Законы теплового излучения.

Известно, что тепловое излучение описывается двумя основными законами.

1. Законом Планка

E_λ = C₁ λ^-5 (e^C2/λT )^-1 (1)

2. Законом Стефана-Больцмана

E = σ T⁴ (2)

Т₁ > Т ₂> Т₃

Закон Планка описыает закономерности монохромотического излучения.

Е_λ – яркость на длинне волны λ

С₁ С₂ – постоянная величены

Т – абсолютная температура

Графически этот закон можно представить сериями кривых для различных температур.

Законом Стефана-Больцмана описывает интегральную яркость излучения на всех длинах волн при каждой температуре.

Е можно получить проинтегрировав площадь под каждой из кривых.

G – постоянная излучения.

Записанные уравнения описывают излучения абсолютно черного тела. Реальные тела являются «серыми». Это учитывается введением в базовое уравнение (1, 2) некоторых коэффициентов, которые характеризуют степень черноты серого тела.

Е_λ = E_λ= C₁ λ^-5 (e^C2/λT-1 )^-1 (3)

Е = Е σТ⁴ (4)

Е_λ - степень черноты на длинне волны λ

Е - средняя (интегральная) степень черноты серого тела

Е_λ ; Е < 1

Важным является уравнение описывающее поток излучения

Q = Fσ t Е_ТТ_Т⁴ – Е_ПТ_П⁴

Которое имеет место между исследуемым фрагментом тела человека и приемником инфракрасного излучения.

F – площадь фрагмента излучения

Е_Т – степень черноты тела

Т_Т – температура тела

Е_П – степень черноты приемного излучения

Температура тела, обычно, составляет 25 – 35 ^оС. Это соответствует инфракрасным излучениям в диапазоне от λ 2 до 3 мкм, а максимальные излучения приходятся на 10 мкм.

Элементы теплопровизоров.

Наиболее частыми приемниками являются пироэлектрические приемника, которые в сущности представляют собой чувствительные элементы – пьезоэлементы.

А в последнее время в основном используются инфракрасные диоды. из антимонида Индия или ртути.

Оптические элементы.

В качестве линз и других оптических элементов в тепловизора используют из специальных сортов стекла чистого кремния германия – оптических элементов.

Охлаждающие устройства.

В соответствии с флорой (5) для получения большого потока излучений Q необходимо уменьшать Т_П. Для этой цели в тепловизорах используются следующие устройства:

- полупроводниковые термоэтектро преобразователи

или

- холодильники с жидким азотом, размещаемым в сосуде Дюара

- машина Стирлинга – миниатюрное устройство, сжимающее воздух, а потом дросселирующее его. Причем в процессе дросселирования понижается температура вытекающего воздуха.

Средства теплопроведения.

1. Наиболее простым и старым средством, применяемым для визуализации тепловых полей, является фотография, которая выполнена на фотопленке,, чувствительной к инфракрасной области спектра.

2.Облучение объекта инфракрасными лучами и измерение отраженного излучения с помощью фотопленок или тепловизоров.

3. Тепловизоры.

Инфракрасный видикон.

Конструктивно представляет собой излученный ранее видикон, в котором используется кремниевая мишень, что позволяет получать изображение в области инфракрасного спектра не более 1,5 мкм.