Афонин А.В., Ньюпорт Р.К., Поляков В.С. и др. Основы инфракрасной термографии

Подождите немного. Документ загружается.

141

ñðåäîé è ñâÿçàííûé ñ ýòèì ôîíîííûé øóì. Óâåëè÷åíèå òåïëîâîé ïðî-

âîäèìîñòè ìåæäó ÷óâñòâèòåëüíûìè ýëåìåíòàìè è îêðóæàþùåé ñðå-

äîé G çàòðàãèâàåò ÷åðåç âîëüòîâóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü S âñå ñîñòàâëÿ-

þùèå DT

NET

, ïîýòîìó ìèíèìèçàöèÿ òåïëîâîé ïðîâîäèìîñòè ÿâëÿåòñÿ

ðåøàþùèì ôàêòîðîì ïîâûøåíèÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòè è óìåíüøåíèÿ

NET

íåîõëàæäàåìîé ìàòðèöû.

Òåðìî÷óâñòâèòåëüíûé ýëåìåíò ïðèåìíîãî ïèêñåëÿ ïîìèìî ìàëîé

òåïëîåìêîñòè äîëæåí èìåòü êàê ìîæíî áîëüøèé êîýôôèöèåíò ïðåîá-

ðàçîâàíèÿ K è ìàëûé óðîâåíü èçáûòî÷íûõ íèçêî÷àñòîòíûõ øóìîâ. Ïî-

ãëîùàþùèé ýëåìåíò ïèêñåëÿ äîëæåí îáåñïå÷èòü êîýôôèöèåíò ïîãëî-

ùåíèÿ áëèçêèé ê 100% â ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå 813 ìêì.

Ìèêðîáîëîìåòðè÷åñêèå ìàòðèöû.

Êîíñòðóêòèâíûå è òåõíîëîãè÷åñêèå îñîáåííîñòè ñîçäàíèÿ íåî-

õëàæäàåìûõ ìàòðèö â îñíîâíîì îáóñëîâëåíû çàäà÷åé ìèíèìèçàöèè

òåïëîâîé ñâÿçè ÷óâñòâèòåëüíîãî ýëåìåíòà ñ áàçîé. Ñ ýòîé öåëüþ â

ìèêðîáîëîìåòðè÷åñêèõ ìàòðèöàõ ÷óâñòâèòåëüíûé ýëåìåíò ïîääåðæè-

âàåòñÿ äâóìÿ íîæêàìè â âèäå òîíêîïëåíî÷íûõ ïîëîñîê (ðèñ. 2.21). Ðàñ-

ïîëîæåíèå ÷óâñòâèòåëüíîãî ýëåìåíòà íà íîæêàõ ïîçâîëÿåò ñôîðìè-

ðîâàòü ïîä íèì ïëàíàðíûå ýëåêòðîííûå êëþ÷è, ÷òî óïðîùàåò

êîììóòàöèþ ìàòðèöû è óâåëè÷èâàåò êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ åå ïðè-

åìíîé ïëîùàäè. Õîðîøàÿ òåïëîèçîëÿöèÿ îòäåëüíîãî áîëîìåòðè÷åñ-

êîãî ïèêñåëÿ îò áàçû ïðàêòè÷åñêè óñòðàíÿåò òåïëîâóþ ñâÿçü ìåæäó

ñîñåäíèìè ýëåìåíòàìè ìàòðèöû è òàêèì îáðàçîì ïî÷òè ïîëíîñòüþ

èñêëþ÷àåò èõ âçàèìíîå âëèÿíèå [23].

Ðèñ. 2.21. Óñòðîéñòâî ïðèåìíîãî ïèêñåëÿ íåîõëàæäàåìîé ìàòðèöû ôèðìû

HoneyWell [14].

1  Y-øèíà, 2  ÷óâñòâèòåëüíûé ýëåìåíò, 3  íîæêà òåïëîâîé è

ýëåêòðè÷åñêîé ñâÿçè, 4  áèïîëÿðíûé òðàíçèñòîð, 5  Õ-øèíà

142

Â øèðîêîôîðìàòíûõ áîëîìåòðè÷åñêèõ ìàòðèöàõ ñóììàðíàÿ äæîó-

ëåâà ìîùíîñòü ýëåêòðè÷åñêîãî ñìåùåíèÿ ÿâëÿåòñÿ ïðè÷èíîé äðåéôà òåì-

ïåðàòóðû áàçîâîé ïîäëîæêè, ÷òî âûçûâàåò íåîáõîäèìîñòü åå ñòàáè-

ëèçàöèè. Äëÿ ñòàáèëèçàöèè òåìïåðàòóðû èñïîëüçóþò

òåðìîýëåêòðè÷åñêèå îõëàäèòåëè ñ àâòîðåãóëèðîâàíèåì. Òåðìîìåòðîì

â ñèñòåìå ðåãóëèðîâàíèÿ ìîæåò ñëóæèòü îäèí èç ìèêðîáîëîìåòðîâ,

çàêðûòûé îò èçìåðÿåìîãî ÈÊ èçëó÷åíèÿ. Òåðìîìåòð òåì æå ïóòåì,

÷òî è áîëîìåòð, ïåðèîäè÷åñêè îïðàøèâàåòñÿ ñ÷èòûâàþùåé ýëåêòðî-

íèêîé, è äàííûå ïî òåìïåðàòóðå ïîñòóïàþò â ìèêðîïðîöåññîð, êîòî-

ðûé óïðàâëÿåò òîêàìè ïèòàíèÿ îõëàäèòåëÿ. Ìèêðîáîëîìåòðè÷åñêóþ

ìàòðèöó ñ ýëåìåíòàìè êîììóòàöèè, òåðìîìåòðîì è òåðìîýëåêòðè÷åñ-

êèì îõëàäèòåëåì ðàçìåùàþò â âàêóóìèðóåìîì êîðïóñå, èìåþùåì

îêíî, ïðîïóñêàþùåå ÈÊ èçëó÷åíèå.

Ïàðàìåòðû ìèêðîáîëîìåòðè÷åñêîé ìàòðèöû íà îñíîâå îêèñëîâ

âàíàäèÿ ôèðìû HoneyWell [24] ïðèâåäåíû â òàáëèöå 2.3.

Òàáëèöà 2.3.

Ïàðàìåòðû íåîõëàæäàåìûõ ìàòðèö

Ïèðîýëåêòðè÷åñêèå ìàòðèöû.

Íàèáîëåå ÷óâñòâèòåëüíûå ïèðîýëåêòðè÷åñêèå ìàòðèöû ñîçäàíû ôèð-

ìîé Texas Instruments ïî ãèáðèäíîé òåõíîëîãèè, îñíîâàííîé íà èñïîëü-

çîâàíèè ïèðîýëåêòðè÷åñêèõ ñâîéñòâ êåðàìèêè BaSrTiO

. Äëÿ óëó÷øå-

íèÿ õàðàêòåðèñòèê ïðèìåíåíî óñèëåíèå ïèðîýëåêòðè÷åñêîãî ýôôåêòà

143

ïîñðåäñòâîì ïðèëîæåíèÿ ê êåðàìèêå ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ [25]. Ïèðîýëåê-

òðè÷åñêèå ïðèåìíèêè ñî ñìåùåíèåì èíîãäà íàçûâàþò ôåððîýëåêòðè÷åñ-

êèìè èëè åìêîñòíûìè áîëîìåòðàìè.

Ìèíèìàëüíàÿ òîëùèíà ñëîåâ BaSrTiO

, ïîëó÷àåìûõ ñëîæíîé òåõ-

íîëîãèåé ïîëèðîâêè, îïðåäåëÿåòñÿ ðàçìåðîì çåðíà ìàòåðèàëà è ñîñòàâ-

ëÿåò ~20 ìêì. Êîíñòðóêòèâíî ïèðîýëåêòðè÷åñêàÿ ìàòðèöà [25] ñî-

ñòîèò èç äâóõ ïëàò (ðèñ. 2.22), èçãîòàâëèâàåìûõ ðàçäåëüíî äî ìîìåíòà

èõ ñîåäèíåíèÿ ìåòîäîì èìïóëüñíîãî ïðèæàòèÿ. Íà ïåðâîé ïëàòå ôîð-

ìèðóþò ïîãëîùàþùèé ýëåìåíò è ïèêñåëè BaSrTiO

ñ êîíòàêòíîé ìå-

òàëëèçàöèåé, íà âòîðîé  ñèñòåìó òåïëîèçîëèðóþùèõ íîæåê èç îðãà-

íè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ ñ ìåòàëëèçàöèåé äëÿ ýëåêòðè÷åñêîãî êîíòàêòà ñ

ýëåìåíòàìè ñ÷èòûâàþùåé ýëåêòðîíèêè. Ïîãëîùàþùèé ýëåìåíò, íå

ðàçäåëåííûé íà ïèêñåëè, ïîñòðîåí ïî ñõåìå òðåõñëîéíîãî îïòè÷åñêî-

ãî ðåçîíàòîðà. Íèæíèé ìåòàëëè÷åñêèé ñëîé ïîãëîùàþùåãî ýëåìåíòà

ÿâëÿåòñÿ òàêæå îáùèì ýëåêòðîäîì ïèðîýëåêòðè÷åñêèõ ïèêñåëåé.

Ïèðîýëåêòðè÷åñêèå ìàòðèöû ñíàáæàþò òàêæå òåðìîýëåêòðè÷åñ-

êèì ñòàáèëèçàòîðîì òåìïåðàòóðû è ðàçìåùàþò â âàêóóìèðóåìîì

êîðïóñå [25]. Ñëåäóåò íàïîìíèòü, ÷òî ïèðîýëåêòðè÷åñêèé ïðèåìíèê

â îòëè÷èå îò áîëîìåòðà, ðåàãèðóåò òîëüêî ïåðåìåííóþ ìîùíîñòü ÈÊ

èçëó÷åíèÿ, ïîýòîìó ïðè èñïîëüçîâàíèè ïèðîýëåêòðè÷åñêèõ ìàòðèö â

ñìîòðÿùåì ðåæèìå íåîáõîäèìà ìîäóëÿöèÿ èçëó÷åíèÿ. Íàëè÷èå ìî-

äóëÿòîðà óñëîæíÿåò ïðèáîð, ñíèæàåò åãî íàäåæíîñòü è, êðîìå òîãî,

ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ ÷óâñòâèòåëüíîñòè â 2 ðàçà. Íî íå ñìîòðÿ íà

ýòî ïî äîñòèãíóòûì DT

NET

ìàòðèöû Texas Instruments áëèçêè ê ìèêðî-

áîëîìåòðè÷åñêèì ìàòðèöàì HoneyWell, ÷òî âèäíî èç òàáëèöû 2.3.

Ðèñ. 2.22. Óñòðîéñòâî ïèðîýëåêòðè÷åñêîé ìàòðèöû ôèðìû Texas Instruments

[25].

1  òåïëîèçîëÿòîð, 2  òûëüíûé êîíòàêò òåðìî÷óâñòâèòåëüíîãî

ýëåìåíòà, 3  baSrTiO

ïèêñåëü, 4  ïîëóïðîçðà÷íàÿ ìåòàëëè-

÷åñêàÿ ïëåíêà, 5  îðãàíè÷åñêàÿ ïðîñëîéêà, 6  îòðàæàþùàÿ

ìåòàëëè÷åñêàÿ ïëåíêà, 7  êîíòàêòíàÿ ïîäóøêà, 8  ïëåíî÷íûé

ìåòàëëè÷åñêèé êîíòàêò, 9  êðåìíåâàÿ ïëàñòèíà ñ ýëåêòðîíèêîé

ñ÷èòûâàíèÿ

144

2.4. ÕÀðàêòåðèñòèêè òåïëîâèçèîííîé àïïàðàòóðû

êàê ñðåäñòâà èçìåðåíèÿ ïðîñòðàíñòâåííîãî

ðàñïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóðû

2.4.1. ÑÏÅÊÒÐÀËÜÍÀß ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ

Ñïåêòðàëüíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ÷óâñòâèòåëüíîñòè òåïëîâèçîðà îï-

ðåäåëÿåòñÿ ïðîèçâåäåíèåì îòíîñèòåëüíîé ñïåêòðàëüíîé õàðàêòåðèñ-

òèêè ÷óâñòâèòåëüíîñòè ïðèåìíèêà èçëó÷åíèÿ è ñâåòîôèëüòðà, ôîð-

ìèðóþùåãî ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ. Äëÿ òåïëîâèçèîííûõ íàáëþäåíèé è

èçìåðåíèé èñïîëüçóþò äâà îñíîâíûõ «îêíà ïðîçðà÷íîñòè» àòìîñôå-

ðû 35 ìêì è 812 ìêì. Îòíîñèòåëüíàÿ ñïåêòðàëüíàÿ õàðàêòåðèñòèêà

÷óâñòâèòåëüíîñòè òåïëîâèçîðà íåîáõîäèìà ïðè ïëàíèðîâàíèè èçìåðå-

íèé è àíàëèçå ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé, ïîñêîëüêó îíà îïðåäåëÿåò ñïåêò-

ðàëüíûé ñîñòàâ èçëó÷åíèÿ, âîçäåéñòâóþùåãî íà ïðèåìíèê.

Íà ðèñ. 2.23 ïðèâåäåíû îòíîñèòåëüíûå ñïåêòðàëüíûå õàðàêòåðèñ-

òèêè ÷óâñòâèòåëüíîñòè òåïëîâèçîðîâ ìàðêè Thermovision (ThV)

ThV680 SW è ThV680 LW, âçÿòûå èç [4]. Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî

ïðîñâåòëåíèå îïòèêè ñóùåñòâåííî ïîâûøàåò ïðîïóñêàíèå íà 5 ìêì è

10 ìêì, íî äàåò äîïîëíèòåëüíûå ìàêñèìóìû ïðîïóñêàíèÿ íà òðåòè äëè-

íû âîëíû, ò.å. íà 1,7 ìêì è 3,3 ìêì, ñîîòâåòñòâåííî, ÷òî ïðîèëëþñòðè-

ðîâàíî â [4] äëÿ êàìåð THV780 SW è ThV780 LW. Ýòè äîïîëíèòåëü-

Ðèñ. 2.23. Îòíîñèòåëüíûå ñïåêòðàëüíûå õàðàêòåðèñòèêè ÷óâñòâèòåëüíîñòè

òåïëîâèçîðîâ:

à  ThV680 SW; á  ThW680 LW

à) á)

145

íûå ìàêñèìóìû äëÿ êîðîòêîâîëíîâûõ òåïëîâèçîðîâ ñóùåñòâåííî óâå-

ëè÷èâàþò ÷óâñòâèòåëüíîñòü ê îòðàæåííîìó îò îáúåêòà ñîëíå÷íîìó èçëó-

÷åíèþ, à äëÿ äëèííîâîëíîâûõ òåïëîâèçîðîâ âûçûâàþò ÷óâñòâèòåëü-

íîñòü ê îòðàæåííîìó ñîëíå÷íîìó èçëó÷åíèþ, ÷òî îáóñëàâëèâàåò

äîïîëíèòåëüíûå ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèé òåìïåðàòóðû îáúåêòà ïðè

ïðÿìîé çàñâåòêå ñîëíå÷íûì èçëó÷åíèåì. Ïðè èçìåðåíèè òåìïåðàòóðû

îáúåêòîâ â óñëîâèÿõ ñîëíå÷íîé çàñâåòêè ýòè âûáðîñû ñïåêòðàëüíîé

÷óâñòâèòåëüíîñòè äîëæíû îòñåêàòüñÿ ôèëüòðàìè.

Èçìåðåíèå ñïåêòðàëüíîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè ïðîèçâîäèòñÿ ñ

ïîìîùüþ ìîíîõðîìàòîðà. Ïðîñòîé è óäîáíûé ìîíîõðîìàòîð ìîæíî

ñäåëàòü íà îñíîâå èìèòàòîðà À×Ò, óñòàíîâëåííîãî â ôîêóñå çåðêàëüíîãî

êîëëèìàòîðà, è êîëüöåâîãî ôèëüòðà ñ íåïðåðûâíî èçìåíÿþùèìñÿ

ïðîïóñêàíèåì, êîòîðûé óñòàíàâëèâàåòñÿ ïåðåä À×Ò. Øèðèíà

ñïåêòðàëüíîé ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ êîëüöåâîãî ôèëüòðà îïðåäåëÿåòñÿ

ðàçìåðîì ùåëè, à äëèíà âîëíû ìàêñèìóìà ïðîïóñêàíèÿ èçìåíÿåòñÿ ñ

ïîìîùüþ åãî ïîâîðîòà. Ñïåêòðàëüíàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü îïðåäåëÿåòñÿ

ïî àíàëîãîâîìó ñèãíàëó êàê âîëüò-âàòòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ñ

ðàçìåðíîñòüþ Â/(Âò/ì

)

. (2.155)

Â ýòîì âûðàæåíèè R(l

, T), Âò/(ì

×ìêì)  ñïåêòðàëüíàÿ ñâåòèìîñòü

À×Ò, t(l

) è Dl

, ìêì  ïðîïóñêàíèå ôèëüòðà íà l

è øèðèíà ôèëüò-

ðà íà óðîâíå 0,5 ×t(l

) ïðè i-îì óãëå ïîâîðîòà êîëüöåâîãî ôèëüòðà,

ñîîòâåòñòâåííî. Äàëåå õàðàêòåðèñòèêà (2.155) íîðìèðóåòñÿ îòíîñè-

òåëüíî åå ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ, è ïîëó÷àåòñÿ îòíîñèòåëüíàÿ ñïåê-

òðàëüíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ÷óâñòâèòåëüíîñòè j(l) òåïëîâèçîðà.

2.4.2. ÒÅÌÏÅÐÀÒÓÐÍÀß ÷ÓÂÑÒÂÈÒÅËÜÍÎÑÒÜ

Äëÿ õàðàêòåðèñòèêè òåìïåðàòóðíîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè òåïëîâèçî-

ðà, êàê èçâåñòíî, èñïîëüçóþò ýêâèâàëåíòíóþ øóìó ðàçíîñòü òåìïåðà-

òóð DT

NET

, êîòîðàÿ áûëà ðàññìîòðåíà ïðèìåíèòåëüíî ê ïðèåìíèêàì

èçëó÷åíèÿ. Íàïîìíèì, ÷òî ðå÷ü èäåò îá ýôôåêòèâíîé ðàçíîñòè òåìïå-

ðàòóð, îáîçíà÷àåìîé DT

NET

èëè MRT (mean-root temperature  ñðåäíå-

êâàäðàòè÷åñêàÿ òåìïåðàòóðà), ìåæäó ïðîòÿæåííûìè îáúåêòàìè (óã-

ëîâîé ðàçìåð îáúåêòà íå ìåíåå 10 ìãíîâåííûõ ïîëåé çðåíèÿ) è åãî

146

ôîíîâûì îêðóæåíèåì ñ òåìïåðàòóðîé T

, ïðè÷åì ýòà ðàçíîñòü òåìïå-

ðàòóð ñîçäàåò ýëåêòðè÷åñêèé ñèãíàë, ïèêîâîå çíà÷åíèå êîòîðîãî V

ðàâíî ýôôåêòèâíîìó ñðåäíåêâàäðàòè÷åñêîìó íàïðÿæåíèþ øóìà V

íà âûõîäå àíàëîãîâîãî ñèãíàëà òåïëîâèçîðà. Ïðèåìíèêè èçëó÷åíèÿ

ïî ïàðàìåòðó DT

NET

ïðèíÿòî ñîïîñòàâëÿòü ïðè îòíîñèòåëüíîì îòâåð-

ñòèè îáúåêòèâà 1:1, à õàðàêòåðèñòèêè òåïëîâèçîðà, âëèÿþùèå íà òåì-

ïåðàòóðíóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ìîãóò îòëè÷àòüñÿ îò óñëîâèé èñïûòà-

íèé ïðèåìíèêîâ.

Èçëó÷åíèÿ DT

NET

ïðîèçâîäÿò ñ ïîìîùüþ èìèòàòîðà À×Ò, íàõîäÿ-

ùèìñÿ íà áîëåå õîëîäíîì ðàâíîìåðíîì ôîíå ñ òåìïåðàòóðîé T

. Ïðåä-

ïîëàãàåòñÿ, ÷òî ðàçíîñòü ìåæäó òåìïåðàòóðîé À×Ò T è T

çíà÷èòåëü-

íî áîëüøå, ÷åì îæèäàåìîå çíà÷åíèå DT

NET

, ò.å. ñîñòàâëÿåò åäèíèöû

ãðàäóñîâ. Àìïëèòóäó âèäåîñèãíàëà V

èçìåðÿþò ñ ïîìîùüþ îñöèë-

ëîãðàôà, à øóì ñ ïîìîùüþ àíàëèçàòîðà øóìà èëè ñ ïîìîùüþ òîãî

æå îñöèëëîãðàôà. Äëÿ ýòîãî èçìåðÿþò ïîëíûé ðàçìåð øóìîâîé äî-

ðîæêè A

, à V

@ A

/5. Òàêèì îáðàçîì

. (2.156)

Òåìïåðàòóðó ôîíà ïðè ýòèõ èçìåðåíèÿõ âûáèðàþò îáû÷íî ðàâíîé 300°Ê.

2.4.3. ÒÅÌÏÅÐÀÒÓÐÍÎÅ ÐÀÇÐÅØÅÍÈÅ

Â ïðàêòèêå òåïëîâèäåíèÿ èñïîëüçóþò â êà÷åñòâå êðèòåðèåâ òåì-

ïåðàòóðíîãî ðàçðåøåíèÿ ìèíèìàëüíóþ ðàçðåøàåìóþ ðàçíîñòü òåì-

ïåðàòóð DT

res

è ìèíèìàëüíóþ îáíàðóæèâàåìóþ ðàçíîñòü òåìïåðàòóð

det

. Ýòè õàðàêòåðèñòèêè èñïîëüçóþò, êàê ïðàâèëî, äëÿ íàáëþäàòåëü-

íûõ òåïëîâèçîðîâ, ðàáîòàþùèõ íà ïðåäåëå îáíàðóæåíèÿ îáúåêòîâ ãëà-

çàìè îïåðàòîðà.

Ïàðàìåòð DT

res

ñâÿçûâàåò òåìïåðàòóðíîå è ïðîñòðàíñòâåííîå ðàç-

ðåøåíèå ñèñòåìû. Îí õàðàêòåðèçóåò âëèÿíèå øóìà íà óãëîâîå ðàçðå-

øåíèå ñ ó÷åòîì ñâîéñòâ áëîêà âèçóàëèçàöèè è ôèçèîëîãèè çðèòåëüíî-

ãî âîñïðèÿòèÿ ñ èíòåðïðåòàöèåé óâèäåííîãî â ìîçãó ÷åëîâåêà [4]. Ïðè

îïðåäåëåíèè DT

res

èñïîëüçóþò âèçóàëüíîå ðàçðåøåíèå â èçîáðàæåíèè

øòðèõîâ ìèðû ñ ïåðèîäè÷åñêîé ñòðóêòóðîé (ìèðû Ôóêî) è ïî âîç-

ìîæíîñòè ñëàáûì òåìïåðàòóðíûì êîíòðàñòîì. Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ñòàí-

äàðòíûõ óñëîâèé íóæíî èñïîëüçîâàòü íàáîð ìèð, ñîäåðæàùèõ ïî ÷å-

147

òûðå ïàðàëëåëüíûõ øòðèõà è îòñòîÿùèõ äðóã îò äðóãà íà îäèíàêîâûõ

â êàæäîé ìèðå ðàññòîÿíèÿõ, ïðè÷åì ïðîñòðàíñòâåííàÿ ÷àñòîòà êàæäîé

ìèðû âäâîå áîëüøå, ÷åì ïðåäûäóùåé, à âûñîòà øòðèõà â ñåìü ðàç

áîëüøå åãî øèðèíû. Ðàçíîñòü òåìïåðàòóð ìåæäó øòðèõàìè è ôîíîì,

ðàññìàòðèâàåìûì êàê ÷åðíûå òåëà, òàêæå äîëæíà áûòü ïî âîçìîæíîñ-

òè ìèíèìàëüíîé (ðèñ. 2.24).

Ìåòîä ïðîâåäåíèÿ èçìåðåíèé ñîñòîèò â òîì, ÷òî âíà÷àëå ðàçíîñòü

òåìïåðàòóð ìåæäó øòðèõîì è ïðîìåæóòêîì ìèðû ñâîäÿò ê íóëþ, òàê

÷òî íàáëþäàòåëü âèäèò îäíîðîäíîå ïîëå ïðè ìàêñèìàëüíîì óñèëåíèè

ñèãíàëà. Øóì â èçîáðàæåíèè ïðîÿâëÿåòñÿ òîãäà â âèäå çåðíèñòîñòè è

ñëó÷àéíûõ ñöèíòèëÿöèé. Ïîñòåïåííî ïîâûøàÿ ðàçíîñòü òåìïåðàòóð,

äîñòèãàþò ïîðîãà âîñïðèÿòèÿ DT

, ñîîòâåòñòâóþùåãî âèçóàëüíîìó ðàç-

ðåøåíèþ øòðèõîâ èçîáðàæåíèÿ. Çàòåì óâåëè÷èâàþò ðàçíîñòü òåìïå-

ðàòóð äî âåëè÷èíû, ñîîòâåòñòâóþùåé ïîëó÷åíèþ ÷åòêîãî èçîáðàæå-

íèÿ è ñíîâà óìåíüøàþò åå äî òåõ ïîð, ïîêà íå èñ÷åçíåò âèäèìàÿ

ïåðèîäè÷åñêàÿ ñòðóêòóðà. Äîñòèãíóòûé ïîðîã èñ÷åçíîâåíèÿ DT

îáû÷-

íî ìåíüøå, ÷åì DT

. Ïî îïðåäåëåíèþ DT

res

äëÿ äàííîé ïðîñòðàíñòâåí-

íîé ÷àñòîòû âû÷èñëÿåòñÿ êàê ñðåäíåå àðèôìåòè÷åñêîå

. (2.157)

Ýòà ôóíêöèÿ î÷åíü áûñòðî âîçðàñòàåò ñ ðîñòîì ïðîñòðàíñòâåííîé ÷à-

ñòîòû ìèðû.

Âåëè÷èíà DT

det

 ýòî ìèíèìàëüíàÿ ðàçíîñòü òåìïåðàòóð ìåæäó

ìèðîé äîñòàòî÷íûõ ðàçìåðîâ, îáû÷íî êðóãëîé ôîðìû, è îäíîðîäíûì

ôîíîì, ïðè êîòîðîì ìèðà îáíàðóæèâàåòñÿ ïîñðåäñòâîì âèçóàëüíîãî

íàáëþäåíèÿ. Ïðàêòè÷åñêè DT

det

îïðåäåëÿåòñÿ äëÿ íóëåâîé ïðîñòðàí-

ñòâåííîé ÷àñòîòû. Ïîðÿäîê èçìåðåíèé è âû÷èñëåíèé òàêîé æå, êàê è

äëÿ DT

res

Ðèñ. 2.24. Ìèðà Ôóêî

148

2.4.4. ÏÐÎÑÒÐÀÍÑÒÂÅÍÍÎÅ ÐÀÇÐÅØÅÍÈÅ

Ïðîñòðàíñòâåííîå ðàçðåøåíèå õàðàêòåðèçóåò ñïîñîáíîñòü ñèñòå-

ìû âîñïðèíèìàòü ðàçäåëüíî äâà ìàëûõ îáúåêòà. Â ñèñòåìàõ, ïåðåäà-

þùèõ è îáðàáàòûâàþùèõ èçîáðàæåíèå, ïðîñòðàíñòâåííîå ðàçðåøå-

íèå õàðàêòåðèçóåòñÿ óãëîâûì ðàçìåðîì, ïðè êîòîðîì êîíòðàñò ìåæäó

äâóìÿ ìàëûìè îáúåêòàìè ñîñòàâëÿåò îïðåäåëåííóþ âåëè÷èíó. Äëÿ òåï-

ëîâèçèîííûõ ïðèáîðîâ â ïàñïîðòàõ óêàçûâàþòñÿ ìãíîâåííûå ïîëÿ

çðåíèÿ. Ýòî äîñòàòî÷íî äëÿ ñðàâíåíèÿ òåïëîâèçîðîâ äðóã ñ äðóãîì, íî

äëÿ îáðàáîòêè èíôîðìàöèè è ïðàâèëüíîé èíòåðïðåòàöèè ðåçóëüòàòîâ

èçìåðåíèé íåîáõîäèìî çíàòü, êàê òåïëîâèçèîííàÿ ñèñòåìà ïåðåäàåò

êîíòðàñòû.

Âûÿñíèì, êàêîìó óðîâíþ ïåðåäà÷è êîíòðàñòà èëè ìîäóëÿöèè ñèã-

íàëà ñîîòâåòñòâóþò ïîëÿ çðåíèÿ. Ïðîñòðàíñòâåííîå ðàçðåøåíèå òåð-

ìîãðàôè÷åñêîé ñèñòåìû îïðåäåëÿåòñÿ ñîâìåñòíûì äåéñòâèåì ïåðå-

äàòî÷íûõ ôóíêöèé îïòè÷åñêîé ñèñòåìû, ïðèåìíèêà, àíàëèçàòîðà

èçîáðàæåíèÿ è ýëåêòðîííîé ñèñòåìû. Ïîñêîëüêó ðåçóëüòèðóþùèé ñèã-

íàë òåïëîâèçîðà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñâåðòêó ëèíåéíîé èìïóëüñíîé

ðåàêöèè D(x) è ïðîñòðàíñòâåííîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ÿðêîñòè îáúåêòà,

òî ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà ëèíåéíîé ñèñòåìû ìîæåò áûòü îï-

ðåäåëåíà êàê ïðåîáðàçîâàíèå Ôóðüå èìïóëüñíîé ôóíêöèè.

Èçìåðèòü ïðîñòðàíñòâåííîå ðàçðåøåíèå òåïëîâèçîðà ìîæíî, ïðè-

äàâàÿ îáúåêòó èçìåðåíèé ôîðìó óçêîé ùåëè ñ óãëîâîé øèðèíîé a è

âûñîêèì òåïëîâûì êîíòðàñòîì, îïðåäåëÿåìûì ôóíêöèåé rect(x/a). Ðå-

àêöèÿ íà òàêîé îáúåêò èëè èçîáðàæåíèå ùåëè, îïèñûâàåòñÿ ñâåðòêîé

. (2.158)

Äëÿ î÷åíü ìàëîé âåëè÷èíû a ýòà ôóíêöèÿ íàçûâàåòñÿ ôóíêöèåé ðàñ-

ñåÿíèÿ ëèíèè, êîòîðàÿ ñòðåìèòñÿ ê D(x), êîãäà a®0.

Íà ïðàêòèêå ðàçðåøåíèå èçìåðÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ ïðÿìîóãîëüíîé

ùåëè, ïîìåùàåìîé ïåðåä ÷åðíûì òåëîì. Íåîáõîäèìî óáåäèòüñÿ, ÷òî

ñèñòåìà ðàáîòàåò â îáëàñòè ëèíåéíîñòè, ò.å. ñèãíàëû îò ÷åðíîãî òåëà

íå íàõîäÿòñÿ â îáëàñòè íàñûùåíèÿ. Ïðè øèðîêîé ùåëè âèäåîñèãíàë

íà ñòðîêå èìååò ïëîñêèé ó÷àñòîê (ðèñ. 2.25) è åñëè ñèñòåìà íå íàñû-

ùåíà, óðîâåíü ýòîãî ó÷àñòêà ìîæíî ïîäíÿòü, ïîâûøàÿ òåìïåðàòóðó

149

÷åðíîãî òåëà. Çàòåì ùåëü ïîñòåïåí-

íî ñóæàþò äî òåõ ïîð, ïîêà ñèãíàë

íå óòðàòèò ãîðèçîíòàëüíîãî ó÷àñò-

êà (êðèâàÿ 2). Óãëîâàÿ øèðèíà ùåëè

ñîîòâåòñòâóåò ïðè ýòîì 100% ìî-

äóëÿöèè. Êîãäà ïðè äàëüíåéøåì ñó-

æåíèè ùåëè ñèãíàë ñòàíîâèòñÿ ðàâ-

íûì ïîëîâèíå íà÷àëüíîãî óðîâíÿ

(êðèâàÿ 3), óãëîâàÿ øèðèíà ùåëè

áóäåò ñîîòâåòñòâîâàòü ðàçðåøåíèþ

ïðè 50%-îé ìîäóëÿöèè. Ïðè äàëü-

íåéøåì óìåíüøåíèè øèðèíû

ùåëè ïðîôèëü 4 ñèãíàëà áóäåò ñî-

îòâåòñòâîâàòü èìïóëüñíîé ðåàêöèè

íà ëèíèþ. Ýòè èçìåðåíèÿ äîëæíû

ïðîâîäèòüñÿ äëÿ äâóõ âçàèìíîïåð-

ïåíäèêóëÿðíûõ íàïðàâëåíèé ùåëè.

Ýêñïåðèìåíòû, ïðîâîäèìûå ñ òåïëîâèçîðàìè âûñîêîãî ðàçðåøå-

íèÿ, ïîêàçûâàþò [4], ÷òî ëèíåéíàÿ èìïóëüñíàÿ ðåàêöèÿ òåïëîâèçîðà

D(x) ìîæåò áûòü àïïðîêñèìèðîâàíà ãàóññîâîé êðèâîé





, (2.159)

ãäå s=a

/0,96, à a

 óãëîâàÿ øèðèíà ùåëè, ïðè êîòîðîé ñèãíàë ìî-

äóëèðóåòñÿ íà 50%. Ïîýòîìó â ïàñïîðòàõ òåïëîâèçîðîâ ïðèâîäèòñÿ

ýêñïåðèìåíòàëüíî îïðåäåëÿåìàÿ âåëè÷èíà ìãíîâåííîãî ïîëÿ çðåíèÿ,

ðàâíàÿ ïî âåëè÷èíå óãëîâîìó ðàçìåðó ùåëè, ïðè êîòîðîé ñèãíàë ìîäå-

ëèðóåòñÿ íà 50%.

Äëÿ õàðàêòåðèñòèêè ïåðåäà÷è ïåðèîäè÷åñêîãî ñèãíàëà (â òîì ÷èñ-

ëå è øòðèõîâîé ìèðû) è ÷àñòîòíûõ ãàðìîíèê ñïåêòðà ñëîæíîãî ñèãíà-

ëà èñïîëüçóþò ìîäóëÿöèîííóþ ïåðåäàòî÷íóþ ôóíêöèþ F

(n), êîòî-

ðàÿ îïðåäåëÿåòñÿ êàê ïðåîáðàçîâàíèå Ôóðüå îò èìïóëüñíîé ôóíêöèè.

íîðìèðóåòñÿ ê åå âåëè÷èíå íà íóëåâîé ÷àñòîòå

. (2.160)

Ðèñ. 2.25. Âèäåîñèãíàë â çàâèñèìî-

ñòè îò ðàçìåðà ùåëè:

1, 2  êîíòðàñò 100%;

3  êîíòðàñò 50%;

4  èìïóëüñíàÿ ðåàêöèÿ

íà ëèíèþ

150

Èíòåãðèðîâàíèå ïðèâîäèò ê âûðàæåíèþ





, (2.161)

ãäå n  ïðîñòðàíñòâåííàÿ ÷àñòîòà.

Òàêèì îáðàçîì, ïî âåëè÷èíå ìãíîâåííîãî óãëà ïîëÿ çðåíèÿ ìîæ-

íî îïðåäåëèòü F

òåïëîâèçèîííîé ñèñòåìû.

Ìîæíî òàêæå âûðàçèòü F

â ôóíêöèè âðåìåííîé ÷àñòîòû f äëÿ

ñêàíèðóþùåãî òåïëîâèçîðà. Äëÿ ñëó÷àÿ ïîñëåäîâàòåëüíîãî ñêàíèðî-

âàíèÿ ýôôåêòèâíàÿ ïðîäîëæèòåëüíîñòü îäíîé ñòðîêè â ïîëå çðåíèÿ

ðàâíà

, (2.162)

ãäå r  ÷àñòü ñòðîêè, èñïîëüçóåìàÿ â èçîáðàæåíèè, f

 ÷àñòîòà ñòðîê.

×èñëî ïðîñòðàíñòâåííûõ ïåðèîäîâ, ñîäåðæàùèõñÿ â ïîëå çðåíèÿ W

ðàâíî ÷èñëó âðåìåííûõ ïåðèîäîâ ñèãíàëà, ñîäåðæàùèõñÿ â èñïîëüçó-

åìîé ñòðîêå

×n=t

× f. (2.163)

Ïîäñòàâëÿÿ â (2.161) âûðàæåíèå äëÿ n èç (2.163), ïîëó÷èì çàâèñèìîñòü

îò âðåìåííîé ÷àñòîòû f





; (2.164)

. (2.165)

Îöåíèì, ñ êàêèì êîíòðàñòîì ñèíóñîèäàëüíàÿ ìèðà ñ ïåðèîäîì 2s

áóäåò çàðåãèñòðèðîâàíà íà âûõîäå òåïëîâèçîðà. Ïîäñòàâëÿÿ â ôîðìóëó

(2.161)

, ïîëó÷èì , ò.å. êîíòðàñò ðàâåí 8,5%.

Èçìåðåíèÿ íåçàâèñèìî îò òèïà òåïëîâèçîðà óäîáíî ñîïîñòàâëÿòü

ñ çàâèñèìîñòüþ àìïëèòóäû ñèãíàëà îò ðàçìåðà ùåëè, íàçûâàåìîé îò-

íîñèòåëüíîé ìàêñèìàëüíîé ðåàêöèåé íà ùåëü è îáîçíà÷àåìîé êàê

(a) [4], ãäå a  ðàçìåð ùåëè.