Охлаждение приемников излучения.

Метод охлаждения детектора тепловизора может влиять на его характеристики, особенно если он используется вне помещения.

Чтобы повысить обнаружительную способность тепловизора, необходимо "заглушить" собственное излучение детектора и примыкающих к нему элементов.

Это достигается охлаждением детектора до температур, при которых фоновый шум собственного излучения становится ничтожно малым.

В тепловизорах нашли применение три способа охлаждения:

- сжиженным газом (преимущественно азотом);

- криогенными машинами;

- за счет термоэлектрического эффекта.

Наиболее простым является охлаждение жидким азотом.

Детектор монтируется в тепловом контакте с содержащимся в сосуде Дьюара (криостате) сжиженным газом с температурой минус 196 °С.

Криостаты из стекла весьма хрупкие, поэтому были заменены на металлические (рис.П.1.0-18).

 

 

Рис.П.1.0-18. Криостаты:

а - стеклянный; б - металлический; 1 - приемник; 2 - тепловой контакт с жидким газом;

3 - стеклянные стенки (сосуд Дьюара); 4 - высокий вакуум; 5 - сжиженный газ;

6 - прозрачное для инфракрасного излучения окно; 7 - электроды

 

В металлических криостатах после длительного периода эксплуатации требуется их дополнительная вакуумировка.

В тепловизорах последних разработок получили применение микрохолодильники, работающие в замкнутом цикле Стирлинга и обеспечивающие получение температуры минус 196 °С.

Этот цикл основан на процессе регенерации при постоянном объеме, фазы сжатия и расширения - изотермические.

Два поршня двигателя работают в двух цилиндрах, соединенных регенератором (рис.П.1.0-19).

 

Рис.П.1.0-19. Цикл Стирлинга:

1 - регенератор; 2 - отвод тепла; 3 - подвод тепла

 

Цикл имеет четыре фазы:

- сжатие газа при постоянной температуре Т ₁ в камере А;

- переход газа при постоянном объеме в камеру В через регенератор (в котором газ отдает тепло и охлаждается до температуры Т ₂);

- расширение газа при температуре Т ₂ в камере В с поглощением тепла из окружающей среды;

- возврат газа в камеру А.

Вытесняемый поршнем камеры В при прохождении через регенератор газ отбирает тепло.

Поглощение тепла от детектора происходит благодаря тепловому контакту с металлическим стержнем, находящимся в криостате.

Преимуществом цикла Стирлинга являются малое потребление мощности и небольшие габариты.

Недостатком - наличие трущихся частей, что ограничивает срок службы.

Термоэлектрическое охлаждение основано на эффекте Пельтье и состоит в поглощении или выделении тепла на спае двух различных металлов или полупроводников, когда по ним протекает электрический ток (рис.П.1.0-20).

 

 

Рис.П.1.0-20. Термоэлектрический эффект Пельтье

 

Термоэлектрические охладители (ТЭО) являются скорее дельта-охладителями, чем абсолютными.

Это означает, что разностный охлаждающий эффект ТЭО составляет 100 °С, поэтому если окружающая температура 25 °С, то температура детектора составит минус 75 °С. ТЭО нашли некоторое применение в тепловизорах со спектральным диапазоном 2-5 мкм.

Функция записи.

Обычно при проведении инфракрасного обследования требуется для анализа состояния контролируемого объекта представить его термограмму с фиксацией температур в интересующих оператора точках.