6.4. Пирометры спектрального отношения

Пирометры спектрального отношения измеряют температуру тел по отношению спектральных энергетических яркостей для двух длин волн.

Предположим, что для некоторой температуры тела Т отношение спектральных энергетических яркостей при длинах волн λ₁ и λ₂ будет . Поскольку пирометр градуировался по излучению черного тела, то он покажет температуру абсолютно черного тела Т_Ц , при которой отношение спектральных энергетических яркостей реального тела будут равны:

Цветовой температурой Т_Ц называется условная температура реального тела численно равная такой температуре абсолютно черного тела, при которой отношение спектральных энергетических яркостей абсолютно черного тела при длинах волн λ₁ и λ₂ равно отношению спектральных яркостей при тех же длинах волн реального тела с температурой Т.

Полученное соотношение можно записать в виде

Используя формулу Вина, получим соотношение между действительной и цветовой температурой

Из полученного уравнения следует, что при равенстве спектральных коэффициентов излучения цветовая температура будет равна действительной. Поскольку большинство реальных тел имеют в определенном диапазоне длин волн неселективный характер излучения ( мало зависит от длины волны), то в этом случае цветовая температура будет незначительно отличаться от действительной.

Принципиальная схема пирометра спектрального отношения показана на рис. 26.

Рис. 26. Принципиальная схема пирометра спектрального отношения

Поток от источника излучения после объектива 1 раздваивается призмой 2. Отраженный от зеркала 3 луч проходит через светофильтр 4 и затем подается на фотодиод 5. Сигнал от светодиода усиливается промежуточным усилителем 6 и поступает на вход устройства преобразования УП. В устройстве преобразования производится вычисление отношения сигналов обоих каналов.

6.5 Тепловизоры

Тепловидение – это направление в технических измерениях, изу-

чающее физические основы, методы и приборы, обеспечивающие возмож-

ность наблюдения слабонагретых объектов. Приборы, работающие в этом

направлении называются тепловизорами (термографами). Тепловизоры от-

носятся к оптико-электронным приборам пассивного типа, работающие в

инфракрасном диапазоне спектра излучения.

Принцип их действия основан на преобразовании инфракрасного излучения в электрический сигнал, который подвергается усилению и автоматической обработке, а затем преобразуется в видимое изображение теплового поля объекта (термограмму) для его визуальной и количественной

оценки.

Общий принцип устройства тепловизора представлен на рис.27.

Рис. 27. Принципиальная схема тепловизора

Инфракрасное излучение концентрируется системой специальных

линз 1 и попадает на фотоприемник 2, который избирательно чувствителен

к определенной длине волны инфракрасного спектра. Попадающее на него

излучение приводит к изменению электрических свойств фотоприемника,

регистрируется и усиливается электронным усилителем 3. Полученный

сигнал подвергается цифровой обработке в микропроцессорном блоке 4 и

это значение передается на блок отображения информации 5, представляющий собой экран жидкокристаллического дисплея. 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, в результате получается видимая картина инфракрасного излучения объекта. Чувствительность детектора к тепловому излучению тем выше, чем ниже его собственная температура, поэтому его помещают в специальное термостатирующее холодильное устройство. Один из способов охлаждения осуществляется посредством элементов Пельтье (полупроводники, дающие перепад температур (тепловой насос) при пропускании через них тока).

Таким образом, на экране тепловизора видны значения мощности

инфракрасного излучения в каждой точке поля зрения тепловизора, отображенные согласно заданной цветовой палитре (черно-белой или цветной).

Высокая чувствительность тепловизоров реализуется благодаря на-

личию высокочувствительных полупроводниковых приемников излучения

из антимонида индия InSb, ртуть-кадмий-теллура Hg-Cd-Te и др.