Файл: Левитин И.Б. Инфракрасная техника.pdf

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