Инфракрасные системы наблюдения и обнаружения

Размещено на http://www.allbest.ru

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова»

(БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова»)

БГТУ.СМК-Ф-4.2-К5-01

Факультет О Естественно-научный

Кафедра О4 Физика

КУРСОВАЯ РАБОТА

Дисциплина Специальные изделия лучевой энергетики

на тему

Инфракрасные системы наблюдения и обнаружения

Выполнил студент группы О481

Петров А.М.

РУКОВОДИТЕЛЬ Лентовский В.В

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2020



Содержание

Введение

1. ИК-излучение. Его свойства

2. Применение ИК-излучения

2.1 Инфракрасная спектрометрия

2.2 Инфракрасная фотография

2.3 Электронно-оптический преобразователь

2.4 ПП приборы с зарядовой связью

3. ИК - системы наблюдения и обнаружения

3.1 Тепловизоры

3.2 Системы ИК-видеонаблюдения

3.3 Системы ИК-обнаружения. Достоинства и недостатки

3.4 ИК - датчик «Вектор-СПЭК». ТТХ и назначение

Заключение

Список литературы



Введение

Данная работа посвящена такому немаловажному аспекту волновой оптики как тепловое или инфракрасное (ИК) излучение. В работе наиболее простым языком изложены основные законы, история открытия, принципы действия и основы применения свойств ИК - излучения.

В настоящее время ИК-системы получили широкое применение при решении насущных задач в военной технике, промышленности и научных исследованиях, что стимулировало их развитие.

Одной из важных задач в военных ИК-системах является обеспечение максимальной информативности получаемых и обрабатываемых изображений с целью получения ситуационных сведений об обстановке в воздухе, на море и на суше для принятия правильного решения. Для успешного решения актуальных задач аналитикам или операторам требуется получение изображений высокого разрешения в любое время суток, даже при неблагоприятных условиях. Это достигается использованием усовершенствованных ИК-систем высокого разрешения, работающих в разных диапазонах спектра. В настоящее время в зарубежных ИК-системах применяются ИК-датчики высокой четкости (HD) с форматом пикселей и выше, что позволило существенно увеличить информативность.

Например, агентство передовых оборонных исследовательских проектов Минобороны США (DARPA) разрабатывает программы по обеспечению превосходства вооруженных сил США в области науки и технологий. В части ИК-систем было принято ряд стратегических программ по обеспечению более высоких их характеристик. В направлении «Тактические технологии» была принята программа, в которой предусматривалось создание технических систем, позволяющих человеку «играть на опережение» при выполнении специальных операций.



1. ИК-излучение. Его свойства

Инфракрасное излучение или инфракрасные лучи - это электромагнитные волны в невидимой области электромагнитного спектра, которая начинается за видимым красным светом и заканчивается перед микроволновым излучением между частотами и 5• Гц (или находится в диапазоне длин волн 0.75-1000 мкм). Название происходит от латинского слова infra и означает «ниже красного.

Рис.1 Электромагнитный спектр излучений по длинам волн

Инфракрасные лучи были обнаружены в 1800 г. британским музыкантом и астрономом-любителем немецкого происхождения Уильямом Гершелем. Он с помощью призмы разделил солнечный свет на составляющие его компоненты и за красной частью спектра с помощью термометра зарегистрировал увеличение температуры.



Рис.2 Опыт В. Гершеля (1800 г.) в результате которого было открыто тепловое излучение

Инфракрасное излучение часто называют тепловым. Следует, однако, отметить, что оно является лишь его следствием. Тепло - это мера поступательной энергии (энергии движения) атомов и молекул вещества. «Температурные» датчики фактически измеряют не тепло, а только различия в ИК-излучении различных объектов. Многие учителя физики инфракрасным лучам традиционно приписывают всю тепловую радиацию Солнца. Но это не совсем так. С видимым солнечным светом поступает 50% всего тепла, и электромагнитные волны любой частоты при достаточной интенсивности могут вызвать нагрев. Однако справедливо будет сказать, что при комнатной температуре объекты выделяют тепло в основном в полосе среднего инфракрасного диапазона.

ИК-излучение поглощается и испускается вращениями и вибрациями химически связанных атомов или их групп и, следовательно, многими видами материалов. Например, прозрачное для видимого света оконное стекло ИК-радиацию поглощает. Инфракрасные лучи в значительной степени абсорбируются водой и атмосферой. Хотя они и невидимы для глаз, их можно ощутить кожей.

Области ИК диапазона:

- ближний (0.75 - 1.4 мкм)

- коротковолновой (1.43 - 3 мкм)

- средневолновой (3 - 8 мкм)

- длинноволновый (8 - 15 мкм)

- дальний (15 - 1000 мкм)

Однако эта схема классификации не используется повсеместно. Например, в некоторых исследованиях указываются следующие диапазоны: ближний (0,75-5 мкм), средний (5-30 мкм) и длинный (30-1000 мкм). Длины волн, используемые в телекоммуникации, подразделяются на отдельные полосы из-за ограничений детекторов, усилителей и источников.

Общая система обозначений оправдана реакциями человека на инфракрасные лучи. Ближняя ИК-область наиболее близка к длине волны, видимой человеческим глазом. Среднее и дальнее ИК-излучение постепенно удаляются от видимой части спектра. Другие определения следуют различным физическим механизмам (таким как пики эмиссии и поглощение воды), а самые новые основаны на чувствительности используемых детекторов. Например, обычные кремниевые сенсоры чувствительны в области около 1050 нм, а арсенид индий-галлия - в диапазоне от 950 нм до 1700 и 2200 нм.

Нет четкой границы между инфракрасным излучением и видимым светом. Глаз человека в существенной степени менее восприимчив к красному свету, который превышает длину волны 700 нм, хотя интенсивное свечение (лазера) можно видеть примерно до 780 нм. Начало инфракрасного диапазона определяется в разных стандартах по-разному - в каких-то случаях между этими значениями, но чаще всего это 750 нм. Таким образом видимые инфракрасные лучи возможны в диапазоне 750-780 нм.



2. Применение ИК-излучения

Инфракрасное излучение получило широкое применение во многих отраслях таких как: промышленность, медицина, научная деятельность, а также в военной технике.

2.1 Инфракрасная спектрометрия

Исследование спектров испускания и поглощения в инфракрасной области используется при изучении структуры электронной оболочки атомов, для определения структуры молекул, а также для качественного и количественного анализа смесей веществ сложного молекулярного состава, например моторного топлива.

Инфракрасная спектроскопия - раздел спектроскопии, включающий получение, исследование и применение спектров испускания, поглощения и отражения в инфракрасной области спектра.

Инфракрасная спектрометрия занимается главным образом изучением молекулярных спектров, так как в ИК-области расположено большинство колебательных и вращательных спектров молекул. В этом разделе наиболее широкое распространение получило исследование ИК-спектров поглощения, которые возникают в результате поглощения ИК-излучения при прохождении его через вещество.

В координатах интенсивность поглощенного излучения - длина волны (волновое число) инфракрасный спектр представляет собой сложную кривую с большим числом максимумов и минимумов.



Рис.3 Ближний ИК-спектр жидкого этанола

Количественная связь между интенсивностью I прошедшего через вещество излучения, интенсивностью падающего излучения I₀ и величинами, характеризующими поглощающее вещество, основана на законе Бугера-Ламберта-Бера, т. е. на зависимости интенсивности полос поглощения от концентрации вещества в пробе. При этом о количестве вещества судят не по отдельным полосам поглощения, а по спектральным кривым в целом в широком диапазоне длин волн. Если число компонентов невелико (4-5), то удается математически выделить их спектры даже при значительном перекрывании последних. Погрешность количественного анализа, как правило, составляет доли процента.

Метод инфракрасной спектроскопии является универсальным физико-химическим методом, который применяется в исследовании структурных особенностей различных органических и неорганических соединений. Метод основан на явлении поглощения группами атомов испытуемого объекта электромагнитных излучений в инфракрасном диапазоне.



2.2 Инфракрасная фотография

Благодаря различию коэффициентов рассеяния, отражения и пропускания тел в видимом и инфракрасном излучении фотография, полученная в ИК-излучении, обладает рядом особенностей по сравнению с обычной фотографией. Например, на инфракрасных снимках часто видны детали, невидимые на обычной фотографии

Фотоснимки в инфракрасном излучении можно получать различными методами. Метод непосредственного фотографирования на фотопластинки и плёнки, чувствительные к ИК-излучению (инфраплёнки или пластинки) наиболее прост. Для этого на объектив устройства устанавливают светофильтр, пропускающий ИК-излучение и непрозрачный для видимого света. Длинноволновая граница чувствительности современных инфрафотоматериалов составляет л = 1,2 мкм.

Чувствительность инфраплёнок и пластинок относительно мала, из-за чего в условиях малой освещённости применяют приборы, состоящие из электронно-оптического преобразователя и обычного фотоаппарата. Электронно-оптический преобразователь, установленный перед объективом фотоаппарата, преобразует инфракрасное изображение в видимое и одновременно усиливает его яркость. Такие приборы позволяют получать снимки на обычной фотоплёнке в полной темноте при небольшой мощности облучающего источника ИК-излучения.

Инфракрасная фотография позволяет получать дополнительную (по сравнению с фотографией в видимом свете или при рассматривании объекта глазом) информацию об объекте. Так как ИК-излучение рассеивается при прохождении через дымку и туман меньше, чем видимое излучение. Такие фотографии позволяют получать снимки предметов повышенной четкости, удалённых на сотни км.

Благодаря различию коэффициентов отражения и пропускания в видимом и инфракрасном диапазонах на инфракрасных фото можно разглядеть детали, не видимые глазом и на фотографии, сделанной обычным фотоаппаратом. Это свойство широко используется в ботанике, медицине, инфракрасной аэросъемке и даже в астрономии.

Рис.4 Изображение зараженного листа дерева при обычном и инфракрасном освещении

Рис.5 Фото ноги, сделанное в видимом (слева) и в инфракрасном излучении (справа) для выявления кожных и сосудистых заболеваний. На снимке справа отчетливо видны вены



Рис.6 Фотография местности, сделанное в видимом и инфракрасном излучении. На фото справа (ИК-излучение) можно определить вид деревьев (хвойные - более темные, лиственные - более светлые)

Рис.7 Фотографии участка неба: слева - видимое излучение, справа - ИК -излучение. На снимке справа можно увидеть большое количество звезд, т.к. туманности прозрачны для ИК-излучения

Существуют и приборы, которые способны фиксировать тепловое излучение объекта, в разных точках которого температура различна. Интенсивность излучения в каждой точке изображения регистрируется приёмником и преобразуется в световой сигнал, который формируется на фотоплёнке. Изображение, получаемое в этом случае, не является инфракрасным снимком в обычном смысле, так как оно даёт картину распределения температуры по поверхности объекта. Такие приборы применяют для обнаружения перегретых участков машин, при ИК-аэросъёмке, а также для получения термальных карт местности.



Рис.8 Пример инфракрасного изображения, на котором мы можем видеть картину распределения температур объектов

2.3 Электронно-оптический преобразователь

Электронно-оптический преобразователь (ЭОП) представляет собой электровакуумный прибор и является одним из важнейших среди различного рода электронных усилителей яркости изображения. По конструкции ЭОП подразделяются на однокамерные и многокамерные; по спектральному диапазону преобразуемого излучения - на ЭОП, работающие в инфракрасной, в видимой, в ультрафиолетовой и в рентгеновской областях спектра; по способу переноса электронного изображения-на ЭОП с однородным электростатическим полем, с электростатической фокусировкой, с электромагнитной фокусировкой; по принципу усиления яркости изображения - на каскадные ЭОП с усилением методом оптического контакта экран - фотокатод, каскадные ЭОП с усилением за счет использования вторичной эмиссии «на прострел» тонкопленочных динодов, ЭОП канального типа с усилением за счет использования вторичной эмиссии с внутренних стенок микроканалов, ЭОП с усилением яркости за счет значительного уменьшения масштаба изображения при электронно-оптическом его переносе.

Основными частями простейшего ЭОП являются полупрозрачный фотокатод, электронно-оптическая система фокусировки электронов и люминесцентный экран. Схематически принцип действия однокамерного ЭОП показан на рис.9.

Рис.9 Принципиальная схема устройства ЭОП (1 - объект, 2 - объектив, 3 -фотокатод, 4 - фокусирующая система, 5 - траектории электронов, 6 - экран, 7 -окуляр)

При низких уровнях освещенности объектов экран ЭОП имеет столь малую яркость, что глаз наблюдателя не в состоянии определить различие в яркостях отдельных участков. В связи с этим наблюдатель не может распознать наблюдаемый объект. При повышении яркости изображения способность глаза к распознаванию участков с малой градацией яркости становится значительно выше.

Приборы подобные ЭОП широко используются в военной технике. Создание таких высокочувствительных приёмников излучения в том числе и ИК-излучения позволило построить специальные приборы -- теплопеленгаторы для обнаружения и пеленгации объектов, температура которых выше температуры окружающего фона (нагретые трубы кораблей, двигатели самолётов, выхлопные трубы танков и др.), по их собственному тепловому следу. На принципе использования теплового излучения цели созданы также системы самонаведения на цель снарядов и ракет. Специальная оптическая система и приёмник теплового излучения, расположенные в головной части ракеты, принимают излучение от цели, температура которой выше температуры окружающей среды (например, собственное ИК - излучение самолётов, кораблей, заводов, тепловых электростанций), а автоматическое следящее устройство, связанное с рулями, направляет ракету точно в цель. Инфракрасные локаторы и дальномеры позволяют обнаруживать в темноте любые объекты и измерять расстояния до них.

2.4 ПП приборы с зарядовой связью

В последнее десятилетие наблюдается бурное развитие телевизионных твердотельных систем, основу которых составляют ПЗС-приемники излучения, чувствительные в ультрафиолетовом, видимом и ближнем ИК-диапазонах (обычно до = 1,1 мкм). Широкое распространение их в самых различных областях науки, гражданской и военной техники, промышленности, медицине и биологии и др. обеспечили высокое разрешение (размеры пикселов менее 10 мкм), большие форматы (756 х 581, 756 х 473, 658 x 496 и др.), возможность непрерывного управления экспонированием (от 1/60 до 1/50000 с); хорошая однородность чувствительности отдельных пикселов, большее, чем в ЭЛТ, отношение сигнал-шум, что улучшает качество изображения при низких контрастах, большой динамический диапазон сигналов, возможности изменять режим считывания практически в реальном масштабе времени, малые габариты, массы и энергопотребление, высокая надежность и длительное время наработки на отказ, наконец, сравнительно низкая стоимость и большая номенклатура выпускаемых промышленностью этих изделий, а также ряд других свойств.

В настоящее время в ближнем ИК-диапазоне используются преимущественно телевизионные системы на базе ГМП (ЭОП в сочетании с ПЗС-матрицей), способные работать в большом диапазоне освещенностей на входе (от до 10⁷ лк) и имеющие разрешающую способность от 300 до 600 телевизионных линий при отношении сигнал - шум до 50 дБ.

Переход в область спектра 1,4... 1,7 мкм, где по сравнению с видимым диапазоном гораздо больше прозрачность атмосферы, а также контрасты яркостей многих объектов, наблюдаемых на естественных фонах, во многом связывается с разработкой МПИ на базе InGaAs. Компании «PixelVision, Inc.» и «Scientific Imaging Technologies, Inc.» (США) создали ПЗС-фотоприемник для приборов ночного видения, обладающий хорошим разрешением и низким уровнем шума. Низкоуровневые ИКС на основе этого твердотельного приемника продемонстрировали возможность успешно соперничать с приборами ночного видения на базе ЭОП в условиях слабой естественной освещенности ( до 10 лк). Для очень слабых освещенностей некоторое преимущество при решении задач по распознаванию целей типа «танк» на дальностях до 500 м сохраняют приборы с ЭОП.

В качестве примера систем, создаваемых на базе ПЗС-камер серии Pluto, можно отметить низкоуровневую ИКС для оружейных прицелов, которая имеет следующие основные параметры:

* формат ПЗС 652x488 с размерами пиксела 12 х 12 мкм,

* динамический диапазон выходных сигналов 14 бит,

* уровень шума 18…30 электронов на частоте 5 МГц,

* частота кадров 30 Гц

Система имеет ручную и автоматическую установку усиления сигналов и их контроля, схему двухточечной коррекции неоднородности чувствительности отдельных пикселов, а также двухступенчатый термоэлектрический холодильник.

Конструкция ПЗС-фотоприемника предусматривает его «обратную» подсветку, т. е. облучение со стороны подложки из InP, на которую в процессе изготовления МПИ наносится тонкий фоточувствительный слой InGaAs (порядка 1 мкм), на него - очень тонкий контактный слой, а затем тонкий слой высокоомного кремния, на котором формируются ячейки хранения и передачи зарядов, генерируемых приходящим излучением. Такая монолитная конструкция обеспечивает очень высокую квантовую эффективность - более 95% вместо обычных 80% у гибридных фото-ПЗС на базе КРТ с фронтальным облучением; меньшие размеры пиксела (12 мкм вместо 50 мкм), поскольку чувствительный слой не экранируется контактным столбиком; меньший уровень шума (порядка пяти электронов вместо 50 у гибридных KPT-ПЗС). Абсолютная спектральная чувствительность фото-ПЗС с обратной подсветкой примерно в два раза больше, чем у фото-ПЗС с фронтальной подсветкой и у ЭОП III с фотокатодом из GaAs. Диапазон спектральной характеристики фото-ПЗС на InGaAs составляет 0,4... 1,7 мкм. При использовании специальных просветляющих покрытий можно обеспечить квантовую эффективность 50% для коротковолновой границы спектральной характеристики 0,2 мкм, что важно для ряда практических применений в спектроскопии, в системах противоракетной обороны и др.

Успехи в создании новых схем считывания на ПЗС-структурах позволяют надеяться на появление схем считывания с уровнем шума менее 12 электронов и частотой до 35 мГц.

Рис.10 Схема ПП ПЗС



3. ИК - системы наблюдения и обнаружения

3.1 Тепловизоры

Инфракрасное излучение является низкоэнергетическим и для глаза человека невидимо, поэтому для его изучения созданы специальные приборы - тепловизоры или термографы, которые позволяют улавливать это излучение, измерять его и превращать его в видимую для глаза картину. Тепловизоры относятся к оптико-электронным приборам пассивного типа. В них невидимое глазом человека излучение переходит в электрический сигнал, который подвергается усилению и автоматической обработке, а затем преобразуется в видимое изображение теплового поля объекта для его визуальной и количественной оценки.

Инфракрасное излучение концентрируется системой специальных линз и попадает на фотоприемник, который избирательно чувствителен к определенной длине волны инфракрасного спектра. Попадаемое на него излучение приводит к изменению электрических свойств фотоприемника, что регистрируется и усиливается электронной схемой. Полученный сигнал подвергается цифровой обработке и это значение передается на блок отображения информации. Блок отображения информации имеет цветовую палитру, в которой каждому значению сигнала присваивается определенный цвет. После этого на экране монитора появляется точка, цвет которой соответствует численному значению инфракрасного излучения, которое попало на фотоприемник. Сканирующая система (зеркала или полупроводниковая матрица) проводит последовательный обход всех точек в пределах поля видимости прибора и в результате мы получаем видимую картину инфракрасного излучения объекта. Чувствительность детектора к тепловому излучению тем выше, чем ниже его собственная температура, поэтому его помещают в специальное устройство - “холодильник”. Наиболее примитивный, неудобный и самый распространенный вид охлаждения с помощью жидкого азота. Это, конечно, позволяет охладить детектор до низких температур, но носить с собой сосуды Дьюара очень неудобно. Другой вид - посредством элементов Пельтье (полупроводники, дающие перепад температур (тепловой насос) при пропускании через них тока). Есть еще один вид "неохлаждаемых тепловизоров", работающих по другому принципу, но характеристики их пока заметно хуже, зато они намного мобильнее.

Таким образом, на экране тепловизора мы видим значения мощности инфракрасного излучения в каждой точке поля зрения тепловизора, отображенные согласно заданной цветовой палитре (черно-белой или цветной). Высокая чувствительность тепловизоров реализуется благодаря наличию высокочувствительных полупроводниковых приемников излучения из антимонида индия InSb, ртуть-кадмий-теллура Hg-Cd-Te и др.

Области применения методов тепловидения.

Тепловидение нашло применение во многих сферах человеческой деятельности. Например, тепловизоры применяются в целях военной разведки и охраны объектов. В ручной тепловизионный ночной визир человека можно увидеть в полной темноте на расстоянии 300 м. Объекты обычной военной техники видны на расстоянии 2-3 км. На сегодняшний день созданы видеокамеры данного микроволнового диапазона с выводом изображения на экран компьютера, чувствительностью (разрешаемой способностью разницы температур отдельных участков поверхности) в несколько сотых градуса. Это значит, что если вы при входе в свою парадную взялись за ручку двери, чтобы открыть ее, то ваш тепловой отпечаток будет виден на этой ручке целых полчаса. Даже дома при выключенном свете вы будете светить как маяк даже через занавеску. В метро можно спокойно отличить людей, которые только что вошли. А наличие насморка у человека можно наблюдать на расстоянии в несколько сотен метров. О распознавании недавно выключенной машины или о том, кто и когда сидел на данном кресле даже нечего и говорить.

Перспективно использование тепловизоров для нахождения дефектов в различных установках. Естественно, когда в какой-нибудь установке или узле наблюдается повышение или понижение тепловыделения при каком-нибудь процессе в местах, где этого не должно быть, или тепловыделение (теплопоглощение) в подобных узлах сильно различается, то неполадку можно своевременно исправить. Иногда некоторые дефекты можно заметить только с помощью тепловизора. Например, на мостах и тяжелых опорных конструкциях при старении металла или нерасчетных деформациях начинает выделяться больше энергии, чем должно. Появляется возможность диагностировать состояние объекта, не нарушая его целостности, хотя могут возникнуть трудности, связанные с не очень высокой точностью, вызванной промежуточными конструкциями.

Таким образом, тепловизор можно использовать как оперативный и, пожалуй, единственный контроллер состояния безопасности многих объектов и предотвращать катастрофы. Проверка функционирования дымоходов, вентиляции, процессов тепло- и массообмена, атмосферных явлений становиться на порядки удобнее, проще, информативнее.

Также, широкое применение получило тепловидение и в медицине. В современной медицине тепловизионное обследование представляет мощный диагностический метод, позволяющий выявлять такие патологии, которые плохо поддаются контролю другими способами. Тепловизионное обследование служит для диагностики на ранних стадиях (до рентгенологических проявлений, а в некоторых случаях задолго до появления жалоб больного) следующих заболеваний: воспаление и опухоли молочных желез, органов гинекологической сферы, кожи, лимфоузлов, ЛОР-заболевания, поражения нервов и сосудов конечностей, варикозное расширение вен; воспалительные заболевания желудочно-кишечного тракта, печени, почек; остеохондроз и опухоли позвоночника. Как абсолютно безвредный прибор тепловизор эффективно применяется в акушерстве и педиатрии.

У здорового человека распределение температур симметрично относительно средней линии тела. Нарушение этой симметрии и служит основным критерием тепловизионной диагностики заболеваний. По участкам тела с аномально высокой или низкой температурой можно распознать симптомы более 150 болезней на самых ранних стадиях их возникновения.

Термография -- метод функциональной диагностики, основанный на регистрации инфракрасного излучения человеческого тела, пропорционального его температуре. Распределение и интенсивность теплового излучения в норме определяются особенностью физиологических процессов, происходящих в организме, в частности как в поверхностных, так и в глубоких органах. Различные патологические состояния характеризуются термоасимметрией и наличием температурного градиента между зоной повышенного или пониженного излучения и симметричным участком тела, что отражается на термографической картине. Этот факт имеет немаловажное диагностическое и прогностическое значение, о чем свидетельствуют многочисленные клинические исследования.

Выделяют два основных вида термографии: контактная холестерическая термография, телетермография. Телетермография основана на преобразовании инфракрасного излучения тела человека в электрический сигнал, который визуализируется на экране тепловизора. Контактная холестерическая термография опирается на оптические свойства холестерических жидких кристаллов, которые проявляются изменением окраски в радужные цвета при нанесении их на термоизлучающие поверхности. Наиболее холодным участкам соответствует красный цвет, наиболее горячим--синий. Нанесенные на кожу композиции жидких кристаллов, обладая термочувствительностью в пределах 0.001 С, реагируют на тепловой поток путем перестройки молекулярной структуры.



3.2 Системы инфракрасного видеонаблюдения

Инфракрасная система наблюдения использует инфракрасную камеру для наблюдения за людьми или охраняемыми зонами, которые охватывает система. В электромагнитном спектре, инфракрасные волны занимают место между видимым светом и радиоволнами. Все, что испускает тепло - распространяет инфракрасное излучение. Инфракрасный детектор (ИК-датчик) воспринимает инфракрасное излучение, и, следовательно, может обнаружить вещи, которые, возможно, не были обнаружены с помощью других систем наблюдения. По этой причине, ИК-наблюдение является полезным в различных сферах, включая поддержание электрических или других связанных с жарой систем и процессах, для охраняющих зон в ночное время, и исследования различных условий окружающей среды. ИК-камера видеонаблюдения использует специализированный объектив для фокусировки на ИК-излучении от объектов и до них. ИК-детекторы создают термограмму, которая показывает образцы температуры, если таковые имеются у этих объектов. Термограмма затем преобразуется в электрические импульсы и направляются в блок обработки.

Рис.11 Система видеонаблюдения Infiniti Electro Optics Viper PTZ Camera



Есть целый ряд важных операций по техническому обслуживанию, которые выигрывают от систем ИК-наблюдения. Они могут помочь предсказать потребности в техническом обслуживании линий электропередачи, например, предотвращая аварийную ситуацию. В зданиях, они могут обеспечить раннее обнаружение нарушений в изоляции, окон и кровли. Другое использование инфракрасного наблюдения является нахождение утечек газа, будь то летучих органических соединений (ЛОС) или парниковых газов. Обнаружение этих проблем может позволить исправления перед тем, как большие проблемы разовьются.

3.3 Системы ИК-обнаружения. Достоинства и недостатки

Инфракрасные средства обнаружения (ИКСО) основаны на способности обнаруживаемых объектов поглощать, отражать и излучать электромагнитное поле инфракрасного (ИК) диапазона радиоволн Они разделяются на два класса пассивные, регистрирующие ИК-излучение, и активные, основанные на прерывании ИК-луча. Первые строятся по однопозиционной схеме, вторые - по двухпозиционной Активная ИКСО формирует вдоль охраняемого рубежа невидимый луч. Зона обнаружения пассивных ИКСО определяется диаграммой направленности приемника ИК-излучения и имеет объемную форму.

Достоинством активных ИКСО является возможность формирования плоской зоны обнаружения в виде ряда параллельно размещенных по высоте лучей, а также сравнительная небольшая стоимость. Недостаток - наличие активного ИК-излучения и двухпозиционная схема размещения.

Основная проблема использования ИКСО пониженная помехоустойчивость из-за влияния метеорологических факторов (дождь, снегопад, туман и т.п.), налипания мокрого снега и запыления оптических линз, а также существенная зависимость дальности действия от метеорологических условий и необходимость частого обслуживания оптических устройств (протирка линз и защитных окон). Применение искусственных обогревателей усложняет конструкцию и повышает энергопотребление. Вместе с тем появились новые образцы ИКСО с пластмассовыми линзами, снижающими воздействие мокрого снега и обмерзания.

Недостатком этих СО является недостаточная устойчивость к некоторым атмосферным явлениям (сильные дожди, снегопады, туманы, песчаные бури и т.д.)

Инфракрасные средства обнаружения можно подразделить на:

- однолучевые

- многолучевые, а также на:

- пассивные и активные

При выборе вариантов установки ИК датчиков следует учитывать:

- режим охраны объекта;

- протяженность периметра объекта;

- конструкцию и состояние ограждений;

- климатические условия.

3.4 ИК - датчик «Вектор-СПЭК». ТТХ и назначение

Рассмотрим конкретный пример. Инфракрасный датчик «Вектор-СПЭК» пред-назначен для блокировки участков периметров протяженностью до 150 м. Применяется для блокировки крыш и окон зданий, ограждений локальных зон. Устойчив к засветкам, защищен от вскрытия, контролируемая работо-способность.

Датчик состоит из излучающего и приемного устройств. Излучающее устройство вырабатывает импульсы инфракрасного излучения, направляемые в виде луча на приемное устройство. Перекрытие этого луча преобразуется приемным устройством в сигнал тревоги.



Рис.12 ИК-датчик «Вектор-СПЭК-150»

Тактико-технические характеристики устройства.

Максимальное значение рабочей дальности действия, не менее:

«Вектор-СПЭК-150» - 150 м

Длительность импульса излучения -130 мс

Напряжение питания - от 10,2 до 30 В

Ток потребления при U_пит = 24 В, не более - 70 мА

Количество лучей в барьере - 1 ё 4

Угол зрения оптической системы, не более - 1°

Условия эксплуатации: температура окружающей среды -от -40 до +50 °С;

Масса - 1 кг



Заключение

Подводя итог из всего вышеизложенного, можно сказать, что инфракрасное излучение получило огромное применение в различных сферах нашей жизни, начиная с изучения молекулярных спектров веществ и заканчивая устройствами наведения в боеголовках ракет.

Приборы, основанные на принципах действия ИК - излучения, практически незаменимы. Например, такие устройства как тепловизоры, которые невероятно практичны и безошибочны и без которых современная медицина в наше время не смогла бы обойтись. Различные приборы поиска и обнаружения, которые кардинально изменили способы ведения боевых действий по всему миру и методы защиты охраняемых территорий и объектов. Стоит ожидать, что с развитием в сопряженных областях, все представленные системы потребуют усовершенствования и повышения эффективности.

Таким образом, дальнейшее изучение инфракрасного спектра и внедрение систем, связанных с ним, в различные области науки и жизни имеет огромное значение.

инфракрасный видеонаблюдение термография электромагнитный



Список литературы

1. Program DARPA 2015 rus. [Электронный ресурс]. URL: fr.slideshare.net-/tseitlin/program-darpa-2015-rus.

2. «Энциклопедический словарь физика», М., Педагогика, 1991.

3. Савельев И. В. “Курс общей физики” т. 3. М., Наука, 2007

4. Леконт Ж., Инфракрасное излучение, М., 1958

5. Инфракрасные лучи: свойства, области применения, влияние на человека. Источники инфракрасного [Электронный ресурс] URL: https://www.syl.ru-/article/383768/infrakrasnyie-luchi-svoystva-oblasti-primeneniya

6. Система инфракрасного видеонаблюдения, [Электронный ресурс] URL: http://www.todbot.ru/2016/03/infrared-surveillance-system.html

7. Синилов В.Г. Системы и устройства охранной, пожарной и охранно-пожарной сигнализации: учебник. - М.: Издательский центр «Академия», 2010. - 512 с.

8. Передающие телевизионные трубки инфракрасного диапазона [Электронный ресурс].URL:https://msd.com.ua/infrakrasnye-sistemy-smotryashhegotipa/peredayushhie-televizionnye-trubki-infrakrasnogo-diapazona/

Размещено на Allbest.ru