Инфракрасном диапазоне

Преобразователь изображения злектроннооптический — электронный прибор, предназначенный для переноса изображения из одной спектральной области в другую с помощью пучка электронных лучей; обычно это электроннолучевая трубка с фотокатодом, чувствительным к инфракрасному излучению; электронный луч с фотокатода направляется электрическим полем на экран с люминофором, на котором создается видимое изображение; при этом возможно увеличение или уменьшение изображения, а также усиление изображения с сохранением его спектрального состава (электроннооптические усилители) [9]. Прибор газоразрядный — см. прибор ионный электровакуумный. Прибор ионный электровакуумный — электровакуумный прибор с электрическим разрядом в газе или парах; к приборам такого типа относятся приборы с несамостоятельным разрядом — газотроны и тиратроны, приборы с тлеющим разрядом — газосветные и индикаторные лампы, ионные стабилитроны и другие, приборы с дуговым автоэлектронным разрядом — вентили ртутные, игнитроны и т.д. [4].

Излучение обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами, которые не проявляются одновременно. Волновыми свойствами объясняется процесс распространения излучения в пространстве, корпускулярными — явления испускания, поглощения и отражения. Эти свойства описываются уравнениями электродинамики и квантовой механики. Излучение характеризуется длиной волны А,в или частотой v. Большая часть твердых и жидких тел (за исключением полированных металлов) излучает энергию во всем диапазоне длин волн. С энергетической точки зрения наиболее важная роль в лучистом теплообмене при умеренных температурах принадлежит инфракрасному излучению. Оно имеет одинаковую природу с другими видами излучения и соответствует диапазону длин волн 0,8-10~6 < Хв < < 0,8-КГ3 м.

Преобразователь изображения электроннооптический — электронный прибор, предназначенный для переноса изображения из одной спектральной области в другую с помощью пучка электронных лучей; обычно это электроннолучевая трубка с фотокатодом, чувствительным к инфракрасному излучению; электронный луч с фотокатода направляется электрическим полем на экран с люминофором, на котором создается видимое изображение; при этом возможно увеличение или уменьшение изображения, а также усиление изображения с сохранением его спектрального состава (электроннооптические усилители) [9J,

Ситаллы применяют в радиоэлектронике, оптике и для изготовления несущих деталей — поршней, обтекателей, элементов выхлопных клапанов, фрикционных муфт, в качестве жаростойких покрытий и декоративных изделий. Благодаря благоприятному сочетанию механических, термических, электрических и других свойств ситаллы являются весьма перспективными машиностроительными материалами, им можно придавать светочувствительность, прозрачность к инфракрасному излучению и другие особые свойства.

ТЕОРИЯ (подобия — учение об условиях подобия физических явлений, устанавливающее критерии подобия и изучающее с их помощью сами явления; ползучести проявляется при исследовании процессов упрочнения, старения и течения пластических материалов в технике, содержащих в своих частях учения о дислокациях, напряжениях, деформациях в деталях и конструкциях машин; релятивистская, как правило, применяется при скоростях движения тел, близких к скорости света в вакууме; строения вещества молекулярно-кинетическая использует теорию теплоты, в основе которой лежит представление об атомном и молекулярном строении вещества; твердых тел основывается на квантовой теории энергетического спектра электронов в кристаллах; удара является учением в механике о скачкообразном изменении скоростей взаимодействующих тел и состояние их после удара в процессах ковки и штамповки, а также в эксплуатации машин и сооружений; упругости изучает перемещения, деформации и напряжения, которые возникают в упругих телах под действием нагрузки; электронная классическая теория электромагнитных явлений и свойств вещества, основанная на изучении и взаимодействии дискретных электрических зарядов); ТЕПЛОВИДЕНИЕ — получение видимого изображения тел по их невидимому тепловому инфракрасному излучению; ТЕПЛОЕМКОСТЬ (есть величина, равная отношению полученной) телом количества теплоты к произошедшему при этом изменению

Погрешность пирометрических измерений связана с неточностью определения коэффициентов черноты тела. Абсолютно черное тело воспроизводится [18] с некоторой степенью приближения с помощью изотермичной полости со скошенной задней стенкой, внутри которой поглощается вся энергия, излучаемая отдельными частями. Метод определения яркостных температур с выделением сравнительно нешироких рабочих спектральных участков надежнее методов измерения температур тел по их суммарному излучению. Однако измерение температур тел по инфракрасному излучению характеризуется рядом особенностей, которые необходимо учитывать. По мере уменьшения температуры тел максимум кривых распределения

Фотоэмульсии, чувствительные к инфракрасному излучению [15], применяются так же, как фотопленки для видимого диапазона излучений. Они обеспечивают регистрацию изменения интенсивности инфракрасного излучения, причем в отличие от других тер-

Электронно-оптические преобразователи используются в тех случаях, когда необходимо оперативно получить видимое изображение в реальном масштабе времени непосредственно в зоне наличия инфракрасного излучения и обычно без облучения контролируемого объекта. Вместе с этим полученное изображение не может быть передано на значительное расстояние. Передающие электронно-лучевые трубки, подобные применяемым в телевизионных системах, при использовании специальных материалов и элементов могут применяться для преобразования распределения плотности потока инфракрасного излучения в видеосигналы и затем — в видимое изображение на экране электроннолучевой трубки. Устройство типичной передающей электронно-лучевой трубки — видикона, применяемой для этих цепей, показано на рис. 5.9. Элементом видикона, чувствительным к инфракрасному излучению, является мишень, состоящая из полупрозрачной металлической пленки МП и полупроводникового слоя ПС с большим сопротивлением.

Металлическая пленка МП выполняет роль сигнальной пластины, подключаемой к резистору нагрузки R„, с которого снимается выходное напряжение. Полупроводниковый слой ПС является элементом, чувствительным к падающему инфракрасному излучению. Пленка МП и противоположная сторона полупроводникового слоя ПС служат обкладками элементарных конденсаторов мишени. При падении на мишень излучения и за счет ее появления в материале свободных носителей зарядов эти элементарные конденсаторы разряжаются и тем сильнее, чем больше интенсивность облучения. В результате мишень в разных местах будет иметь различные потенциалы (потенциальный рельеф) в зависимости от интенсивности падающего излучения. Таким образом, мишеяь трубки определяет основные показатели видикона и в первую очередь длинноволновую границу ее спектральной характеристики К- Считывание потенциального рельефа на мишени производится электронным лучом, который формируется с помощью электронного прожектора ЭП (катод К, модулятор М, первый анод Ai) и магнитного поля, созданного катушками Ki и Kl Отклонение электронного луча производится с помощью отклоняющей системы ОС в виде двух ортогональных пар катушек. Вдоль стенок колбы трубки КТ располагается второй анод Л2, ускоряю-

90. Брамсон М.А. Справочные таблицы по инфракрасному излучению нагретых тел. М.: Наука, 1965. С. 223.

е) тепловых полей - температур в различных точках машин, тепловых деформаций, изменения температуры смазки, колебания температуры окружающей среды. Измерение позволяет оценить причины тренда выходных параметров машины в период тепловой стабилизации системы. Для измерения температур в различных точках машины в качестве первичных преобразователей используют различные термопары и терморезисторы. Для анализа всего теплового поля и динамики его изменения обширную информацию могут дать тепловизоры. Их высокая чувствительность к инфракрасному излучению позволяет применять приборы, расположенные на расстоянии нескольких метров от объекта;

Уравнение переноса излучения (3.40) связано с системой (3.38) тем, что интенсивность собственного излучения матрицы J\0 [T(Z)] зависит от ее температуры. В настоящее время разработаны различные приближенные методы решения уравнения переноса излучения (3.40). С их использованием получены численные решения совместной задачи (3.38)— (3.40) переноса энергии излучением, конвекцией и тепло проводностью в проницаемом покрытии. Полученные результаты позволяют оценить диапазон изменения оптических характеристик матрицы, обеспечивающих ее наибольшую эффективность в том или ином конкретном случае. Так, например, выяснено, что наилучший режим работы пористого слоя как коллектора солнечной энергии достигается в том случае, когда матрица выполнена из материала, прозрачного и нерассеивающего в солнечном спектре, но непрозрачного и рассеивающего в инфракрасном диапазоне. Для теплового экрана с транспирационным охлаждением желательно обратное.

Этот метод предусматривает дистанционное исследование тепловых полей излучения объектов в инфракрасном диапазоне. При обследовании технического состояния металла колонных аппаратов его можно использовать для исследования напряженно-деформированного состояния конструктивных элементов. Контроль возможен везде, где есть градиент температур: реакторы, колонны, печи, дымовые трубы. У змеевиков трубчатых печей можно выявить места закоксова-ния, перегрева. Можно количественно оценить с точностью до 10% места повреждений кладки печи, нарушения футеровки реактора. Чувствительность теплового приемника такова, что удается зарегистрировать разницу температур поверхности О, ГС.

В инфракрасном диапазоне (0,9— 10 мкм и более) применяют волокна из специальных халькогенидных бескислородных стекол.

К достоинствам подобных систем относятся повышенное по сравнению с обычными микроскопами разрешение, возможность регулирования яркости, контраста и масштаба изображения электронным способом, большой динамический диапазон (до 60 дБ и более). Для контроля . материалов, прозрачных только в инфракрасном диапазоне спектра (кремний, германий, арсенид галлия), применяют лазеры, излучающие на соответствующих длинах волн, в сочетании с фотоприемниками, обладающими нужной спектральной чувствительностью. Возможно исследование объектов в поляризованных лучах, контролирование в них напряжений методом фотоупругости, а также исследование магнито- и электрооптических свойств материалов при использовании соответствующих источников электромагнитных полей.

В 20-х годах XX в. Майорана (Италия) в своей системе оптического телефона усовершенствовал способ Белла: модулирующее зеркальце, связанное с мембраной, помещено не в параллельном пучке лучей, а в месте изображения источника света [10]. Это позволило значительно уменьшить размеры передающего зеркальца и его вес и тем самым улучшить качеств о передачи. Им же был сконструирован первый оптический телефон, работающий в инфракрасной области спектра. В конце 20-х годов Ф. Шреттер создал самый совершенный в то время оптический телефон, работающий в инфракрасном диапазоне спектра [11]. Его передающая часть включала

Применение инфракрасного излучения для наведения снарядов было вполне закономерным, так как большинство военныхцелей излучает большую часть тепловой энергии именно в инфракрасном диапазоне спектра. Тактика бомбометания также требовала создания таких устройств, которые позволили бы самолету-бомбардировщику выйти из боя сразу же после сброса бомбы. Для решения этой проблемы необходимо было создать устройство, которое было бы способно принять на себя часть логических функций, исполняемых летчиком. Идея создания такого устройства (ракеты с теп-ловойголовкой самонаведения) принадлежит русскому ученому К. Э. Циолковскому [67].

Высокие плотности мощности и энергии, получаемые в современных лазерных установках, могут приводить к нелинейным оптическим эффектам, которые отсутствуют при работе с обычными световыми потоками. Поэтому необходимо сводить к минимуму взаимодействие между излучением и системами контроля. Общим требованием для всех методов измерения является по возможности максимальное удаление приемника излучения от лазера. Однако, если это требование выполнить не удается и излучение контролируется непосредственно около лазера, то необходимо тщательно его отфильтровывать, чтобы исключить попадание на приемник спонтанного излучения света лампы накачки, а при работе в инфракрасном диапазоне и осветительных приборов.

Если вдувать через поверхность тела вместе с продуктами разрушения газообразные компоненты, обладающие высокими коэффициентами поглощения в вакуумном ультрафиолете, то они «срежут» излучение в этом диапазоне. При этом продукты вдува нагреются до температур в несколько тысяч градусов и сами смогут излучать энергию в направлении поверхности тела. Иными словами, в определенных спектральных интервалах возникнет вторичное излучение вдуваемых продуктов разрушения. Тем не менее это вторичное излучение будет менее опасным, ибо вследствие различия температуры торможения набегающего потока и температуры оттесненного пограничного слоя оно в соответствии с законом смещения Вина будет происходить в основном в видимом или даже в инфракрасном диапазоне спектра. Несмотря на схематичность и определенную приближенность подобных рассуждений, они помогают

Для измерения геометрических характеристик линии сварки и самого шва в зоне сварки применяется способ сканирования луча лазерного дальномера вокруг точки сварки. Этот способ адаптивной сварки иллюстрируется рис. 5.18. В качестве излучателя здесь используется полупроводниковый лазер с мощностью импульса от 1 до 10 Вт, работающей в инфракрасном диапазоне. На свариваемые поверхности оптическая система лазера проецирует световое пятно диаметром 0,3 мм. Другая оптическая система воспринимает отраженный луч и фокусирует изображение пятна на фотоприемники прибора с зарядовой связью (ПЗС) с разрешающей способностью порядка 10 мкм.

Эта так называемая естественная ширина линии является минимально возможной. Естественная ширина линии резко растет с ростом v(oov3) и становится заметной в коротковолновой части спектра. В оптическом и инфракрасном диапазоне спектра, где работает большинство лазеров, эта ширина, как правило, незначительна. Так, например, для основного лазерного перехода молекулы СО2 время жизни частицы т0^5 с и Av0~3-10~2 Гц. Поэтому обычно ширина линии обусловлена не спонтанным излучением, а релаксационными безызлучательными процессами типа (1.13), происходящими при взаимодействии возбужденной частицы с другими частицами (на-

Нагрев с помощью электроэнергии может производиться также путем излучения в инфракрасном диапазоне. Простейшим устройством для этого является специально изготовленная лампа накаливания, стекло которой и объем содержат минимальное количество воды и остатков газа, например широко используются галогенные лампы типа КИМ. Недостатком лампы как источника инфракрасного излучения является „большой световой поток в видимом диапазоне. Более совершенны в этом смысле специальные устройства, предназначенные для излучения в инфракрасном диапазоне: глобар и штифт Нернста [1]. Инфракрасное излучение при подаче электроэнергии можно получить также с помощью устройств, использующих электролюминесцирующие вещества, однако интенсивность излучения таких устройств невелика.