Тепловидение и термографы

Пирометрические методы находят все более широкое применение для получения видимого изображения н регистрации температурного поля по­верхности различных объектом. Приборы для наблюдения и исследования объ­ектов по их тепловому излучению называются тепловизорами, термографами или тепловизорными микроскопами.

Первые приборы, разработанные для ночного видения, основанные на при­менении электронно-оптических методов усиления и визуализации фотоэлектро­нов, имели спектральный диапазон чувствительности до 1,3 мкм и позволяли наблюдать распределение температур только выше 400 °С.

Телевизионные приемные трубки-видиконы с фоторезистивным слоем из пленки оксида свинца или сульфида оксида свинца чувствительны к излучению до 2 мкм. Чувствительные телекамеры, снабженные такими видиконами, дают возможность определить температурное поле при температурах выше 250 ^оС.

Создание чувствительных приемников инфракрасного излучения, спектраль­ная чувствительность которых простирается далеко в инфракрасную область спектра, открыло широкие возможности дли развития термографии и тепловидения объектов с более низкими температурами. Применение в качестве приемни­ков излучении пироэлектрических элементов [5] дает возможность получать ви­димое изображение температурного поля объектов с температурой от —20 до +2000 °С.

Телевизионные приемники инфракрасного излучения, в которых видикон выполнен со сканируемой поверхностью из пироэлектрического кристалла триглицилсульфата, позволяют создавать чувствительные пироэлектрические тепловизоры, известные под названием пиротронов, пироконов или видиконов пиро­электрических, которые обеспечивают прием инфракрасного излучения вплоть до 40 мкм.

В серийно выпускаемых тепловизорах и термографах пока в основном при­меняются дискретные приемники инфракрасного излучения и оптико-механические, системы развертки изо­бражения при помощи вра­щающихся или колеблющихся зеркал или призм. Структур­ная схема тепловизора пока­зана на рис. 12-16.

Приемно-оптическая система 2,управ­ляемая сканирующей системой 3,производит обзор объекта и разлагает его изображение в ряд точек, излучение от ко­торых воспринимается прием­ником излучения 1, выходной сигнал которого подается на усилитель 4.Сигналы с усилителя и устройства развертки и синхронизации 5создают на экране электронно-лучевой трубки 6видимое черно-белое или цвет­ное изображение температурного поля поверхности исследуемого объекта. Обзор происходит в пределах поля зрения, определяемого углами и , за время , называемое временем кадра. В качестве приемников излучения сейчас преиму­щественно применяются фоторезисторы из антимонида индия, охлаждаемые жидким азотом до —196 °С. Такие приемники имеют постоянную времени 1 мкс, что позволяет в зависимости от требуемого геометрического разрешения полу­чать кадры с частотой 0,5—60 Гц. Низкая частота кадров пока ограничивает применение тепловизоров при исследовании динамики тепловых процессов и на­блюдении быстродвижущихся объектов. Можно увеличить геометрическое раз­решение и частоту кадров применением нескольких приемников, соединенных в строку или детекторную матрицу.

Важной характеристикой тепловизоров является их порог чувствительно­сти - минимально определяемая разность температур на поверхности АЧТ с температурой 25 ^оС, при которой отношение сигнала к собствен­ным шумам тепловизора должно быть равно 1. У серийно выпускаемых тепло­визоров =0,1…0,3 °С.

Для исследования температурных полей малых объектов разработаны тепловизорные микроскопы и микрорадиометры, применяемые, например, для исследования температурного поля микросхем с целью обнаружения скрытых де­фектов. В таких приборах используется микроскопная оптика с увеличением от 3 до 125. Известны микрорадиометры, имеющие пространственное разрешение 10 мкм и температурное разрешение ^оС в диапазоне температур от —30 до +850 ^оС.

Тепловидение и термография начинают широко применяться при геологиче­ских и климатологических исследованиях земной поверхности, в медицинской практике для диагностики, в строительстве для проверки теплоизоляции зданий, для обнаружении мест перегрева в электрических цепях и у различного рода энергетического оборудования, для измерения механических напряжений.