Тепловизоры

Тепловизоры - приборы для визуального наблюдения пространственного распределения температуры, как на поверхности биообъекта, так и внутри него. В тепловизорах осуществляется сканирование объектов узким оптическим лучом, сформированным системой «объект-приемник».

Структурная схема тепловизора: 1- приемная оптическая система; 2 - приемник излучения; 3 - сканирующее устройство; 4 - усилитель; 5 - система развертки и синхронизации; 6 - электронно-лучевая трубка

Узкий оптический пучок, с угловым размером δ, сканирует объект в поле зрения (углы α, β) за время Т, которое называют временем кадра. Угол δ называют мгновенным углом поля зрения. Информация о температуре объекта приемника излучения преображается в электрический сигнал, амплитуда пропорциональна величине температурного излучения. Этот сигнал усиливается и модулирует яркость луча ЭЛТ. Система развертки и синхронизации обеспечивает синхронное сканирование поверхности объекта наблюдения с разверткой луча на экране ЭЛТ что позволяет сформировать изображение, подобное получаемому на экране телевизионного приемника.

Важнейший узел отечественного прибора - оптическая система (рис. 5.4). Она предназначена для того, чтобы собрать количество лучистой энергии от источника для образования изображения объектов с нужным качеством и выделяет полезный сигнал на фоне сигналов от других излучателей. Требования к оптической системе определяются назначением всего прибора (дальность, длинна волны, помехозащищенность и т.п.). Оптическая схема состоит из сферического зеркала кадровой развертки, диафрагмы поля зрения, линз, зеркального барабана, фотоприемника и светофильтров. Для развертки изображения используется зеркально-линзовая система. Основной объектив выполнен в виде сферического зеркала с центральным отверстием, напротив которого располагается плоское зеркало, колебание которого относительно вертикальной оси позволяет осуществлять кадровую развертку изображения, а поступательное движение вдоль оси системы - фокусировку на объект. Линзовый коллектор - для сокращения энергетических потерь. Строчная развертка осуществляется с помощью зеркального барабана. Коллимирование (преобразование пучка заряженных частиц, лучей в параллельный) пучков, идущих от различных точек объекта, их фокусировка на приемнике выполняется специальными объективами, симметрично расположенными перед зеркальным барабаном. Приемная камера выполнена из литого каркаса, в котором расположены основные узлы, необходимые для ее работы. Узел переменной фокусировки состоит из привода с двигателем, имеющим редуктор, с помощью которого перемещается контротражатель. в результате чего изменяется фокусное расстояние. Узел кадровой развертки - качание зеркала. Качание зеркала за счет кулачка, расположенного на оси двигателя. Блок синхронизации. выполнен в виде диска-модулятора (вращающийся от двигателя кадровой развертки), лампочки, отражающего зеркала и фотодиода. Поток света от лампочки падает на грань зеркального барабана, что соответствует началу строки; отраженный сигнал попадает на зеркало и фотодиод. с которого сигнал поступает на формирователь синхроимпульсов. Фотоприемник крепится на кронштейне. На тыльной стороне оправы крепления большого зеркала располагаются формирователи строчных кадровых синхроимпульсов. Приемная камера и блок индикатора соединены между собой кабелем. Приемная камера имеет дальномер для наведения ее на исследуемый объект и для фокусировки объектива.

Электронный сигнал с приемника иК- излучения подается на предусилитель (ПрУ), собранный на полевом транзисторе. Предусилитель выполнен на печатной плате и расположен непосредственно у приемника ИК-излучения. Усиленный электрический сигнал подается на промежуточный видеоусилитель (ПВУ) с регулируемым коэффициентом усиления и полосой, а затем одновременно на блок шкалы полутонов (БШП) и дискриминатор (Др). Сигналы с БШП, ГИП и ГИГ (генераторы импульсов подсвета и гашения) смешиваются оконечным видеоусилителем (ОВУ), который управляет ЭЛТ. Блок кадровой развертки (БКР) и блок строчной развертки (БСР) включают в себя узлы задержки, узлы защиты, формирования прямого хода, изменения обратного хода, усиления пилообразного тока и блок стабилизаторов. Внизу экрана тепловизора шкала с изображением цветов/оттенков соотв. температуре. ФКСИ и ФССИ - формирователи кадровых и строчных синхроимпульсов. ДСР - двигатель строчной развертки. П - преобразователь. БП и БВН - блоки питания и высоко напряжения.

В современных тепловизорах используются малогабаритные тепловизионные камеры с охлаждаемыми и неохлаждаемыми тепловыми датчиками, которые регистрируют ИК-излучение в диапазоне 3...14 мкм. В качестве чувствительных элементов (приемников ИК-излучения) могут использоваться высокотемпературные сверхпроводящие материалы (оксид иттрия-бария-меди), наносимые в виде пленки толщиной 0, 1 мкм на подложку из оксида титана-стронция. Принцип датчиков: измеряют сопротивление пленки при воздействии на нее теплового излучения. В качестве приемника ИК-излучения также могут использоваться кремниевые матрицы, выполняемые на диодах Шотки. Для снижения уровня шумов используются системы охлаждения, например, жидким азотом.