Техника - молодёжи 2005-06, страница 37

Ввверху - геологическое и геофизическое картирование: обнаружение потоков подземных вод и оценка их влияния на железнодорожную сеть; внизу - примеры наземной видеотепловизион-ной съемки электротехнического оборудования и электрических сетей высокого напряжения:

1 - проблема в болтовом соединении, ведущая к перегреву;

2 - проблема недостаточного охлаждения трансформатора, связанная с низким уровнем масла в системе охлаждения;

3 - тепловая аномалия, связанная с плохим болтовым соединением провода;

4 - перегрев основной шины из-за слабой затяжки болтов крепления

их структуры. Поэтому-то в мировой практике неохлаж-даемые матричные приемники и тепловизоры на их основе достигли разрешающей способности только 640x480 пикселов. Минимальный размер пиксела в матрицах 25x25 мкм. Тепловизоры, где используются матрицы 320x240 и 640x480 пикселов, считаются тепловизорами третьего поколения. Они имеют минимальную различимую разность температур около 0,1 К. Однако дальнейшее повышение разрешающей способности матриц вызывает большие трудности.

КАКИМ БУДЕТ ТЕПЛОВИЗОР НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ?

Тепловизор на пироЭОПе по нашим расчетам может достичь минимальной различимой разности температур до 0,01 К благодаря улучшенной теплоизоляции элементов мишени и усилению сигнала. Усиление сигнала в пироЭОПе, кроме усиления в мишени, производится за счет одинакового ускорения всех электронов, прошедших в отверстия пироэлектрической мишени, до одного и того же потенциала, который прикладывается к экрану. Известно, что такое усиление позволяет в электронно-оптических преобразователях видимого диапазона получить рекордную чувствительность, достаточную для регистрации единичных квантов. Нам удалось получить экспериментальные образцы пироЭОПа с числом пикселей 1250 на диаметр (диаметр мишени 18 мм, размер пиксела 16x16 мкм), а также экспериментальные мишени с числом пикселов 3000 на диаметр, равный 50 мм. А в дальнейшем можно получить преобразователь ИК-из-лучения с числом пикселов 3000x3000 и более. Практика показала достаточную надежность пироЭОПа: первые образцы проработали около двух лет без заметной деградации параметров.

По сравнению с тепловизорами ведущих зарубежных фирм на неохлаждаемых твердотельных матрицах, приборы на основе пироЭОПа будут значительно дешевле, поскольку в процессе их изготовления возможно использование существующих отечественных технологий, освоенных при производстве ЭОПов видимого диапазона, а также кремниевой технологии при производстве мишеней.

Кроме вопросов, связанных с созданием технологии изготовления пироЭОПа и построения всего теплови-зионного канала, разрабатываются методы и устройства аналоговой и цифровой обработки тепловизион-ных изображений. Проведен расчет и конструирование зеркально-линзовых объективов, имеющих два варианта зеркал диаметром 300 мм и 200 мм и одну германиевую линзу. Удалось скорректировать аберрации до уровня 25% от дифракционного предела за счет применения асферических зеркал и линзы. Добавление еще одной асферической линзы позволяет вплотную подойти к дифракционному пределу. Благодаря технологии, можно оптимально согласовать размеры мишени пироЭОПа с размерами рабочего поля объектива.

Тепловизионное изображение отличается низким контрастом, и автоматическое контрастирование изображения в несколько раз увеличивает вероятность обнаружения и распознавания слабоконтрастных и удаленных объектов (это делается с помощью аналогового устройства «Контрастор»), Используется также цифровая обработка сигнала, позволяющая исключить дефекты фона преобразователей, осуществить слежение за объектом, применить функцию псевдоцвета, повысить чувствительность и качество тепловизионного изображения.

Считывание сигнала с пироЭОПа производится с помощью ПЗС-матрицы. В зависимости от решаемой задачи, возможно применение различных способов считывания - например, приклеивания ПЗС-матрицы к стек-ловолоконному выходному окну пироЭОПа. Определяющим элементом в части массогабаритныххарактеристик является объектив. При этом способ считывания сигнала и конструкция пироЭОПа не влияют существенно на габариты тепловизора. Однако принцип и конструктивные варианты пироЭОПа можно использовать для создания малогабаритных тепловизоров.

Не секрет, что наибольший интерес к подобной технике проявляют военные (тепловизоры необходимы при проведении боевых операций ночью). Однако небольшой вес и низкая стоимость получения ИК-изображения, несомненно, приведут к более широкому применению в промышленности, медицине и других гражданских областях, где можно успешно использовать информацию, полученную от ИК-излучения.

TNI

ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 6' 2 0 0 5

35