Главная Бухгалтерия в кармане Учет расходов Экономия на кадровиках Налог на прибыль Как увеличить активы Основные средства
Главная ->  Назначение и устройство теплопеленгаторов 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 [ 17 ] 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

Наибольшая чувствительность приемников из антимонида индия при температуре -195° С. До такой температуры они охлаждаются холодильниками, основанными на эффекте Джоуля - Томсона, жидким азотом, помещенным в сосуд Дьюара, или холодильниками с замкнутым циклом. Пороговая чувствительность (при длине волны 5 мкм, частоте модуляции излучения 800 Гц и полосе пропускания

1 Гц) составляет 3 10 ° Вт; максимальная интегральная чувствительность для элемента с площадью 1 мм достигает

2 10* В/Вт; постоянная времени в среднем равна 5 мкс; длинноволновая граница чувствительности 5,5 мкм; внутреннее сопротивление 2 кОм. Особенность этих фотосопротивлений - смещение спектральной характеристики (рис. 58) при охлаждении чувствительного слоя не в длинноволновую, а в коротковолновую область спектра.

Приемники из теллуридов ртути и кадмия (HgCdTe). Представляют собой соединение теллурида ртути и теллу-рида кадмия в соотношении 4 : 1 молярных долей, обладающее эффектом фотопроводимости с максимумом чувствительности на длине волны 10 мкм. Диапазон спектральной чувствительности 8-13 мкм, обнаружительная способность около 10 см Гц/2/Вт, внутреннее сопротивление 100-300 Ом, постоянная времени порядка 1 мкс.

Монокристалл допускает фотомеханическую обработку, что позволяет изготовить из него одно- и многоэлементные приемники с малым размером чувствительной площадки.

Фотосопротивления из германия, легированного примесями. Примесные полупроводники, охлажденные до низких температур, могут работать в режиме изменения фотопроводимости. Низкая температура препятствуег ионизации примесей в результате тепловых воздействий и обеспечивает поглощение излучения примесями. Чаще всего для этого используется германий, легированный медью или ртутью.

Приемники из германия, легированного медью, охлаждаются до температуры, меньшей 10 К; диапазон спектральной чувствительности от 2 до 25 мкм с максимумом чувствительности на длине волны 15 мкм. Обнаружительная способность приемника 2 IQi см Гц Вт, постоянная времени менее 0,3 мкс, внутреннее сопротивление 50 кОм, интегральная чувствительность 1000 В/Вт.

Приемники из германия, легированного ртутью, явля-

ются в настоящее время наилучшими для применения в спектральном диапазоне 8-14 мкм. Они работают при температуре порядка 40 К и охлаждаются до такой температуры холодильниками с замкнутым циклом или двухкаскад-ными воздушно-водородными холодильниками, основанными на эффекте Джоуля - Томсона. Диапазон спектральной чувствительности 2-14 мкм; остальные параметры такие же, как и у приемников из германия, легированного медью.

Приемники из легированного германия могут иметь размеры от 250 X 250 мкм до 6 х 6 мм. Их практическое использование ограничено необходимостью глубокого охлаждения, с вытекающей отсюда сложностью устройства и эксплуатации холодильной установки.

Пироэлектрические приемники. В 1964 г. в Институте физики АН УССР разработаны быстродействующие и высокочувствительные приемники на основе мелкозернистой керамики титаната бария (BaTiOg) и тонкослойных монокристаллов ТГС (триглицинсульфата) [36].

Чувствительный элемент приемника на основе ВаТЮд представляет собой тонкий (40-100 мкм) слой керамики титаната бария с площадью приемной площадки 1-20 мм. На этот слой распылением в вакууме наносятся с двух сторон металлические электроды толщиной не более 1000 А, а на облучаемый электрод напыляется поглощающий слой (золотая чернь). Чувствительный элемент закрепляют на держателе при помощи растяжек из фосфористой бронзы толщиной 20-30 мкм, а держатель помещают в температурной кювете.

Основные данные приемника: порог чувствительности 5 10~Вт/ГцА, постоянная времени 1-20 мкс, вольтовая чувствительность 100 В/Вт (при площади приемной площадки 1 мм).

Чувствительный элемент приемника на основе монокристалла ТГС представляет собой пластину площадью 1-5 мм и толщиной 50-10 мкм. Конструктивно он выполнен так же, как и чувствительный элемент из BaTiOg. Пороговая чувствительность 10- Вт/Гц/=, наибольшая частота модуля-ЮО МоГ^ У'Р^ сопротивление порядка

Пироэлектрические приемники - емкостные элементы, оладающне большим сопротивлением, что создает определенные трудности при согласовании их со входным каскадом 136].



Мнсгоэлементные приемники излучения. К этим приемникам предъявляют следующие требования:

малые размеры элементов для получения высокого углового разрешения системы;

минимальный промежуток между отдельными элементами;

высокая пороговая и интегральная чувствительность по отношению к регистрируемому излучению;

воспроизводимость параметров от элемента к элементу;

относительная стабильность работы элементов в течение заданного периода эксплуатации и при изменении внешних условий;

малый уровень низкочастотных шумов.

Перечисленные требования определили принципиально новую технологию производства многоэлементных приемников по сравнению с одноэлементными. Получение тонких слоев конечной толщины (около 50 мкм) достигается не электрохимическим травлением, а полировкой. Многоэлементные приемники выполняются одномерными - в виде линейки из 10 или 20 элементов или двумерными.

Параметры многоэлементного одномерного приемника на основе InSb [121]: количество элементов в линейке 10, форма элемента квадратная со стороной 250 мкм, обнаружительная способность, соответствующая длине волны 5 мкм, составляет 4,4 10 см Гц Вт (что близко к теоретическому пределу), внутреннее сопротивление 1,5 кОм. Обнаружительная способность двумерного приемника, состоящего из 100 аналогичных элементов, 2,5 10 см х X Гц/е/Вт.

У одномерного приемника с десятью элементами из легированного медью или ртутью германия, предназначенного для работы в области 8-14 мкм, обнаружительная способность равна 2,5 10 см Гц/./Вт при длине волны 10 мкм, постоянная времени меньше 0,2 мкс, внутреннее сопротивление 50 кОм. Перед приемником излучения из германия, легированного медью, устанавливают охлаждаемый фильтр из фтористого бария, который срезает излучение в области спектра свыше 14 мкм.

По мнению иностранных специалистов, определенную перспективу имеет многоэлементный пироэлектрический приемник излучения без охлаждения, предназначенный для работы в области 8-14 мкм [83]. Элементы приемника выполнены на основе тонкослойных монокристаллов ТГС

с размерами 0,4 х 0,5 мм; количество элементов 32 (линейка). Приемник снабя-ен кремниевым входным окном, срезающим видимую радиацию, обнаружительная способность 2 . 10 см ГцА/Вт.

Глава 3 , ТЕПЛОВИЗОРЫ

9. НАЗНАЧЕНИЕ,

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ

Тепловизорами называют приборы, служащие для регистрации собственного теплового излучения исследуемых объектов с последующим формированием их адекватных изображений, которые могут рассматриваться невооруженным глазом. Подобное определение применимо ко всем устройствам и приборам, создающим видимое изображение нагретых тел, поэтому условимся, что отличительной особенностью тепловизоров является наличие системы развертки.

Для получения видимого изображения теплоизлучаю-щего объекта сканирующее устройство совместно с оптической системой осуществляет разложение (развертку) объекта на некоторое число элементарных площадок. Каждая такая площадка, называемая элементом разложения, является наименьшей деталью, которую может воспроизвести данная система. Анализ интенсивности теплового излучения отдельных элементов производится приемником лучистой энергии, с выхода которого последовательно во времени снимаются дискретные сигналы, содержащие информацию о теплоизлучающем объекте. Сигналы передаются по одному каналу в воспроизводящее устройство (кинескоп), которое преобразует их в видимое электронное изображение. Поскольку в каждый момент времени на экране кинескопа воспроизводится только один элемент изображения, закон движения электронного луча кинескопа должен быть идентичен закону развертки, что достигается применением синхронизирующих устройств.



Совокупность электрических импульсов, амплитуда которых пропорциональна интенсивности излучения отдельных элементов объекта, называется видеосигналом. В канал, связывающий передающее и воспроизводящее устройства тепловизора, одновременно с видеосигналом должны подаваться сигналы синхронизации.

Различают тепловизоры с оптико-механическими и с фотоэлектронными системами сканирования. В первых развертка рассматриваемого объекта на элементы осуществляется деталями оптической системы, перемещающимися по определенному закону, что позволяет последовательно направлять излучение с различных элементов объекта на приемник лучистой энергии. В тепловизорах с фотоэлектронными системами сканирования изображение объекта проектируется на мишень передающей трубки; развертка изображения на элементы производится электронным лучом.

В большинстве случаев в тепловизорах применяется телевизионная развертка: луч движется с постоянной скоростью по двум взаимно перпендикулярным направлениям Движение по горизонтали создает строчную развертку прочерчиваемые при этом линии называются строками В результате перемещения по вертикали, создаваемого кадровой разверткой, все строки располагаются одна под дру гой. За один период кадровой развертки происходит передача неподвижного изображения, называемого кадром В теории телевизионной развертки используются следую щне терминология и обозначения:

Ti2 и - время прямого и обратного хода при строч ной развертке; = Т] -f - период строчной развертки T:iy и r-iy - время прямого и обратного хода при кадровой развертке; т^ = Tiy -f тз, - период кадровой развертки 2 - число строк в кадре; fy - частота кадровой разверт ки; = zfy - частота строчной развертки.

Для определения требуемой полосы пропускания А/ усилителей необходимо знать верхнюю и нижнюю граничные частоты видеосигнала; очевидно, Af = f - f. Нижняя граничная частота видеосигнала соответствует неподвижному объекту, состоящему всего лишь из двух деталей с различной интенсивностью теплового излучения и горизонтальной границей раздела (рис. 59, а). В этом случае период повторения видеосигнала равен периоду кадровой развертки и / = fy.

Верхняя граничная частота определяется общим числом

элементов в кадре

N = ф2

где t]) = --формат кадра (рис. 59, б).

При развертке изображения объекта в виде шахматной клегки видеосигнал представляег серию прямоугольных импульсов, следующих с частотой

ib 2

Поскольку /в > /, принимают А/ f. Так, например, при мгновенном угле зрения оптической системы Уиш = 5, углах обзора по вертикали и горизонтали = 6° и = = 12°, а также частоте кадров fy = 15

= 2;

. г1)г2/ 2 722 . 15

/в = -V =-2-i-

При обнаружении объектов, имеющих температуру окружающей среды, изменение амплитуды А сигнала на выходе приемника излучения незначительно и не превышает флюктуации сигнала от фона (рис. 60, а). При наблюдении объектов, температура которых больше окружающей, сигнал на выходе приемника-превышает уровень, соответствующий фону (рис. 60, б). Если разность температур объекта и окружающего фона незначительна, для выделения рабочего сигнала применяют специальные видеоусилители, осуществляющие сжатие высоких уровней сигнала [88]. Амплитудная характеристика


Рис. 59. Объекты наблюдения из двух деталей с различной интенсивностью излучения (а) и в виде шахматной клетки (б) и соответствующие им видеосигналы.

усилителя изображена на рис. 60, в. В соответствии с контрастом рассматриваемого объекта коэффициент сжатия может изменяться, что показано пунктирными линиями. Из графика изменения сигнала на выходе видеоусилителя (рис. 60, г) видно, что постоянная



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 [ 17 ] 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

© 2024 Constanta-Kazan.ru
Тел: 8(843)265-47-53, 8(843)265-47-52, Факс: 8(843)211-02-95