Главная » Статьи » Для начинающих

Анализ развития и применения тепловизоров

В настоящее время в различных отраслях большое внимание уделяется развитию тепловизионной техники и прицелам. Военная промышленность решают с ее помощью ряда специфических задач и постоянно увеличивают ее применения. Но актуальной и систематизированной информации для сбалансированного решения задач, особенно с учетом текущего момента времени, не так уж и много.

Так же существуют различные подходы к решению задач, как чисто технический, так и планово-финансовый, когда эксперт пытается решить техническую задачу пользователя (заказчика) для выполнения своего плана продаж с параллельным увеличением финансовой необоснованно.

Тепловидения работает с собственным тепловым излучением тел. Далее рассмотрим немного теории тепловидения для более правильного ориентирования в способах решения задач.

Видимый свет занимает лишь небольшую часть спектра электромагнитных колебаний. ИК-излучение отличается от видимого света большей длиной волны (меньшей частотой), но физика распространения электромагнитных волн идентична.
Тепловое излучение ослабляется при прохождении через атмосферу вследствие поглощения молекулами газов, аэрозолями, осадками, дымом, туманом, смогом и другими препятствиями. Основные вещества, поглощающие ИК-излучения в широких полосах с центрами, которые отвечают указанным длинам волн приведены ниже:

  1. вода (2,7; 3,2; 6,3 мкм);
  2. углекислый газ (2,7; 4,3; 15 мкм)
  3. озон (4,8; 9,6; 14,2 мкм);
  4. закись азота (4,7; 7,8 мкм);
  5. окись углерода (4,8 мкм);
  6. метан (3,2; 7,8 мкм).

Без учета ослабления в плотных средах, молекулярное поглощение является основной причиной ослабления излучения, причем наиболее сильно излучение поглощается парами воды, углекислым газом и озоном. В нижних слоях атмосферы поглощением закисью азота и окисью углерода можно пренебречь, что определяет два основных окна прозрачности атмосферы:

средневолновая - 3-5 мкм;
длинноволновое - 7-14 мкм.

Наличие этих окон прозрачности означает, что большинство тепловизоров должны работать в этих диапазонах.

Тепловизоры делятся на два основных класса:

  1. На основе приемника с фотоэлектрическим эффектом, который нужно охлаждать до криогенных температур (например сжиженным гелием или азотом) для обеспечения его работы, поэтому его называют охлаждающим;
  2. На основе приемника с терморезистивных эффектом (болометрический приемник), работающих при нормальных условиях, поэтому его называют неохлаждаемом.

Средневолновой (3-5 мкм) диапазон характерен для охлаждаемых тепловизоров, поскольку в этом диапазоне энергии кванта достаточно, чтобы под воздействием инфракрасного излучения электроны перешли в зону проводимости, поэтому применяют приемники с фотоэлектрическим эффектом.

В настоящее время развиваются три основных технологии коротковолновых приемников:

  1. телерадио кадмия-ртути (MCT - mercury-cadmium-telluride) известен также под аббревиатурой HgCdTe - является самым распространенным полупроводниковым материалом для инфракрасных фотоприемников;
  2. квантовые ямы - Quantum-Well Infrared Photodetector (QWIP) - в настоящее время на начальной стадии развития;
  3. сверхрешетки (SLS) с напряженными слоями тип-II на основе арсенидов и антимонида - при дальнейшем развитии и доступности технологии могут стать реальной массовой альтернативой технологии MCT и обеспечить лучшую температурную чувствительность 12-15 мк (тысячных долей градуса) против 17-19 мк в МСТ ).

Стоит отметить, что в военных сферах применения встречаются решение смещение спектральной чувствительности охлаждаемых тепловизоров в длинноволновую область (7-14 мкм) с целью снизить влияние плохих атмосферных условий (смог, дым, туман, дождь, снег и т.п.), но расплачиваться за это приходится потерей температурной чувствительности (например, у популярного современного тепловизора на основе МСТ параметр NETD - Noise Equivalent Temperature Difference - эквивалентная шумовая разница температур в коротковолновом диапазоне составит 17-19 мк (тысячных долей градуса), а в длинноволновом уже 23-29 мк ) и пространственного разрешения, что повышает требования к оптике.

Категория: Для начинающих | Добавил: alex_nech8 (17.06.2021)
Просмотров: 52 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]