11. СТРУКТУРНЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ТЕПЛОВИЗОРОВ С ЭЛЕКТРОННЫМ СКАНИРОВАНИЕМ
Рис. 3.16. Структурная схема тепловизора с электронным сканированием: 1 —оптическая система; 2 — блок передающей телевизионной трубки; 3 — блок кадровой и строчной разверток передающей трубки; 4 — предварительный усилитель видеосигнала; 5 — видеотракт; 6 — генератор гасящих и синхронизирующих импульсов; 7— блок приемной телевизионной трубки; 8 — блок кадровой и строчной разверток приемной трубки; 9 — блок синхронизации
Тепловизоры с видиконом.
В передающей камере тепловизора с электронным сканированием изображение наблюдаемого объекта проецируется с помощью оптической системы на мишень телевизионной передающей трубки типа видикон, чувствительной к коротковолновому инфракрасному излучению, которая преобразует электронное изображение в видеосигнал (рис. 3.16). Для развертки изображения на отклоняющую систему трубки подаются напряжения пилообразной формы строчной и кадровой частот, вырабатываемые блоком развертки. Согласование во времени движения электронного луча по экрану приемной трубки с движением луча по мишени передающей трубки осуществляется с помощью синхронизирующих импульсов, подаваемых вовремя обратного хода луча. При этом системы развертки передающей и приемной трубок должны работать синхронно и синфазно.
Синхронизирующие импульсы формируются на передающей части телевизионной системы и замешиваются в видеосигнал. Видеосигнал, состоящий из сигнала изображения, гасящих и синхронизирующих импульсов, называется полным телевизионным сигналом. Он поступает на приемную телевизионную трубку, изменяя яркость свечения экрана. Для получения изображения
электронный луч приемной трубки перемещается по плоскости экрана под воздействием напряжений пилообразной формы строчной и кадровой частот, вырабатываемых блоком разверток. Одновременно с подачей на приемную трубку телевизионный сигнал поступает на блок синхронизации, где синхронизирующие импульсы выделяются из него, разделяются на строчные и кадровые и поступают на соответствующие генераторы блока разверток приемной трубки.
Тепловизор с электронным сканированием содержит следующие основные блоки;
оптическую систему, представляющую собой объектив, изготовленный из оптического материала, который пропускает инфракрасное излучение в спектральном диапазоне чувствительности видикона;
блок передающей телевизионной трубки, состоящий из самой передающей трубки, чувствительной к инфракрасному излучению, а также из фокусирующей и отклоняющей системы (ФОС). Последняя состоит из двух пар катушек для отклонения электронного луча по горизонтали и вертикали. Поверх этих катушек помещается фокусирующая катушка.
Рис. 3.17. Структурная схема тепловизора АТП-103:
1 — излучение испытуемого объекта; 2 — излучение эталона; 3 — объектив, 4 — ФОС; б — электронно-лучевая трубка; 6 — усилитель; 7 — индикатор; 8 — формирователь строба; 9 — формирователь теплопортрета; 10 — привязка к уровню; 11 — устройство сравнения; 12 —- сумматор: 13 — формирователь изотерм; 14 — ВКУ
Иногда для повышения качества изображения в ФОС вводят корректирующие катушки, исправляющие траекторию луча на краях растра. Габариты ФОС отечественного производства: диаметр 60 мм, длина 115...142 мм;
блок кадровой и строчкой развертки, вырабатывающий периодически изменяющиеся напряжения, подаваемые в ФОС для отклонения электронного луча передающей трубки в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Генератор строчной развертки генерирует пилообразные напряжения с частотой 15625 Гц (при стандарте разложения 625 строк и 25 кадров/с), а генератор кадровой развертки — пилообразные напряжения с частотой 50 Гц;
предварительный усилитель видеосигналов;
видеотракт, состоящий из видеоусилителя и ряда каскадов, необходимых для замешивания в видеосигнал различных служебных сигналов. На выходе видеотракта получается полный телевизионный сигнал положительной полярности с размахом порядка 1 В. на нагрузке 75 Ом и отношением сигнал/шум, равным 30 в полосе частот от 50 Гц до 7,5 МГц.
синхрогенератор, вырабатывающий кадровые синхронизирующие импульсы, кадровые и строчные гасящие импульсы приемной и передающей трубок;
блок синхронизации, выделяющий из полного телевизионного сигнала синхронизирующие импульсы, которые поступают на блок развертки приемной телевизионной трубки;
блок приемной телевизионной трубки, состоящий из самой приемной трубки (кинескопа) и ФОС;
блок кадровой и строчной разверток, вырабатывающий периодически изменяющиеся напряжения, подаваемые в ФОС для отклонения электронного луча в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
К тепловизорам с электронным сканированием относится прибор АТП- 103 (рис. 3.17), предназначенный для анализа тепловых полей и разработанный в Московском институте радиотехники, электроники и автоматики 142]. АТП-103 позволяет исследовать в реальном масштабе времени стационарные тепловые поля сравнением теплового излучения эталонного и исследуемого объектов в диапазоне температур 250—1200 °С с погрешностью ± 1 %.
Качественный анализ исследуемого объекта проводят по черно-белому полутоновому изображению теплового поля на экране видеоконтрольного устройства (ВКУ) с пропорциональной зависимостью яркости от температуры. Количественные измерения проводятся сравнением мощности излучения от объекта и эталонного излучателя, либо методом изотерм, который позволяет выявить на экране ВКУ области, температура которых превышает установленный уровень. Координатная привязка изотерм производится наложением их на изображение теплового поля. Кроме того, прибор позволяет измерять температуру по выделенной строке, для чего профилограмму выводят на экран осциллографа.
Рис. 3.18. Схема тепловизора с термиконом:
1 — объект наблюдения; 2 — зеркальный объектив; 3 — контрзеркало; 4 — плоское зеркало; 5 — термикон; 6 — предусилитель; 7 — усилитель; 8 — приемная телевизионная трубка; 9— генераторы развертки; 10 — телевизионная трубка, создающая бегущий световой луч; 11 — фильтр, поглощающий тепловое излучение; 12— объектив
Излучение от исследуемого объекта поступает через объектив и фильтр на мишень видикона, чувствительного в инфракрасной области спектра. Полученный на мишени потенциальный рельеф считывается электронным пучком, отклонение которого по строкам и кадру выполняется ФОС. Выходной сигнал видикона после усиления поступает в блок обработки сигнала (БОС), где формируется стробирующий импульс по строкам и кадру. Он определяет геометрические размеры зоны, в которой измеряется температура методом замещения. В БОС амплитуда сигнала видикона, пропорционального температуре в контролируемой зоне объекта, сравнивается с амплитудой сигнала, получаемого от эталонного излучателя. Изотермы формируются на компараторе; на его вход поступают сигналы от эталонного источника напряжения и выходной видеосигнал, привязанный к заданному уровню. Сигналы, формирующие теплопортрет, изотермы и стробирующие импульсы, суммируются и поступают на ВКУ, на экране которого воспроизводится изображение исследуемого объекта. Технические характеристики тепловизора: температурное разрешение 5 °С (при температуре объекта 310 °С); поле зрения 4 X 6°; геометрическое разрешение не хуже 5 мрад; число кадров в секунду 25; число строк в кадре 625.
Тепловизор АТП-103 конструктивно выполнен в виде четырех блоков: приемной камеры, БОС, ВКУ и пульта управления. Связь между ними осуществляется кабелями со штепсельными разъемами.
