Впервые собран и систематизирован справочный материал по приборам инфракрасной техники, применяющимся во многих отраслях народного хозяйства. Рассмотрены принципы построения инфракрасных приборов, приведены их параметры и основные характеристики. Рассчитан на инженерно-технических работников, занятых разработкой и конструированием приборов. Может быть полезным студентам вузов.

Под инфракрасными приборами понимают устройства, предназначенные для генерирования немонохроматического инфракрасного излучения, а также для обнаружения и обработки сигнала информации от источника излучения. Таким источником может быть любой объект как с собственным, так и с отражённым излучением.

Инфракрасное излучение является частью оптического излучения и занимает в спектре электромагнитных колебаний диапазон, характеризуемый длинами волн от 0,76 до 1000 мкм, примыкая с одной стороны к видимому (красному) излучению, а с другой — к электромагнитным колебаниям радиодиапазона. Инфракрасную область спектра принято делить на четыре части: ближнюю (λ = 0,75…3 мкм), среднюю (λ = 3…6 мкм), дальнюю (λ = 6…15 мкм) и очень далёкую (λ = 15…1000 мкм). Такое деление связано с так называемыми «окнами пропускания» атмосферы.

Успехи, достигнутые за последнюю четверть века в освоении инфракрасного диапазона электромагнитного спектра, привели к созданию разнообразной инфракрасной аппаратуры промышленного, научного и военного назначения. По способу использования излучения инфракрасные приборы делят на два типа: активные и пассивные.

В приборах активного типа исследуемый или наблюдаемый объект облучается источником инфракрасного излучения, параметрами которого может управлять оператор. Такие приборы по принципу действия аналогичны радиолокационным устройствам и позволяют наилучшим образом согласовывать характеристики излучателя, объекта, приёмной аппаратуры и среды, в которой распространяется излучение. Несмотря на достоинства инфракрасных приборов активного типа, связанные с высокой помехозащищённостью, они находят ограниченное применение, так как нуждаются в специальном источнике излучения, потребляющем большую мощность, особенно при работе аппаратуры в сложных метеорологических условиях и на больших расстояниях.

В приборах пассивного типа используют собственное (или отражённое от естественных источников) излучение наблюдаемого объекта. Отсутствие специального источника излучения является преимуществом этих приборов; их недостаток — ограниченная дальность действия, обусловленная малой мощностью собственного излучения объектов.

По назначению приборы инфракрасной техники разделяют на следующие виды: пирометры, радиометры, поисковые приборы, следящие системы, приборы, дающие изображение, системы связи, анализаторы и источники инфракрасного излучения. Рассмотрим назначение и особенности этих приборов.

К пирометрам относят все приборы, предназначенные для дистанционного измерения температуры различных объектов по их собственному инфракрасному излучению. Эти приборы используют также в системах автоматического регулирования температуры нагрева неподвижных или перемещающихся объектов.

Радиометры предназначены для приёма и измерения энергии от практически неподвижных объектов без учёта или с учётом спектральных характеристик. Сюда же относят приборы для снятия тепловой карты местности, применяемые, например, при обнаружении источников мощного излучения (пожаров).

Поисковые приборы служат для обнаружения и определения местоположения неподвижных или медленно перемещающихся в пределах поля зрения объектов. Аппаратура может быть самая различная — от элементарного прибора обнаружения, дающего световой или звуковой сигнал, когда в поле зрения попадает теплоизлучающий объект, до устройства, определяющего координаты объекта.

Назначение следящей системы — отслеживать движущийся объект. В состав следящей системы должно входить поисковое устройство, определяющее угловые координаты объекта, и система слежения. Различие между поисковым прибором и следящей системой выражено не резко: поисковый прибор можно использовать для слежения в ограниченных пределах и, наоборот, следящая система может иногда осуществлять в некоторой ограниченной области поиск. Главное отличие поискового прибора от следящей системы связано с динамикой объекта. Следящую систему можно рассматривать как специализированный вид поисковой аппаратуры.

Приборы, дающие изображение, включают разнообразную аппаратуру. В то время, как основное назначение пирометрических, радиометрических и поисковых приборов не связано с получением картины просматриваемого пространства, приборы, дающие изображение, предназначены для получения картины «один к одному» на фотоплёнке или на телевизионном экране в результате механической или электронной развёртки рассматриваемого объекта.

Системы связи предназначены для беспроволочной передачи информации на расстояние. Это активные системы, работающие в пределах прямой видимости [В связи с появлением лазеров и лазерных систем связи обычные инфракрасные системы связи, использующие немонохроматическое излучение, потеряли своё значение и в данном справочнике не рассматриваются].

Анализаторы предназначены для анализа состава и некоторых свойств вещества по его инфракрасному излучению или по пропусканию излучения от эталонного источника. К ним относят спектрометры, спектрографы, гониометры, жидкостные анализаторы и газоанализаторы.

Источники инфракрасного излучения имеют различное назначение. Их применяют для тарировки аппаратуры, подсвета объектов в приборах активного типа, для нагрева, сушки и термической обработки изделий и т. д.

Наряду с этими приборами имеются приборы смешанного типа, представляющие комбинацию двух независимых приборов, смонтированных на общем основании, или двух различных приборов с одной оптикой, либо единое устройство, способное работать в двух или более модификациях. Часто такой сложный прибор имеет несколько худшие характеристики в одной из своих модификаций, чем простой прибор единого назначения, так как требования, вытекающие из различного назначения прибора, оказываются иногда противоречивыми.

В некоторых случаях инфракрасные и радиолокационные приборы предназначены для решения одних и тех же задач. Между ними имеется, определённое сходство, так как оба типа приборов используют электромагнитную энергию как носитель информации. Иногда схожи и конструктивные элементы приборов, и при их расчётах можно пользоваться аналогичными методами. Существенное различие между инфракрасными и радиолокационными приборами обусловлено тем, что они основаны на использовании различных диапазонов электромагнитного спектра. Вследствие этого инфракрасные приборы, работающие на более высоких частотах (меньших длинах волн), имеют более высокую разрешающую способность, чем радиолокационные. Отсюда следует и другое преимущество инфракрасных приборов перед радиолокационными — их меньшие габариты и масса.

Основным недостатком инфракрасных приборов является большое ослабление излучения в мутных средах и влияние помех, создаваемых естественными и искусственными излучателями. Большая мощность излучения естественных объектов в инфракрасной области спектра затрудняет селекцию инфракрасными приборами источников, температура которых незначительно отличается от температуры естественных излучателей (фона).

Настоящая книга представляет первую попытку издания справочника по приборам инфракрасной техники, применяющимся в промышленном производстве, научных исследованиях, навигации, а также в медицинской практике и криминалистике. Она является логическим продолжением «Справочника по основам инфракрасной техники», содержащего материал по законам инфракрасного излучения, взаимодействию излучения со средами, приёму и модуляции инфракрасного излучения и фильтрации оптических сигналов…

ВВЕДЕНИЕ

Книги на ту же тему

1. Твердотельная фотоэлектроника. Фоторезисторы и фотоприёмные устройства, Филачёв А. М., Таубкин И. И., Тришенков М. А., 2012
2. Инфракрасные методы в космических исследованиях, Манно В., Ринг Д., ред., 1977
3. Устройства первичной обработки микроволновых сигналов, Лобов Г. Д., 1990
4. Справочник по основам инфракрасной техники, Криксунов Л. З., 1978
5. Основы инфракрасной техники: Учебник для техникумов. — 3-е изд., перераб. и доп., Козелкин В. В., Усольцев И. Ф., 1985
6. Основы инфракрасной техники, Козелкин В. В., Усольцев И. Ф., 1967
7. Основы инфракрасной техники, Марголин И. А., Румянцев Н. П., 1955
8. Методологические основы проектирования переносных зенитных ракетных комплексов, Кашин В. М., Лифиц А. Л., 2013
9. Инфракрасные и световые приборы самонаведения и наведения летательных аппаратов. — 2-е изд., Лазарев Л. П., 1970
10. Теория сушки, Лыков А. В., 1968
11. История навигационной техники: Зарождение и развитие технических средств кораблевождения, Краснов В. Н., 2001
12. Производство оптико-электронных приборов: Учебник для техникумов, Каледин Б. Ф., Мальцев М. Д., Скороходов А. И., 1981
13. Проектирование оптико-электронных приборов, Елизаренко А. С., Парвулюсов Ю. Б., Солдатов В. П., Якушенков Ю. Г., 1981
14. Оптико-электронные приборы космических аппаратов, Изнар А. Н., Павлов А. В., Федоров Б. Ф., 1972
15. Теория и расчёт оптико-электронных приборов: Учебник для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп., Якушенков Ю. Г., 1980
16. Сборка оптических приборов. Учебник для средних профессионально-технических училищ, Ефремов А. А., Законников В. П., Подобрянский А. В., 1978