книги из ГПНТБ / Козелкин В.В. Основы инфракрасной техники учебник

распределения температур по поверхности нагретого тела (на­ пример, для обнаружения опасных мест перегрева в различной аппаратуре), снятия тепловых карт местности, фотографирова­ ния в темноте, астрономических исследовании, в медицине для диагностики опухолей по изменению распределения температу­ ры тканей п т. д.

Если изображение нагретого объекта спроектировать оптиче­ ской системой па тонкую мембрану, покрытую испаряющейся пленкой (например, масляной), то благодаря нагреву мембраны

ность температур преобразуется в разность толщин масляной пленки.

Метод обнаружения п регистрации инфракрасного излучения по испарению вещества с облучаемой поверхности получил наз­ вание эзапорографип, а приборы, использующие этот метод, на­ зываются эвапорографамп (от латинского слова evaporatio — ис­ парение). Принцип эвапорографии был предложен ib 1929 г. не­ мецким физиком Черни.

Принципиальная схема эвапорографа приведена на рис. 8.5. Чувствительный к излучению элемент 3 эвапорографа представ­ ляет собой тонкую пленку из нитроцеллюлозы 7 толщиной менее 0,1 мкм. При такой малой толщине пленка в отраженном днев­ ном свете не дает никаких интерференционных цветов. На одну сторону пленки наносят платиновую чернь, сажу или другой материал 6 с хорошим поглощением ИК-излучения. Обратную сторону пленки покрывают тонким слоем вещества 8, которое легко испаряется при облучении ИК-лучами (например, парафи­ новое или камфорное масло).

Если теперь через окно 2, прозрачное для ИК-лучей, при

214

s o m , укрепленной на штативе, пульта питания н вакуумного на­ соса. Инфракрасное изображение наблюдаемого объекта проектируется зеркальным объективом на мембрану, находя­ щуюся в вакуумной кювете. Эвапорографнческое изображение можно наблюдать через окулярную систему и одновременно фо­ тографировать.

Эвапорограф ЭВ-84 может обнаружить при окружающей комнатной температуре перепад температур на объекте в 0,5° С. Разрешающая способность при разности температур в объекте 10—20° С равна 10—15 штр/мм. Время, необходимое для полу­ чения изображения, равно 10—30 с.

Внутри эвапорографа ЭВ-84 встроены две малогабаритные модели абсолютно черного тела с регулируемой температурой. Изображение отверстий полостей черных тел проектируется IIKобъективамн на поверхность мембраны, что дает возможность сравнивать ИК-излучение объекта с излучением черного тела и таким образом определять температуру и интенсивность излуче­ ния объекта. На фотографиях, полученных с помощью эпапорографа, можно очень точно определять распределение темпера­ туры по поверхности объекта.

Для получения изображения объектов, излучающих п различ­ ных областях ПК-спектра, были разработаны приборы с оптикомеханическим сканированием (просмотром) поля зрения. Основ­ ными элементами этих приборов являются приемник ПК-излу- чеипя и оптическая система, которая путем механического сканирования просматривает мгновенным полем зрения боль­ шое поле обзора. Сканирование может осуществляться качанием всей оптической системы или одного из ее элементов (например, качающимися зеркалами, призмами или клиньями). Электриче­ ские сигналы, поступающие с приемника излучения, усиливают­ ся и управляют интенсивностью луча света, который синхронно с системой обзора перемещается по фотоэмульсии, пли электрон­ ного луча телевизионной трубки. Плотность почернения эмуль­ син или изменение яркости экрана трубки оказывается пропор­ циональной интенсивности облучения ИК-приемника. В резуль­ тате на фотопленке пли на экране трубки появляется изображе­ ние теплового поля объекта, в котором яркость отдельных точек пропорциональна температуре соответствующих точек этого объекта. Сканирующие приборы для визуальной или фотогра­ фической регистрации изображения предметов в собственном ИК-излучении получили название тепловизоров.

Рассмотрим устройство прибора с оптико-механическим ска­ нированием «Оптитерм», предназначенного для фотографирова­ ния объектов в длинноволновой области ИК-спектра. Схема при­ бора дана на рис. 8.7. Прибор состоит из следующих основных частей: зеркально-линзового объектива 5, в фокальной плоскости которого размещается полупроводниковый болометр 2; плоского

216

сканирующего зеркала 6 и источника света 9, интенсивность ко­ торого регулируется блоком управления /; свет от источника про­ ектируется на фотопленку 10.

Большое сканирующее зеркало 6 обеспечивает обзор узким полем зрения п поэлементно проектирует изображение наблю­ даемого объекта на объектив 5. Мгновенное поле зрения систе­ мы объектив — болометр около 30'. Поле обзора: 10° по вертикали и 20° по горизонтали. Развертка изображения произво­ дится по телевизионному принципу — построчно в прямоуголь­

вается предусилителем 3, а затем через блок управления 1 моду­ лирует излучение газоразрядной лампы 9. Свет от этой лампы фокусируется коллиматором 8 и развертывается но фотопленке 10 зеркалом 7, синхронно связанным со сканирующим зерка­ лом 6. Сканирующее зеркало совершает строчные н кадровые движения; во время обратного хода зеркала, после каждой строчки и кадра, газоразрядная лампа выключается, чтобы не засвечивать пленку модулированным излучением.

Во время съемки на пленку проектируется калибровочная шкала, разделенная на восемь участков. Черный участок на шкале соответствует известной температуре внутреннего эталон­ ного источника излучения; каждый из остальных, более светлых участков, соответствует определенному температурному диапазо­ ну. Таким образом, по фотоснимку можно непосредственно опре­ делить температурный рельеф объекта.

Подобный же принцип работы заложен в основу тепловизо­ ра, разработанного Государственным оптическим институтом им. С. И. Вавилова. Общий вид этого тепловизора показан на рис. 8.8. Приемником излучения в нем служит фотосопротивле-

217