Файл: Левитин И.Б. Инфракрасная техника.pdf

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

деление температур в виде изотерм, выделенных на термо­

на рис. 67, б; для этого используются 8 цветных светофильт­ ров, которые автоматически вводятся один за другим пе­ ред камерой с пленкой 35 мм после каждой экспозиции изо­ бражения.

Инфракрасные микропиро­ метры. Приборы этого класса

стве примеров таких изделий можно привести некоторые интегральные схемы, площадь поверхности которых доходит до 1 мм2 , причем на ней раз­ мещаются десятки диодов, транзисторов, резисторов и т. д., а электрические соеди­ нения представляют собой тончайшие пленки шириной

внесколько микрон. Для Рис. 68. Оптическая схема

должна использоваться оптика, подобная применяемой в микроскопах. При этом оптика микропирометра должна быть обязательно отражательной, с постоянным (как у микроскопов) фокусным расстоянием; при наблюдении объекта фокусировка осуществляется регулированием рас­ стояния между объектом и объективом прибора.

В настоящее время описано [33, 53 ] несколько конструк­ ций подобных приборов. Микропирометр состоит из двух основных блоков: оптического блока (инфракрасного мик­ роскопа) и электронного блока (усилителей, индикатора,

139

устройств контроля). Примером конструкции такого рода может служить микропирометр американской фирмы Bar­ nes, оптическая схема которого показана на рис. 68. Опти­ ческий блок имеет два канала — инфракрасный и визу­ альный. Инфракрасный канал содержит обычные элементы инфракрасного пирометра: зеркальный объектив 11, моду­ лятор 9, приемник излучений 8. Визуальный канал содер­ жит германиевое зеркало 10, отражающее видимые излу­ чения в сторону окуляра 4 и пропускающее инфракрасные излучения в сторону приемника <5. В визуальном канале имеется также оптика для освещения объекта — малень­ кая лампочка 6, теплопоглощающее зеркало 7, ахроматиче­ ский конденсор 5, отклоняющие зеркала 1 и 2, а также координатная сетка 3 с перекрестием нитей, определяющая место наблюдаемого микроучастка.

Для определения опорной разности температур имеется эталонный источник излучений (малогабаритное черное тело), оптический сигнал от которого периодически вво­ дится зеркальным модулятором 9.

В микропирометре Barnes используются два приемника излучений: либо гипериммерсионный полупроводниковый болометр, либо фоторезистор InSb, охлаждаемый жидким азотом (77 К). Площадь чувствительной площадки в опи­ сываемом микропирометре Barnes ап = 0,5 х 0,5 мм2 . В микропирометрах используются также фоторезисторы из PbS, охлаждаемые твердой углекислотой, с а„ = 0,1 х X 0,1 мм2 и темновым сопротивлением около 1 МОм [53], a также из германия, легированного золотом (Ge : Au) и

Сканирование по объекту в некоторых приборах осу­ ществляется установленным перед объективом качающимся плоским зеркалом, поворачивающимся на небольшой угол (порядка 3°) и совершающим просмотр вдоль строки; про­ смотр по кадру создается более медленным перемещением всего объекта (интегральной схемы и т. п.) в перпендику­ лярном направлении. В микропирометре Barnes имеется сравнительно простое устройство для ручного микромет­ рического перемещения объекта по двум координатам.

Электронный блок содержит схемы для усиления и фор­ мирования сигнала, идущего с выхода приемника. Инди­ каторное устройство дает яркостную картину или кривые температурных профилей по отдельным строкам.

140

тива, ср; кг — коэффициент эффективности системы; А0 — разре­ шаемая площадь объекта, см2 ; дЦдТ — частная производная по температуре от энергетической яркости черного тела с учетом спектральной чувствительности приемника и спектральных харак­ теристик оптики, причем

где S (к) — спектральная чувствительность приемника и оптики; S (^)max — спектральная чувствительность при длине волны в мак­ симуме; дЬ^ (КТ)/дТ — частная производная спектральной плотно­

сти энергетической яркости черного тела, В т - с р — ' - с м - 2 - м к м — ' - К - Коэффициент эффективности /гх с учетом потерь в оптической системе, уменьшения сигнала при отражении, шумов усилитель­

ного тракта и других видов потерь составляет 4,5.

Линейное разрешение объектива определяется отношением размера чувствительной площадки приемника к увеличению и

141