высотах 8-10 км, точность пеленгации ±Г, масса прибора порядка 50 кг [23, 38].

Работоспособность теплопеленгатора проверяют коллиматором, состоящим из лампы накаливания, матового стекла, диафрагмы и объектива. Пучок параллельных лучей, создаваемых коллиматором, направляется на зеркаль-ный объектив и фокусируется на приемнике излучения.

Рис. 57. Схема теплопеленгатора с миогоэлемеитным (линейным) приемником излучения:

; - коммутатор; 2 - электродвигатель привода коммутатора; 3, 4 усилители; Б - генератор пилообразного напряжения; 6 - индикатор; 7 - зеркальный объектив; 8 - корригирующая линза; 9 - модулирующая сетка; 10 - многоэлементный приемник излучения; - фильтр (А = 1,8 -7- 2,7 мкм); 12 - двигатель привода зеркала; 13 - плоское сканирующее зеркало; 14 - датчик поворота сканирующего зеркала.

Напряжение, подаваемое на лампу, подобрано так, что сигнал от коллиматора равен пороговому сигналу прибора.

Попытки увеличить скорость сканирования привели к разработке теплопеленгатора с многоэлементным приемником излучения, в котором чувствительные элементы, расположенные в линию, заменили развертку по одной координате (рис. 57). Излучение от цели падает на плоское ска--нирующее зеркало, отражаясь от которого, попадает на зеркальный объектив. Последний фокусирует излучение на модулирующую сетку, расположенную перед приемником излучения. Выходные сигналы с чувствительных элементов приемника поступают в накопительные фильтры Ф1 - ФЗО. При помощи вращающегося коммутатора сигналы с фильтров подаются в усилитель. После ограничения амплитуды

импульс от цели (изображение которой в некоторый момент времени находится на том или ином чувствительном элементе) попадает на управляющий электрод кинескопа. К отклоняющим пластинам последнего подводится напряжение f/j с датчика поворота сканирующего зеркала, роль которого выполняет прецизионный потенциометр, и пилообразное напряжение Vy от генератора, синхронизированного с коммутатором.

Модулирующая сетка состоит из 60 тонких вертикальных нитей, нанесенных на изогнутую поверхность размером 31,75 X 3,81 мм. Интервал между нитями 0,0432 мм (при выбранной скорости перемещения сканирующего зеркала это соответствует частоте модуляции излучения 8 Гц). В связи с кривизной поверхности изображения оптической системы модулирующая сетка и многоэлементный приемник установлены в меридиональной плоскости системы и изогнуты по форме кривого поля.

Механический коммутатор, вращаемый электродвигателем, имеет 60 ламелей, что позволяет за один оборот дважды подключать чувствительные элементы приемника к пя-тикаскадному усилителю на транзисторах. Полоса пропускания усилителя А/ = 40 Гц согласована с длительностью импульса с одного элемента и обеспечивает максимум отношения сигнал/шум.

Накопительные фильтры представляют собой LC-коле-бательные контуры с высокой добротностью, настроенные на частоту модуляции лучистого потока (8 Гц). В схеме 30 колебательных контуров, из которых на рисунке условно показано только четыре. Накапливание сигналов в колебательных контурах обеспечивается тем, что возбужденные в них колебания сохраняются до того момента, пока переключатели Я не снимут накопленный сигнал на вход усилителя. Так как колебательные контуры настроены на частоту модуляции, они накапливают только полезные сигналы, увеличивая отношение сигнал/шум. Частота коммутации (1200 Гц) значительно больше резонансной частоты контура, поэтому за время одной коммутации контур не успевает полностью разрядиться, запоминая координаты цели до моментов последующего опроса.

Конденсаторы С/ не пропускают в коммутатор постоянную составляющую информационного сигнала и шумы, не модулированные несущей частотой. Одновременно эти конденсаторы улучшают условия работы резонансных 4*

колебательных контуров, уменьшая влияние на них шумов, возникающих в коммутаторе за счет изменения сопротивления подвижного контакта между щеткой и ламелями.

Таким образом, в рассматриваемом теплопеленгаторе использована комбинированная электронно-механическая система сканирования. Обзор в вертикальной плоскости осуществляется последовательным подключением чувствительных элементов приемника ко входу усилителя фототока, обзор в горизонтальной плоскости - механическими колебаниями плоского зеркала.

Основные параметры теплопеленгатора следующие: порог чувствительности 4 10 ° Вт, спектральный диапазон чувствительности 1,8-2,7 мкм, приемник излучения PbS, размер чувствительной площадки 1 X 2 мм, постоянная времени приемника 200 мкс, диаметр объектива 43,2 мм, относительное отверстие 1:1, размер изображения удаленного объектива 1,2 мрад, мгновенный угол зрения 1,2 X 2,7°, угол зрения ± 45 X 40°, период обзора 1,5 с, габариты 200 X 150 X 150 мм, масса 4,5 кг.

Своеобразный теплопеленгатор имеет гремучая змея. Он образован двумя приемниками теплового излучения, расположенными между глазами и ноздрями змеи, и позволяет на расстоянии до 35 см обнаруживать местонахождение тела, температура которого отличается от температуры окружающей среды всего лишь на 0,1°.

Каждый приемник состоит из наружной и внутренней камер, разделенных перегородкой толщиной 0,025 мм. Перегородка пронизана густой сетью нервных волокон, соединенных со стволом. Внутренняя камера соединяется с внешней средой узким длинным каналом, открывающимся на поверхности кожи змеи микроскопической порой. Пора по мере необходимости расширяется кольцевой замыкающей мышцей. Воронкообразные наружные камеры направлены вперед, поэтому зона действия теплопеленгатора расположена впереди головы змеи; угол обзора порядка 20°. Перегородка, разделяющая камеры, находится под воздействием излучения внутренней камеры, имеющей температуру, равную температуре окружающей среды, и лучистого потока, поступающего от тела и вызывающего нагрев передней стенки перегородки. Разность температур передней и задней поверхностей перегородки передается через нервы и мозг змеи.

В 1952 г. английские ученые Т, Буллак и Р. Каулс изо.

лировали один из нервов и соединили его с прибором, измеряющим биотоки. При приближении к голове змеи нагретых предметов нерв возбуждался и прибор отмечал появление биотоков. Наибольшую реакцию нерва вызывали инфракрасные лучи с длиной волны 10-15 мкм.

С помощью теплопеленгатора гремучая змея разыскивает грызунов, которые проносятся мимо нее в ночной тьме. Ночью, когда температура воздуха падает, дальность действия теплопеленгатора увеличивается.

8. ПРИЕМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ТЕПЛОПЕЛЕНГАТОРАХ

В теплопеленгаторах и тепловизорах применяются фотоэлектрические приемники излучения с внутренним фотоэффектом и пироэлектрические приемники. Первые основаны на явлении образования свободных электронов в твердом теле при поглощении соответствующих квантов излучения. Эти приемники реагируют только на количество эффективно поглощенных квантов, энергия которых достаточна для освобождения связанных электронов, поэтому они имеют определенную длинноволновую границу чувствительности и относятся к классу селективных приемников излучения. Из числа приемников с внутренним фотоэффектом наиболее применимы фотосопротивления, или, как их называют в последнее время, фоторезисторы.

Различают три группы фотосопротивлений: пленочные, монокристаллические и легированные примесями. К первой группе относятся сернистосвинцовые (PbS), селенистосвин-цовые (PbSe) и теллуристосвинцовые (РЬТе) фотосопротивления. Вторую группу составляют фотосопротивления из антимонида индия (InSb), а третью - фотосопротивления из германия (Ge), легированного примесями.

Фотосопротивление подключается к источнику питания последовательно с нагрузочным резистором. При попадании излучения на чувствительную площадку изменяется ее сопротивление и падение напряжения на фотосопротивлении, которое регистрируется после соответствующего усиления.

Пироэлектрический приемник излучения представляет собой конденсатор, где в качестве диэлектрика служит сегнето-электрик (вещество, на поверхности которого появляются

электрические заряды при механических деформациях). Неравномерный нагрев приемника падающим излучением приводит к деформации сегнетоэлектрика, и на обкладках конденсатора возникает разность потенциалов. Дополнительный источник питания при этом не требуется. Пироэлектрические приемники являются неселективными, так как они регистрируют общее количество падающей лучистой энергии независимо от ее спектрального состава.

Рассмотрим основные параметры и характеристики фотосопротивлений и пироэлектрических приемников излучения в одно- и многоэлементном исполнениях.

Одноэлементные приемники излучения. Фотосопротивления на основе сульфида свинца (PbS). Изготавливаются двумя способами: испарением сульфида свинца на стеклянную или кварцевую подложку или химическим осаждением его из соответствующего раствора. В обоих случаях приемники имеют одинаковые спектральные характеристики, но постоянная времени приемника, изготовленного первым способом, в среднем в 4 раза меньше постоянной времени приемника, изготовленного вторым способом.

Фотосопротивления из PbS могут иметь различные размеры чувствительной площадки: от 50 X 50 мкм до нескольких квадратных сантиметров. Обнаружительная способность D* при комнатной температуре составляет (3 - 10) 10**> см FhV./bt; при охлаждении максимум чувствительности возрастает в 3-6 раз, а длинноволновая граница смещается в сторону более длинных волн. Приемник охлаждают твердой углекислотой (-78° С) или жидким азотом (-195° С). Для этого подложку с чувствительным слоем монтируют в корпусе, имеющем форму сосуда Дьюара.

Технология изготовления, в частности, степень окисления, влияет на чувствительность приемников, особенно в коротковолновом участке спектра. Это позволяет изготовить фотосопротивления из PbS, пригодные для диапазона от 0,6 до 4 мкм. Для приемников, изготовленных способом испарения и способом химического осаждения, внутреннее сопротивление 2 и 0,5 МОм, а постоянная времени 100 и 400 мкс соответственно; интегральная чувствительность фотосопротивлений 10* В/Вт. Спектральная характеристика изображена на рис. 58.

Фотосопротивления на основе селенида и теллурида свинца (PbSe, РЬТе). Слой селенида свинца получают раз-

работанным недавно способом химического осаждения, а слой теллурида свинца - способом сублимации с последующей обработкой в вакууме и при небольшом давлении кислорода. Оба слоя необходимо охлаждать до -195° С; для этого их помещают в корпус, имеющий форму сосуда Дьюара. Спектральные характеристики рассматриваемых фотосопротивлений (рис. 58) указывают на возможность использования последних в интервале от 2 до 6 (РЬТе) и даже до 8 (PbSe) мкм. Обнаружительная способность при охлаждении чувствительного слоя до -195° С составляет 10 см Тц/vbt у фотосопротивления PbSe и 2 10* см X X Гц/./Вт - у РЬТе, темно-все сопротивление 10 и 500 МОм соответственно.

Фотосопротивления на основе антимонида индия (InSb). Являются наиболее совершенными и чувствительными для использования в области 4 мкм. Они имеют низкий уровень собетвенных шумов и применяются для регистрации малых лучистых потоков. Размеры чувствительных площадок приемников из InSb от 50 X 50 мкм до 5 х 5 мм. Эти приемники могут работать при различных температурах.

При комнатной температуре максимальная чувствительность приходится на длину волны 6,5 мкм, обнаружительная способность при этой длине волны 3 10 см Гц Вт, постоянная времени порядка 50 не, длинноволновая граница чувствительности 7,5 мкм, внутреннее сопротивление 5-10 Ом. Малая величина внутреннего сопротивле1Шя затрудняет согласование приемника с предварительным усилителем и электронную обработку снимаемых сигналов.

Приемники, охлаждаемые термоэлектрическими холодильниками или охлаждающими газами до температуры (-40) - (-80)° С, имеют обнаружительную способность 3 10* см- ГцА/Вт, длинноволновую границу чувствительности 6,5 мкм, постоянную времени 0,1 мкс и внутреннее сопротивление 150 Ом.

/ 2 3 4 5 S 7 S 9 /о Яшм Рис. 58. Спектральные характеристики фотосопротивлений: { - PbS (77 К): 2 InSb (77 К); мТ;- (35 К); 4 - Ge : Cu

(4,2 К); 5 - PbSe (77 К); 6 - РЬТе (77 К).