|
ВВЕДЕНИЕ
Оптико-электронные системы формирования, обработки и визуализации инфракрасных изображений, или инфракрасные системы (ИКС), находят все более широкое применение в самых различных областях науки и техники. ИКС можно разделить на системы тепловидения и приборы ночного видения. Тепловизионные приборы (ТВП), обеспечивающие наблюдение объектов и прилегающего фона за счет их собственного теплового излучения, составляют основу многих современных оптико-электронных систем и комплексов различного назначения.
Успехи ведущих зарубежных стран в массовом оснащении ТВП служб, занимающихся навигацией, диспетчированием движения, поисково-спасательными работами, контролем качества и эксплуатационными свойствами промышленных и жилых объектов (зданий, теплосетей, линий электропередач), экологическим контролем, спектрозональной съемкой, а также обеспечением безопасности и охраны таких объектов, как АЭС, взлетно-посадочные полосы аэропортов и т. д., достигнуты за счет своевременной реализации специальных программ разработки наиболее дорогостоящих и сложных в изготовлении узлов тепловизионной техники, обеспечивающих оптимальное соотношение между техническими и стоимостными показателями, упрощение задач эксплуатации и возможность совершенствования технических характеристик системы за счет улучшения параметров отдельных узлов.
Эта уникальная особенность работы ТВП обусловила значительный интерес к ним различных научных и технических ведомств развитых стран мира.
Данная работа посвящена исследованию принципов построения ТВП.
Целью выпускной квалификационной работы является рассмотрение назначения, принципа действия и основных характеристик тепловизионных приборов.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ПРИБОРОВ И ИХ ОБЩАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА
1.1. Теория теплового излучения
Оптико-электронные методы позволяют измерить температуру объекта путем анализа параметров потока теплового излучения от объекта [1].
Для характеристики излучения нагретых тел используется понятие абсолютно черного тела (АЧТ) — тела, поглощающего все падающее на него излучение независимо от его спектрального состава.
Основной характеристикой излучения АЧТ является спектральная поверхностная плотность излучения , Вт/(см2•мкм). Зависимость спектральной плотности излучения АЧТ от температуры определяется формулой Планка.
,
(1.1)
где Т – температура, К; С1 =3,7413•10-12 Вт•см2; С2 =1,436 см•K; ? – длина волны излучения, мкм.
При и (1.1) принимает следующий вид (формула Рэлея – Джинса):
,
(1.2)
а при - формулой Вина:
(1.3)
Непосредственной задачей ТВП, является дистанционное измерение параметров потока излучения, испускаемого объектом (или частью объекта). К параметрам, характеризующим поток излучения, относятся абсолютное значение этого потока и его спектральное распределение.
Абсолютное значение потока излучения Ф, преобразуемого тепловизором в электрический сигнал, определяется коэффициентом А использования потока от объекта и коэффициентом спектрального пропускания оптической системы ??, т. е.:
.
(1.4)
Из (1.1) и (1.4) следует, что для определения Ф=f(Т) необходимо вычислить интеграл:
.
(1.5)
Если b?T задано формулой Планка, интеграл (1.6) аналитически не вычисляется и его определение возможно только графическим путем или с помощью таблиц и номограмм [2]. Следовательно, установить связь между Т и Ф в явном виде в общем случае нельзя. Лишь в случае, когда , эта связь определяется в явном виде законом Стефана - Больцмана:
.
(1.6)
где ? - постоянная Стефана - Больцмана; ? = 5,6687•10-12 Вт/(м2•К4).
Однако если используются ограниченный участок спектра излучения и диапазон температур, где справедлива формула Вина, выражение (1.2) может быть вычислено и при любой характеристике ??.
Рис. 1.1. К определению потока, ограниченного фильтром
Какой бы сложной ни была зависимость ?=f(?), ее можно разбить на ряд участков (рис. 1.1), для каждого из которых ?? можно записать:
,
(1.7)
|
На уровень вверх
Купить