющимся плоским зеркалом 1 (диаметр Dx = 71,4 мм).

135

Оптическая система образует изображение объекта в пло­ скости, расположенной внутри вращающейся германиевой призмы 13. Процесс горизонтального сканирования проис­ ходит следующим образом: в положении а призмы (рис. 65) приемник получает излучение от точки / изображения. При повороте призмы в положение б на приемник падает излучение от точки 2, расположенной в середине изобра­ жения. В положении в приемник получает излучение от точки 3 изображения, симметричной точке /. Таким обра-

—- Кадровая синхронизация г— Строчная синхронизация

Рис. 64. Схема устройства тепловизора AGA

зом, призма при вращении осуществляет такое же горизон­ тальное сканирование вдоль строки, какое имело бы место при быстром возвратно-поступательном движении прием­ ника вдоль линии /—2—3.

При каждом полном повороте призмы сканируется 8 линий и так как призма делает 200 оборотов в секунду, то за одну секунду оптическая система сканирует 1600 линий.

В оптической головке установлены три электродвига­ теля: один из них осуществляет качание плоского зеркала 1, второй — вращение германиевой призмы, третий — фоку­ сировку оптической системы (путем перемещения плоского зеркала вдоль оси системы) для наблюдения объектов, рас­ положенных на расстояниях либо от 2 до 6 м, либо от 4 м

136

до со. Двигатель фокусировки управляется переключате­ лем, находящимся в блоке индикатора.

Сигнал от приемника усиливается предусилителем 8 до величины, необходимой для передачи по кабелю из оп­ тической головки к блоку индикатора. Предусилитель соб­ ран по дифференциальной схеме на кремниевых транзисто­ рах на отдельной печатной плате, помещен в металличе­ ский экран и расположен в непосредственной близости от приемника.

Рис. 65. Процесс сканирования в тепловизоре AGA

Формирование сигналов синхронизации кадровой и строчной разверток осуществляется с помощью модулято­ ров, прерывающих световой поток, идущий от лампочек подсветки к фотодиодам 4 и 5. Синхросигналы с фотодиодов поступают в усилители.

Все управление основным сигналом, регулировки, уси­ ление, введение вспомогательных сигналов, управление

В этом же блоке формируютсяимпульсы индикации на экране ЭЛТ — марки шкалы чувствительности, импульс включения серой полутоновой шкалы температур, марки уровня выделенной изотермы и т. д.

137