Радиоволны инфракрасное излучение мобильный телефон телевизор прибор ночного видения тепловизор
Инфракрасный тепловизор позволяет получить графическое изображение объектов с различной температурой. ИК-камера обладает той же функцией, и поэтому часто возникает путаница, какой прибор лучше, и в чем разница. Сходство в том, что оба прибора работают в инфракрасном спектре. Однако, результат разный, и точность полученных данных тоже. Можно использовать инфракрасный тепловизор для измерения температуры, но определить место перепада лучше с помощью ИК-камеры.
Как работает тепловизор и инфракрасная камера?
Главное конструктивное отличие — наличие у камеры инфракрасной подсветки. Принцип ее работы заключается в считывании отраженного сигнала. Человеческий глаз не воспринимает данные в этом спектре, но прибор отлично справляется. Тепловизор не имеет передатчика, и считывает волны, исходящие от нагретого предмета. Его недостаток — отсутствие четкой картинки, если нет явного перепада температуры объекта и окружающей среды. С другой стороны тепловизор позволяет по цвету объекта, выведенного на монитор, определить его температуру.
В чем отличия?
Как работает ИК-тепловизор?
Принцип съемки такой же. Есть объектив, и чем дальше он расположен от объекта, тем шире охват. При этом качество картинки снижается за счет допустимого разрешения. Главный плюс — не важно, насколько освещено пространство между тепловизором и объектом. Поэтому считается, что расстояние и наличие света (дневного, искусственного) на процесс измерения температуры не влияет. Камера работает иначе, ведь принцип ее действия — обработка отраженного сигнала. Прибор считывает волны, исходящие от объектов различной температуры. Программное обеспечение перерабатывает полученные данные, и выводит на монитор картинку, где каждому цвету соответствует температурный показатель. Устройство работает в температурном диапазоне от -50 до +500 градусов по шкале Цельсия. Это значит, что атмосферные явления в виде осадков никак не препятствуют, и не искажают результаты замеров.
Что может тепловизор?
Чаще всего в гражданских целях этот прибор используется для энергодиагностика и аудита. С его помощью выявляют аномальные отклонения температуры объектов. Это своеобразный индикатор, позволяющий определить места с повышенной или пониженной температурой. Современные устройства имеют встроенную функцию, позволяющую определить температуру удаленного объекта бесконтактным методом.
Тепловизор используют, например, если нужно:
- Произвести анализ качества смонтированного утепления.
- Выявить места перегрева ввиду повышенного трения.
- Установить дефекты контактных соединений.
- Убедиться в качестве строительно-монтажных работ и тд.
Прибор универсальный, и используется в различных сферах.
Для каких целей применяют?
Перед запуском электрооборудования, и в процессе его эксплуатации, необходимо произвести ревизию. Это необходимо в сфере энергоснабжения. В строительстве и машиностроении измерения производят, чтобы выявить уровень теплопотерь. Также с помощью тепловизора можно определить места утечек газа, нефтепродуктов, других жидкостей и реактивов, транспортируемых по трубам, или хранящихся в емкостях. Многие технологические производственные процессы требуют периодического контроля. А научные исследования и вовсе сложно представить без измерений температур бесконтактным способом.
Может ли это ИК-камера?
Данный тип оборудования чаще всего используется в качестве прибора ночного видения. Ночью, на больших расстояния, под дождем или во время снегопада она не дает возможность настолько точно выполнить работу. Определить температуру сложнее, и опять же страдает качество измерений. Именно из-за капризности оснащения данной типа чаще всего в производстве используют тепловизор, который лишен этих недостатков. С другой стороны, все зависит от рабочих параметров и характеристик сравниваемых моделей.
Приборы ночного видения имеются в арсенале не только армии, но и охотников, рыболовов, спасателей, охранных подразделений и спецслужб.
Также приборы ночного видения находят применение в сфере изучения ночной жизни природы.
На фото – охотничий прицел Dedal 164 Night Vision со встроенным устройством ночного видения и активной ИК-подсветкой.
Принципы ночного видения.
В дневное время суток окружающие нас предметы мы видим по причине того, что солнечный свет падает на поверхность предметов и объектов, а затем рассеивается и попадает на чувствительную сетчатку глаза.
В ночное время естественного освещения нет, и человеческий глаз не в силах хорошо разглядеть окружающие предметы. Несмотря на отсутствие естественного освещения в ночное время присутствует слабое фоновое инфракрасное излучение с длиной волны менее 1 мкм (микрометра).
Фоновое инфракрасное излучение вызвано рассеянием в облаках и других неоднородностях атмосферы удалённых источников излучения, таких как звёзд, Луны и пр. Чтобы разглядеть окружающую обстановку ночью необходимо принять это фоновое излучение, затем усилить и преобразовать в видимое изображение.
Для работы в шахтах, закрытых помещениях и тоннелях, где естественного фонового излучения нет, применяется активная инфракрасная подсветка.
Как устроены приборы ночного видения?
В основе любого прибора ночного видения лежит электронно-оптический преобразователь (ЭОП).
Электронно-оптический преобразователь состоит из объектива, вакуумной трубки, умножителя напряжения, источника питания и экрана. Вот здесь можно ознакомиться с устройством электронно-оптического преобразователя на конкретном примере.
Объектив содержит в своём составе полупрозрачный фотокатод, который улавливает инфракрасное излучение. Под действием эффекта фотоэлектронной эмиссии (внешнего фотоэффекта) вокруг фотокатода появляется облако электронов. Плотность электронов в облаке полностью соответствует распределению света и тени в принимаемом оптическом изображении.
Между фотокатодом и экраном приложено постоянное напряжение величиной 10 – 12 кВ (10000 – 12000 Вольт). Это напряжение разгоняет электроны от фотокатода, и они попадают на люминесцентный слой, который нанесён на экран. Люминесцентный слой начинает светиться в видимой для человеческого глаза области излучения.
Для того чтобы получаемое на экране изображение было более чётким, внутри вакуумной трубки размещена фокусирующая система. Эта система способствует формированию более чёткой траектории движения электронов, а, следовательно, и более чёткому изображению на люминесцентном слое.
Как устроен фотокатод?
Изнутри входного окна объектива нанесён прозрачный токопроводящий слой – это электрод фотокатода. На этот электрод осаждают активный слой полупроводникового материала. Полупроводниковый слой может быть сурьмяно-цезиевым, кислородо-серебряно-цезиевый или многощелочной (соединение сурьмы с калием, натрием и цезием).
Фотокатод обладает хорошей фотоэмиссией в видимой и инфракрасной областях спектра.
Самой лучшей фотоэмиссией обладает многощелочной фотокатод. Изготавливают его методом осаждения слоя сурьмы с обработкой парами цезия, натрия и калия. Спектральная чувствительность такого фотокатода находится в области значений длины волны от 0,3 мкм до 0,9 мкм.
Требования к экрану.
Самая главная характеристика люминесцентного экрана – это светоотдача и чёткость.
Для получения высокой светоотдачи экран покрывают люминофором из водной суспензии. Поверх люминофорного покрытия наносят слой органического лака. Затем методом испарения в вакууме напыляют алюминиевую плёнку. После этого всю систему нагревают до 400°C, в результате чего органический лак сгорает.
Толщина алюминиевой плёнки 120 – 200 нм (нанометров). Служит алюминиевая плёнка для того, чтобы свечение люминофора, направленное в сторону фотокатода (около 50%) отразилось и излучало в сторону окуляра.
Этим достигается высокая светоотдача экрана.
Алюминиевая плёнка задерживает 2-3% быстрых электронов при ускоряющем напряжении 15 кВ. Выигрыш, который получается при использовании алюминиевой плёнки гораздо выше.
В современных приборах ночного видения коэффициент усиления света может достигать величины 100000 при угле зрения в 10 – 25 градусов.
Невероятно высокого коэффициента усиления света удалось получить с применением микроканальных пластин, а высокую разрешающую способность при помощи волоконно-оптических пластин.
Изображение, наблюдаемое в окуляре прибора ночного видения, как правило, имеет зеленоватый оттенок.
Существует несколько поколений ЭОП, характеризующихся различными особенностями, технологическими уловками и усовершенствованиями.
Поколение Ⅰ (изображение размыто по краям, а к центру имеет более высокую чёткость);
Поколение Ⅱ (применяется микроканальная пластина – МКП.);
Поколение Ⅲ (используется фотокатод на основе арсенида галлия – GaAs);
Поколение Ⅳ (применены новые технологии, позволившие увеличить дальность обнаружения и разрешающую способность, применение матриц ПЗС, встраивание ПЗС-матриц внутрь ЭОП, удалённая передача изображения от сенсорного блока (Объектив+ЭОП+ПЗС) на дисплей по проводному или радиоканалу);
Поколение Ⅴ (встраивание в ЭОП ПЗС, а также процессоров обработки изображения, приёмопередатчика, схемы управления питанием и т.д).
Кроме этого, есть приборы поколения Ⅰ+, Ⅱ+. Так, в приборах поколения Ⅰ+ на входе или выходе ЭОП устанавливается оптоволоконная шайба, за счёт которой удаётся увеличить разрешение и устранить характерное для ЭОП первого поколения размытие по краям.
Существуют также и ПНВ на основе ПЗС-матрицы (CCD), а не электронно-оптического преобразователя.
При желании CCD-матрицу можно разглядеть сквозь линзу объектива.
Так как ПЗС-матрица является полупроводниковым устройством, и больше похожа на фоточувствительную память, то для работы совместно с ней используются специализированные контроллеры и процессоры.
Далее на фото показан объектив и печатная плата фоточувствительной матрицы от ПНВ фирмы Pulsar. Как видим, на печатных платах установлено множество цифровых микросхем.
Такие приборы относятся к Ⅳ и Ⅴ поколениям. Приборы на основе ПЗС-матриц больше похожи на цифровую видеокамеру. Их относят к поколению Digital. Изображение у ПНВ на базе ПЗС-матриц чёрно-белое и не имеет зеленоватого оттенка, как у приборов на основе ЭОП.
Изображение с ПЗС-матрицы обрабатывается процессором и выводится на миниатюрный LCD-экран, который встроен в сам прибор ночного видения. Оцифрованное изображение можно записывать и сохранять в память, выводить на внешний монитор.
ПНВ с ПЗС-матрицей можно использовать в светлое время суток – засветка им не страшна. Минусом таких приборов является то, что для работы CCD-матрицы нужна активная инфракрасная подсветка. Например, в модели PULSAR Reflescope Digisight N770 подсветка реализована на базе лазерного диода с длиной излучаемой волны 780. 915 нм.
Презентация на тему: " Инфракрасное (ИК) излучение. Частотный диапазон ИК излучения 3. 10 11 – 4. 10 14 Гц." — Транскрипт:
1 Инфракрасное (ИК) излучение
2 Частотный диапазон ИК излучения – Гц
3 История открытия ИК излучение было обнаружено английским астрономом и физиком Уильямом Гершелем в 1800 году.
4 История открытия Расщепив солнечный свет призмой, Гершель поместил термометр сразу за красной полосой видимого спектра и обнаружил, что температура термометра повышается. Следовательно, на термометр воздействует излучение, не доступное человеческому взгляду.
5 Источники ИК излучения ИК волны излучают нагретые тела, молекулы которых движутся интенсивно. Это излучение называют тепловым. 50 % энергии Солнца излучается в инфракрасном диапазоне Основная часть излучения лампы накаливания лежит в невидимом инфракрасном диапазоне и воспринимается в виде тепла. КПД этих ламп только15 %.
6 Применение ИК излучения В приборах ночного видения: биноклях, очках, прицелах для стрелкового оружия, ночных фото- и видеокамеры. Здесь невидимое глазом инфракрасное изображение объекта преобразуется в видимое.
7 Применение ИК излучения Тепловизор устройство для наблюдения за распределением температуры исследуемой поверхности. Распределение температуры отображается на дисплее как цветовое поле, где определённой температуре соответствует определённый цвет. Т ермограмма изображения в инфракрасных лучах, показывающего картину распределения температурных полей.
8 Применение ИК излучения Тепловизоры применяют на предприятиях, где необходим контроль за тепловым состоянием объектов, и в организациях, занимающихся поиском неисправностей сетей различного назначения. Так, сканирование тепловизором может показать место отхода контактов в системах электропроводки.
9 Применение ИК излучения Тепловизоры используют в строительстве при оценке теплоизоляционных свойств конструкций. С их помощью можно определить области наибольших теплопотерь в строящемся доме и сделать вывод о качестве применяемых строительных материалов и утеплителей. Тепловизионный снимок кирпичного фасада для оценки потерь тепла
10 Применение ИК излучения Инфракрасное излучение применяется в медицине, т.к. оказывает болеутоляющее, антиспазматическое, противовоспалительное, циркуляторное, стимулирующее и отвлекающее действие.
11 Применение ИК излучения Термограммы используют в медицине для диагностики заболеваний. Так, инфракрасные снимки вен позволяют обнаруживать места закупорки сосудов, места локализации тромбов или злокачественных опухолей, даже если их температура превышает окружающую температуру на сотые доли градуса. Термограмма тела человека
12 Применение ИК излучения Для сушки лакокрасочных покрытий, овощей, фруктов Преимущества: Быстрый нагрев изделий и материалов до заданной температуры, Небольшая длительность ИК- сушки для ряда лакокрасочных материалов по сравнению с конвективным способом сушки; Возможность нагрева части изделия (зонный нагрев)
13 Применение ИК излучения Дистанционное управление телевизором или видеомагнитофоном осуществляется с помощью ИК излучения. В пультах дистанционного управления пучок инфракрасного излучения испускает светодиод.
14 Ультрафиолетовое (УФ) излучение
15 Частотный диапазон УФ излучения – Гц
16 История открытия Немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер в 1801году обнаружил, что хлорид серебра, разлагающийся под действием света, быстрее разлагается под действием невидимого излучения за пределами фиолетовой области спектра. Открытое излучение было названо ультрафиолетовым.
17 История открытия В том же году УФ излучение было обнаружено английским ученым У. Волластоном.
18 Источники УФ излучения Тела, нагретые до температуры выше о С. Звезды и туманности Ртутно –кварцевые лампы Электрическая дуга, применяемая для сварки металлических деталей.
19 Биологическое действие УФ излучения Разрушает сетчатку глаза, вызывает ожоги кожи и рак кожи. Способы защиты Крем от загара Стеклянные очки защищают глаза
20 Особенности УФ излучения До 90 % этого излучения поглощается озоном атмосферы. С каждым увеличением высоты на 1000 м уровень УФ возрастает на 12 %
21 Полезные свойства УФ излучения Попадая на кожу вызывает образование защитного пигмента – загара. Способствует образованию витаминов группы Д Вызывает гибель болезнетворных бактерий
22 Применение УФ излучения Использование невидимых УФ-красок для защиты банковских карт и денежных знаков от подделки. На карту наносят невидимые в обычном свете изображения, элементы дизайна или делают светящейся в УФ-лучах всю карту.
24 Частотный диапазон рентгеновского излучения – Гц
25 История открытия Данное излучение было открыто в 1895 году немецким физиком Вильгельмом Рентгеном. В 1901 за это открытие он первый среди физиков был удостоен Нобелевской премии.
26 Источники рентгеновского излучения Свободные электроны движущиеся с большим ускорением. Электроны внутренних оболочек атомов, изменяющие свои состояния. Рентгеновская трубка, ускорители заряженных частиц, радиоактивный распад ядер Звезды и галактики
27 Свойства рентгеновского излучения Большая проникающая способность Высокая химическая активность Является ионизирующим, вызывает лучевую болезнь, лучевой ожог и злокачественные опухоли. Вызывает у некоторых веществ свечение (флюоресценцию)
28 Применение рентгеновского излучения В медицине Диагностика флюорография рентгенография Рентгенотерапия
29 Рентгенография - исследование внутренней структуры объектов, которые проецируются при помощи рентгеновских лучей на специальную плёнку или бумагу.
30 Флюорография - исследование, заключающееся в фотографировании флюоресцентного экрана, на который спроецировано рентгенологическое изображение.
31 Применение рентгеновского излучения Дефектоскопия - выявление дефектов в изделиях (рельсах, сварочных швах и т. д.) с помощью рентгеновского излучения Рентгеноструктурный анализ – исследование внутренней структуры кристаллов и сложных молекул
32 Рентгеновская трубка С теплоотвод, Win впуск водяного охлаждения, Wout выпуск водяного охлаждения.
34 Частотный диапазон гамма - излучения Частота больше Гц
35 История открытия Это излучения открыто французским ученым Полем Вилларом в 1900 году при изучении излучения радия
36 Источники гамма- излучения Атомные ядра, изменяющие энергетическое состояние. Ускоренно движущиеся заряженные частицы Звезды, галактики Ядерные реакции, радиоактивный распад ядер
37 Свойства гамма- излучения Большая проникающая способность Высокая химическая активность Является ионизирующим, вызывает лучевую болезнь, лучевой ожог и злокачественные опухоли.
38 Применение гамма- излучения Дефектоскопия изделий просвечиванием γ-лучами. Радиационное изображение дефекта преобразуют в радиографический снимок, электрический сигнал или световое изображение на экране прибора
39 Применение гамма- излучения Радиотерапи́я лечение гамма - излучением в основном злокачественных опухолей
40 1.Смесь видимых электромагнитных волн называется……… Наименьшей частотой в видимом диапазоне обладает……. свет
41 2. Расположите волны в порядке убывания частоты 1.Рентгеновское излучение 2.Гамма-излучение 3.Радиоволны 4.Видимое излучение 5.Инфракрасное излучение
42 3.Какой вид излучения обладает наибольшей энергией? 1. Инфракрасное излучение 2. Радиоволны 3. Гамма-излучение 4. Ультрафиолетовое излучение
43 4. Видимым излучением является излучение с длинам волн в диапазоне нм- 1 мм нм -770 нм нм - 10 нм 4. Менее нм
44 5. Какие из излучений используются для дефектоскопии? А. Ультрафиолетовое излучение Б. Гамма-излучение В. Видимое излучение Г. Радиоволны Д. Рентгеновское излучение
45 6.Выберите волны с наименьшей частотой 1. Инфракрасное излучение Солнца 2. Ультрафиолетовое излучение Солнца 3. Гамма – излучение радиоактивного препарата 4. Излучение антенны радиопередатчика
46 7. Расположите в порядке возрастания длины волны 1. Инфракрасное излучение Солнца 2. Рентгеновское излучение 3. Излучение СВЧ-печей
47 Ответы 1. Белым светом, красный свет 2. 2,1,4,5,3 (Гамма-излучение, рентгеновское излучение, видимое излучение, инфракрасное, радиоволны (Гамма-излучение) 4. 2 (380 нм -770 нм) 5. Б,Д
48 Ответы 6. 4 Излучение антенны 7. 2,1,3, Рентгеновское излучение, Инфракрасное излучение Солнца, Излучение СВЧ-печей
Давайте начнем с небольшого предисловия. Наши глаза видят свет, который отражается от других объектов. Камеры дневного света, приборы ночного видения и человеческий глаз работают по одному и тому же основному принципу: свет попадает на объект, отражается от него, а затем детектор принимает его и превращает в изображение.
Будь то глазное яблоко или камера, эти "детекторы" должны получать достаточное количество света, иначе они не смогут сделать изображение и вы как следствие ничего не увидите. Очевидно, что ночью нет солнечного света, поэтому данные приборы ограничены светом звездного, лунного или искусственного света. Если света будет недостаточно, то вы ничего не увидите.
Тепловизионные камеры
Тепловизоры FLIR делают снимки исходящего от объекта тепла, а не видимого света. Тепло (также называемое инфракрасной или тепловой энергией) и свет являются частями электромагнитного спектра, но обычная камера, которая может обнаруживать видимый свет, не будет видеть тепловую энергию, и наоборот.
Тепловые камеры обнаруживают больше, чем просто тепло; они обнаруживают даже самые мельчайшие различия в температуре в 0,01 °C и отображают эти различия на снимке различными цветами. Для некоторых людей эта идея может оказаться сложновата, поэтому ниже мы постараемся объяснить ее более детально.
(летучие мыши снятые ночью на тепловизор FLIR)
Тепловая энергия поступает из комбинации источников, в зависимости от того, что вы просматриваете в данный момент. Некоторые вещи - например, теплокровные животные (включая людей!), двигатели и машины - создают свое собственное тепло, биологически или механически. Другие вещи - земля, камни, буи, растительность - поглощают тепло солнца в течение дня и излучают его ночью.
Поскольку разные материалы поглощают и излучают тепловую энергию с разной скоростью, область, которую мы считаем одной температурой, на самом деле представляет собой мозаику слегка разных температур. Вот почему бревно, которое было в воде несколько дней подряд, будет иметь температуру, отличную от воды, и, следовательно, будет видно тепловизору. Тепловизоры FLIR обнаруживают эти перепады температур и показывают их в виде изображения.
Хотя все это может показаться довольно сложным, реальность такова, что современные тепловизоры чрезвычайно просты в использовании. Их изображения ясны и просты для понимания, а для использования прибора не нужны специальные навыки. Если вы можете смотреть телевизор, то сможете использовать тепловизор FLIR :)
Приборы ночного видения
Те зеленоватые картинки, которые мы видим в фильмах и на телевидении, получены с помощью приборов ночного видения (ПНВ) или других устройств, использующих те же технологии. ПНВ поглощают небольшое количество видимого света, увеличивают его интенсивность и проецируют полученную картинку на дисплей или в окуляр.
(снимок сделанный с помощью ПНВ)
Камеры, которые находятся в ПНВ, имеют те же ограничения, что и невооруженный человеческий глаз: если не хватает видимого света, они не смогут дать хорошую картинку. Качество изображения зависит от количества и силы отражаемого света от окружающих объектов.
ПНВ и другие камеры для съемки, не очень полезны в сумеречные часы, когда света слишком много для эффективной работы ПНВ, но недостаточно, чтобы вы могли их увидеть невооруженным глазом. Тепловые камеры не подвержены влиянию видимого света, поэтому они могут дать вам четкие снимки, даже если вы смотрите на заходящее солнце. На самом деле, вы можете нацелить прожектор на тепловизор FLIR и при этом получить идеальное изображение.
Камеры с инфракрасной подсветкой
Данные камеры получают изображения с помощью собственного отраженного света, проецируя пучок света, который отражается от объекта и фиксируется камерой в виде изображения. Минус данных устройств в том, что такие камеры по-прежнему полагаются на отраженный свет для создания изображения, поэтому у них есть те же ограничения, что и у любой другой камеры ночного видения, которая зависит от энергии отраженного света и как следствие те же недостатки: короткая дистанция и плохая контрастность.
Контрастность
Все эти камеры видимого света - обычные камеры дневного света, ПНВ и камеры с инфракрасной подсветкой - работают по принципу обнаружения энергии отраженного света. Но количество отраженного света не единственный фактор, который определяет сможете ли вы что-то видеть с помощью этих камер. Не менее важным фактором является контрастность изображения.
Если вы смотрите на какой-то объект, который имеет более выраженный контраст по сравнению с другими объектами окружающей среды, то вы легко сможете запечатлеть этот объект с помощью обычной камеры видимого света. Если у данного объекта нет хорошего контраста, вы не увидите его хорошо, независимо от того, насколько ярко светит солнце. Белый объект, видимый на темном фоне, имеет хорошую контрастность. Тем не менее, более темный объект будет трудно увидеть на этих камерах на темном фоне. Это называется плохой контраст. Ночью, когда отсутствие видимого света естественным образом снижает контрастность изображения, производительность обычной камеры сильно уменьшается.
Тепловизоры не имеют ни одного из этих недостатков. Во-первых, они не имеют ничего общего с энергией отраженного света: они видят тепло. Все, что вы видите в обычной повседневной жизни, имеет тепловую характеристику. Вот почему у вас гораздо больше шансов увидеть что-то ночью с тепловизором, чем с камерой видимого света или даже с камерой ночного видения.
На самом деле, многие объекты, которые вы можете искать, например люди, генерируют свой собственный контраст, потому что они генерируют свое собственное тепло. Тепловизоры хорошо видят их, потому что они не просто делают тепловые снимки; они делают снимки из незначительных различий в тепле между объектами.
Устройства ночного видения имеют те же недостатки, что и обычные камеры дневного и слабого освещения: им нужно достаточно света и достаточной контрастности для создания хорошей картинки. Тепловизоры, с другой стороны, могут видеть и днем и ночью, создавая при этом свой собственный контраст. Из всего вышеизложенного можно сделать вывод, что тепловизионная камера - это без сомнения лучший вариант для как для дневной так и для ночной съемки.
Читайте также: