otd
.pdf
Новая камера призвана заменить обычный эндоскоп, в котором на конце оптоволоконного кабеля расположена лишь оптика. Эта цветная камера обладает поперечником порядка одного миллиметра, она пригодится в первую очередь в эндоскопии, а также в различных областях техники.
Явление интерференции света лежит в основе многих высокоточных измерительных систем и датчиков перемещения. Интерференция света — нелинейное сложение интенсивностей двух или нескольких световых волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности Использование оптических волокон позволяет сделать такие устройства чрезвычайно компактными и экономичными. В волоконно-оптическом интерферометре интерференция происходит на частично отражающем сколе волокна и внешнем отражателе. Размер чувствительного элемента датчика перемещений, основанного на этом принципе, сопоставим с диаметром волоконного световода, т.е. около 0,1 мм. При этом сам чувствительный элемент помехоустойчив к внешним электромагнитным полям.
6
Излучение лазерного диода 1 вводится в волоконный световод 2 и через ответвитель 3 передается на волокно 4. При этом часть излучения отражается от торца волоконного световода 4, а другая его часть высвечивается в воздух, отражается от зеркала 5 и возвращается обратно в волоконный световод 4. Луч, отраженный от торца волоконного световода, интерферирует с лучом, отраженным от зеркала, и на фотоприемнике 6 регистрируется интенсивность изучения, изменяющаяся
периодически в зависимости от расстояния x0 между торцом световода и зеркалом.
7.14. Оптико-электронные системы измерения температуры (ОЭСИТ)
Развитие средств технического диагностирования во многом определяется возможностью бесконтактного измерения температуры частей машин и механизмов в процессе их функционирования. Техническое состояние подшипников, гасителей колебаний, теплоизоляции кузова, электрических машин и аппаратов других механизмов определяется температурой или перегревом их рабочих частей. Бесконтактное измерение температуры возможно с помощью ОЭСИТ, которые позволяют измерять температуру путем анализа потока теплового излучения от объекта.
Основные законы теплового излучения:
Закон Планка описывает распределение энергии излучения абсолютно черного тела
при температуре Т по спектру длин волн , Ме=dФе/dA1 – энергетическая светимость |
||||
|
|
,Т С 5е |
С2 |
|
М |
е |
Т |
||
|
1 |
|
|
|
где С1 =3,7415 10-16 Вт м2; С2=1,43879 10-2 м К.
Закон Стефана – Больцмана описывает энергетическую светимость для |
||
|
|
,Т d Т 4 |
полного спектра излучения |
Ме Ме |
|
|
0 |
|
где =5,66971 10-8 Вт м-2 К-4 постоянная Стефана – Больцмана.
М |
е Т |
|
|
|
|
М е Т – энергия излучения
Все тела, температура которых отлична от абсолютного нуля, излучают электромагнитные волны во всем спектральном интервале. Спектральный максимум излучения находиться в относительно узком диапазоне частот. При повышении температуры тела спектральный максимум излучения смещается в сторону высоких частот. Закон Голицына – Вина определяет длину волны для максимальной энергии излучения
|
|
|
3000 |
|
max |
Т |
|||
|
|
|||
|
|
|
так как максимум излучения сдвигается влево, его еще называют
законом смещения.
Кроме того, для коротковолновой зоны имеем
обозначив
М
x = /
е |
|
|
max;
max |
,Т d |
1 |
Т |
|
, |
|
|
|
|||||
М е |
|
4 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
4 |
|
|
|
y = Me/ Me max |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
получим удобную для практического использования единую изотермическую кривую, которая приведена на рис. 7.28.
Основные свойства теплового излучения
Тепловое излучение происходит по всему спектру частот от нуля до бесконечности; Интенсивность теплового излучения неравномерна по частотам и имеет
явно выраженный максимум при определенной частоте;
C ростом температуры общая интенсивность теплового излучения возрастает;
C ростом температуры максимум излучения смещается в сторону больших частот (меньших длин волн).
При Т определить:
y
0,8
|
|
|
|
|
3000 |
|
|
max |
Т |
||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
M |
e max |
1,2864 10 15T 5 |
|||
|
|
|
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
|
|
Для заданного |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
определить: |
|
|
|
|
|
|
|
x = / max |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
х |
По кривой найти y и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Me Me max y
Рис. 7.28 Единая изотермическая кривая
Тепловые приёмники оптического излучения
Тепловые приемники оптического излучения реагируют на энергию, поглощённую чувствительным приёмным элементом. Поглощённая энергия приводит к нагреванию чувствительного элемента и повышению его температуры, которая может быть измерена непосредственно.
Пироэлектрические приёмники основаны на способности
сегнетоэлектрических материалов создавать электрические заряды на своей поверхности при нагреве и деформациях. Приёмники этого типа представляют собой тонкую пластинку, вырезанную из пироэлектрического кристалла, на которую нанесены металлические электроды и слой поглощающей черни. Излучение, падающее на чернь, вызывает нагрев кристаллической пластинки и появление зарядов на электродах. Пироэлектрическим эффектом обладают кристаллы триглицинсульфата, ниобата лития, керамики типа цирконата-титоната бария или свинца и др.
Болометры - приёмники, действие которых основано на изменении физических параметров чувствительного элемента при его нагревании вследствие поглощения потока излучения. Наибольшее распространение получили болометры сопротивления, основанные на зависимости электрического сопротивления металлических и полупроводниковых материалов от температуры. Термочувствительный элемент болометра представляет собой тонкий слой металла (Ni, Au, Bi и др.), поверхность которого покрывается слоем черни, имеющей большой коэффициент поглощения в широкой области длин волн. Полупроводниковые болометры (термисторы) изготовляются из Ge и Si, a также из окислов Ni, Mn, Co. Излучение направляется на один элемент, а другой служит для компенсации изменения температуры окружающей среды и радиационных помех. Для уменьшения порога чувствительности площадь болометрического элемента делается небольшой, а для уменьшения постоянной времени - очень тонкой. Типичные размеры болометра: площадь 0,3
толщина 0,1-0,01 мкм.