Реферати українською » Физика » Про тепловізорах


Реферат Про тепловізорах

точки 45°, отже сканування вздовж рядки забезпечується поворотами дзеркала щодо цієї осі на кут ±j, а сканування по кадру — поворотом дзеркала разом із віссю, де воно закріплене, на кут ±g (>рис.2.3б) І тут форма растра близька до трапеції. При j = +10° і g =• 95° викривлення рядків верхньої та нижньої частинах растра становить 3% , а викривлення кутових розмірів кожного рядка вбирається у 5 % . Поруч із одним пласким дзеркалом, у яких дві ступеня свободи, скануючих пристроях можна використовувати два дзеркала, кожна з в яких скоює коливальне рух щодо взаємно перпендикулярних осей, створюючи телевізійний растр.

Що стосується використаннямногоелементного (лінійного)ПИ конструкціясканирующего устрою із пласким дзеркалом спрощується, позаяк у цьому випадку дзеркало має здійснювати коливальне рух лише стосовно однієї осі (у на рис. 2.4). У наведеній схемою фокусування випромінювання здійснюється дзеркальним об'єктивом, у яких діаметр 100 мм, фокусне відстань250мм і пляма залишкових аберацій 250мкм. Сканування за горизонталлю виробляється дзеркалом діаметром 150 мм, нерішучим зі своєю частотою 20 гц. Частота коливань визначається моментом інерції дзеркала і жорсткістюкрутильной пружини, яким воно підвішено. При коливаннях дзеркаланеконтактний датчик видає сигнал зворотний зв'язок, відповідний переміщенню дзеркала. Цей сигнал після посилення подається на обмотку електромагніта, впливає на легкі залізну арматуру,прикрепленную до дзеркала.


>Рис. 2.4.Сканирующее пристрій змногоелементнимПИ і розташуваннямсканирующего дзеркала у паралельному пучку променів

1 - об'єктив; 2 -ПИ; 3 - відбивне дзеркало; 4 - електромагніт; 5 -сканирующее пласке дзеркало.

Фаза сигналу зворотний зв'язок обрано те щоб забезпечувалися невщухаючі коливання дзеркала. Вихідний сигналнеконтактного датчика, відповідний певному становищусканирующего дзеркала, використовується одночасно для синхронізації розгорнення електронного плями екраном кінескопа СКУ. Кут сканування дзеркала за горизонталлю ± 15°; зору за вертикаллю (6,5°) визначається довжиною лінійкиПИ (30 мм).

Загальний недолік скануючих пристроїв з що коливалися пласкими дзеркалами — обмеження частоти розгорнення через ударів в крайніх положеннях дзеркала. Дзеркальний барабан має як широкі сфери застосування.

3. Структурні і функціональні схеми тепловізорів з електронним скануванням

>Тепловизори звидиконом. У передавальної камері тепловізора з електронним скануванням зображення спостережуваного об'єкта проектуєте» міццю оптичної системи на мішень телевізійної передавальної типу відикон, чутливої докоротковолновому інфрачервоному випромінюванню, яка перетворює електронне зображення у відеосигнал (рис. 6.1)

>Рис. 3.1. Структурна схема тепловізора з електронним скануванням: — оптична система; 2 — блок передавальної Телевізійною трубки; 3 — блок кадрової і малоїразверток передавальної трубки; 4 — попередній підсилювач відеосигналу; 5 —видеотракт ;>6-генераторгасящих ісинхронизирующихимпульсов;7- блок приймальній телевізійноїтрубки;8- блок кадрової і малоїразверток названої трубки; ; 9 — блок синхронізації

Для розгорнення зображення наотклоняющую систему трубки подаються напруги пилкоподібної форми малої й кадрової частот, вироблювані блоком розгорнення. Узгодження у часі руху електронного променя екраном приймальні трубки з рухом променя по мішені передавальної трубки здійснюється з допомогоюсинхронизирующих імпульсів, поданих під час зворотного ходу променя. У цьому системи розгорнення передавальної приймальні трубок мають працювати одночасно йсинфазно.

>Синхронизирующие імпульси формуються на передавальної частини телевізійної системи та замішуються в відеосигнал.Видеосигнал, що з сигналу зображення,гасящих ісинхронизирующих імпульсів, називаються повним телевізійним сигналом. Він надходить на приймальню телевізійну трубку, змінюючи яскравість світіння екрана. Для отримання зображення електронний промінь приймальні трубки переміщається по площині екрана впливом напруг пилкоподібної форми малої й кадрової частот, вироблюваних блокомразверток. Поруч із подачею на приймальню трубку телевізійний сигнал надходить на блок синхронізації, десинхронизирующие імпульси виділяються потім із нього, поділяються на рядкові і кадрові і чинять на відповідні генератори блокуразверток приймальні трубки.

Тепловізор з електронним скануванням містить такі основні блоки;

оптичну систему, яка була об'єктив, виготовлених із оптичного матеріалу, який пропускає інфрачервоне випромінювання в спектральному діапазоні чутливостівидикона;

блок передавальної телевізійної трубки, що з самої передавальної трубки, чутливої до інфрачервоному випромінюванню, і навіть з котра фокусує іотклоняющей системи (ФОС). Остання і двох пар котушок для відхилення електронного променя за горизонталлю і вертикалі.Поверх цих котушок поміщаєтьсяфокусирующая котушка. Іноді підвищення якості зображення на ФОС вводять коригувальні котушки,исправляющие траєкторію променя берегах растра. Габарити ФОС вітчизняних: діаметр 60 мм, довжина 115...142 мм;

>Генератор малої розгорнення генерує пилковидні напруженості із частотою 15625 гц (при стандарті розкладання 625 рядків і 25кадров/с), а генератор кадрової розгорнення — пилковидні напруженості із частотою 50 гц;

попередній підсилювачвидеосигналов;

>видеотракт, що звидеоусилителя й низки каскадів, необхіднізамешивания в відеосигнал різних службових сигналів. На виходівидеотракта виходить повний телевізійний сигнал позитивної полярності із колосальним розмахом порядку 1 У на навантаженні 75Ом і ставленнямсигнал/шум, рівним 30 в смузі частот від 50 гц до 7,5 МГц;

>синхрогенератор,вирабативающий кадровісинхронизирующие імпульси, кадрові і рядкові гасять імпульси приймальні і передавальної трубок;

блок синхронізації, який виділяє з повного телевізійного сигналусинхронизирующие імпульси, що надходять на блок розгорнення приймальні телевізійної трубки;

блок приймальні телевізійної трубки, що з самої приймальні трубки (кінескопа) і ФОС;

блок кадрової і малоїразверток,вирабативающий періодичноизменяющиеся напруги, що подаються в ФОС для відхилення електронного променя у двох взаємно перпендикулярних напрямах.

Дотепловизорам з електронним скануванням належить прилад ДТП' 103 (рис. 3.17), готовий до аналізу теплових полів і розроблений Московському інституті радіотехніки, електроніки і автоматикиАТП-103 дозволяє в реальному масштабі часу стаціонарні теплові поля порівнянням теплового випромінювання еталонного і досліджуваного об'єктів буде в діапазоні температур 250—1200 °із похибкою ± 1 % .

Якісний аналіз досліджуваного об'єкта проводять за чорно-біломуполутоновому зображенню теплового поля на екранівидеоконтрольного устрою (СКУ) із пропорційною залежністю яскравості від температури. Кількісні виміру проводяться порівнянням потужності випромінювання від об'єкту і еталонного випромінювача, або методом ізотерм, що дозволяє виявити на екрані СКУ області, температура яких перевищує встановлений рівень. Координатна прив'язка ізотерм виробляється накладенням їх у зображення теплового поля. З іншого боку, прилад дозволяє вимірювати температуру по виділеної рядку, навіщопрофилограмму виводять на екран осцилографа.

Випромінення від досліджуваного об'єкта надходить через об'єктив і фільтр на мішеньвидикона, чутливого в інфрачервоної області спектра. Отриманий на мішені потенційний рельєф зчитується електронним пучком, відхилення якого з рядкам і кадру виконується ФОС. Вихідний сигналвидикона після посилення вступає у блок обробки сигналу (>БОС),где формуєтьсястробирующии імпульс по рядкам і кадру. Він визначає геометричні розміри зони, у якій вимірюється температура методом заміщення. УБОС амплітуда сигналувидикона, пропорційного температурі в контрольованій зоні об'єкта, порівнюється зі амплітудою сигналу, який від еталонного випромінювача.Изотерми формуються накомпараторе; з його вхід надходять сигнали від еталонного джерела напруження і вихідний відеосигнал, прив'язаний до заданому рівню. Сигнали, формуютьтеплопортрет, ізотерми істробирующие імпульси, сумуються і чинять на СКУ, на екрані якого відтворюється зображення досліджуваного об'єкта.

Технічні характеристики тепловізора:температурное дозвіл 3 °З (за нормальної температури об'єкта 310 °З); зору 4 X 6°; геометричне дозвіл буде не гірший 5 мрад; число кадрів в секунду 25; число рядків кадрі 625.

ТепловізорАТП-103 конструктивно виконаний у вигляді чотирьох блоків: приймальні камери,БОС, СКУ і пульту управління. Зв'язок з-поміж них здійснюється кабелями зіштепсельними розніманнями.

4.Болометри

>Полупроводниковий болометр — це прилад, готовий до індикації й вимірювання теплового випромінювання (оптичного чи інфрачервоного діапазону частот електромагнітного випромінювання).

Зазвичай болометр і двох плівковихтермисторов (завтовшки до 10мкм). Одне зтермисторовболометра активним, т. е. безпосередньо піддається впливу вимірюваного випромінювання. Опір цьоготермистора змінюється внаслідок нагріву при опроміненні електромагнітним випромінюванням оптичного чи інфрачервоного діапазону частот. Другийтермистор — компенсаційний, служить як компенсація можливих змін температури довкілля.Компенсационнийтермистор може бути екранований від вимірюваного випромінювання. Активний і компенсаційнийтермистори вміщують у один герметичний корпус.

>Болометри зазвичай мають три зовнішніх виведення — від активного ікомленсационноготермисторов і зажадав від середньої точки.

Для характеристикиболометров використовують такі параметри: 1) опір активноготермистораболометра при кімнатної температурі; 2) робоче напруга; 3) чутливість при певної частоті модуляції променистого потоку, рівна відношенню корисного сигналу, зйомок зболометра на вхід підсилювача, до потужності випромінювання, падаючого на болометр; 4) поріг чутливості, чисельно рівний потужності випромінювання, що викликає сигнал, еквівалентний рівню власних шумівболометра, т. е. поріг чутливості визначається мінімальної потужністю випромінювання, яку за умовах здатний зареєструвати болометр; 5) стала часу, характеризує теплову інерційність активноготермистора; 6) рівень власних шумів.

Напівпровідниковіболометри застосовують у різних системах орієнтації; для безконтактного і дистанційного виміру температур тощо. буд.

5. Застосування тепловізорів

Після створення перших тепловізорів тривалий час уважаласястаточним якісне спостереженнятеплоизлучающих об'єктів. Потім виникла потреба кількісного вимірутемпературь об'єктів по одержуванимтермограммам. Нині застосування тепловізорів для дистанційного виміру температурних полів одна із важливих додатківтепловидения, використовуваних принеразрушающем контролі різних об'єктів.

Виміряти справжню температуру нагрітого тіла з допомогою тепловізора складно. Практично вимірюються не справжню (Т), а так звану радіаційну (Т%) температуру — температуру абсолютно чорного тіла, коли його енергетична світність Ме дорівнює енергетичної світностінечерного випромінювача з коефіцієнтом теплового випромінювання e (Т).

З законуСтефана-Больцмана Ме = e (Т)dТ4 =d, звідки

 =

Величина визначається за показниками тепловізора,отградуированного від чорного тілу.

Такий спосіб виміру радіаційної температури застосовують у тому випадку, як утепловлзоре використовуєтьсянеселективнийПИ (наприкладпирикон).

РозмірdТ залежить від коефіцієнта теплового випромінювання, знання якої та її залежність від температури необхідні правильна інтерпретація результатів вимірів і кількісної оцінки температури тіла.

Вплив відображеного об'єктом випромінювання довкілля на котру визначаємо температуру враховують, вводячи еквівалентний коефіцієнттепловою випромінювання

, де — температура довкілля.

Якщо Т - Т>окр  Т, то

Контроль стану обличкування плавильних печей.

>Сталеплавильние печі облицьовані зсередини керамічними вогнетривкими матеріалами. Принаймні експлуатації печей частина обличкування зношується і роз'їдається розплавленим металом, що пов'язані з небезпекою для обслуговуючого персоналу; тому облицювання через певний строк доводиться заміняти. Повна заміна обличкування великих сталеплавильних печей дуже дорога, оскільки пов'язані з зупинкою виробництва на 3...4нед. Найбільш прийнятним туттермографический контроль. Зовнішня перевірка діючих печей тепловізором може зазначити локальніперегреви сталевої оболонки, тріщини й областіобмуровки, де тонше норми. Вимірювання температури зовнішньої оболонки, виконані з допомогою тепловізора, можуть назвати області руйнаціїобмуровки на аналізованому ділянці.Термограмма дозволяє затримати замінуобмуровки до того часу, поки стане конче необхідну, т. е. використовуватиобмуровку протягом якомога більшої часу. Знята під час роботи печі термограма сприятиме швидкому виявлення небезпечних тріщин під час періодичного огляду в охолодженою печі, оскільки зробити це візуально дуже важко. Діагностика пристроїв тягового електропостачання залізниць. З допомогою тепловізорів можлива діагностика пристроїв тягового електропостачання залізниць . У цьому масової контролю та виявлення несправностей контактних сполук температурна чутливість тепловізора мусить бути не нижче 5 °З, діапазон вимірюваних температур — 20... + 150 °З; зору 20 X 10°, миттєвий кут зору 10 мрад, час кадру 1/12,5 з.

Критерієм станутарельчатих ізоляторів типуПФ-6А то, можливо різницю температур поміж їхніми шапкою і тарілкою. У справного ізолятора значення температури тарілки і шапки немає друг від друга натермограмме, а загальна температура ізолятора відрізняється від температури довкілля на 0,2...0,4 °З. Для виявлення дефектних ізоляторів з допомогою тепловізора його температурна чутливість мусить бути не нижче 0,1 °З; діапазон вимірюваних температур —20...+50°С; зору 3 X 5°, миттєвий кут зору 5'.

Наявність хоча самого справного ізолятора в гірлянді (в тягової з постійного струму) Демшевського не дозволяє виявити дефектні ізоляторитепловизионним1 способом, оскільки за гірлянду не проходить струм витоку.

>Тепловизори застосовують також і визначення стануизоляци високовольтних висновків на тягових підстанціяхенергоучастков. Чутливість тепловізора у своїй мусить бути не нижче 0,1 °З.

Теплові процеси, які уавтопокришках, мають важливого значення їхнього експлуатації. При заводських випробуваннях автомобільних і авіаційних покришок на спеціальних стендах прагнуть виявити впливом геть розподіл температури структурою покришки трьох чинників, як швидкість її обертання, зміна цієї швидкості, тиск повітря на камері, і навантаження колесо. Необхідно знати вплив кожного з цих факторів зокрема і їхня спільна вплив. Ці впливу різні до різних точок покришки і залежить від її конструкції. Проте звичайна термограма показує лише середньої температури у кожномуконцентрическом шарі покришки, у результаті становище області перегріву може бути локалізовано.

Це завдання успішно вирішується питання з допомогою спеціального тепловізора постаченого додатковим пристроєм, який отримав назву “>термостроб”. Воно дозволяє бачитистробированное (нерухоме) теплове зображення обертового об'єкта. Застосовуючи тепловізор зтермостробом, можна спостерігати теплове зображення обертовою покришки під час динамічних випробувань, і фіксувати ділянки її перегріву.

До областей застосування тепловізорів у промисловості та науку для дослідження температурних полів відносять також такі:

вимір температурних режимів під час виготовлення папери, листового прокату металу, виробництві скла, гуми і пластику, бетонних і залізобетонних виробів:

випробування шибок з електричним підігрівом для автомобілів і літаків;

вимірювати температуру обертових деталей машин, і навіть металевих деталей і інструментів при обробці на верстатах;

вивчення процесів теплопередачі в моделях, які долають в аеродинамічних трубах;

дослідження розподілу температури у газовій струмені авіаційних двигунів;

визначення температури поверхні ШСЗ в камерах, моделюючих космічні умови польоту;

контроль якості захисту атомних реакторів електростанцій; визначення положень підземних і прихованих комунікацій;

контроль рівня життя та становища теплих чи холодних рідин в резервуарі;

безперервний контрольобмуровки обертових обпалювальних печей у процесі його роботи;

визначення втрат надходжень у зубчастихзацеплениях:

дефектоскопія матеріалів і окремих конструкцій під час проведення статичних і динамічних випробувань;

визначення областей переходуламинарного режиму течії в турбулентний приаерофизических дослідженнях;

дефектоскопіяболтових ізаклепочних сполук;

>неразрушающий контроль неметалевих матеріалів;

дослідження внутрішньої корозії баків і цистерн;

контроль якості зварювання тонкостінних конструкцій потермограммай зварного шва, який подається імпульс струму;

вивчення теплоізоляції труб штучних котків;

дослідження теплових ефектів в клінічних і біологічні процеси та інших.

З розвитком тепловізійної

Схожі реферати:

Навігація