Новости

    24 октября 2023
    619
    Категория:

    Тепловизионные технологии сквозь призму двух столетий

    Первый шаг в создании детекторов ИК-излучения произошел в 1829 году – через 29 лет после практического подтверждения наличия инфракрасного излучения английским учёным Вильямом Гершелем. Итальянский физик-экспериментатор Леопольдо Нобили, используя Эффект Зеебека (появление электрического тока в цепи, состоящей из двух разнородных металлов с переходами при разных температурах), работая со своим соотечественником Меллони Нобили, нашел способ обнаружить эту излучаемую энергию, последовательно соединив термопары в термобатарею. В его приборе радиационный термоэлемент или термостолбик объединялся в систему со стандартным, отработанным, хорошо зарекомендовавшим себя на практике, электроизмерительным прибором. Со временем они совместно разработали значительно улучшенный инструмент. Впоследствии Меллони работал один и в 1833 году разработал прибор (многоэлементную термобатарею), который мог обнаруживать человека на расстоянии 10 метров.

    Следующим значительным шагом в усовершенствовании детекторов стал болометр, изобретенный в 1880 году американским физиком и астроном Сэмюэлем Пирпонтом Лэнгли. Лэнгли и его помощник Чарльз Грили Эббот продолжали совершенствовать этот инструмент. К 1901 году он был способен обнаруживать излучение коровы с расстояния 400 метров и был чувствителен к перепадам температуры в сто тысячных градуса Цельсия. Конструктивно  болометр состоит из корпуса, держателя линзы, самой линзы, основания, изолятора и цоколя. 

    Одним из первых примеров применения ИК-технологии в гражданской отрасли является устройство для обнаружения айсбергов и пароходов с использованием зеркала и термобатареи, запатентованное в 1913 году.  Пришедший ему на смену детектор, в котором не использовались термобатареи, был запатентован в 1914 году Р. Д. Паркером.

    В 1927 году советские конструкторы начали разрабатывать первый тепловизор для обнаружения военно-морской техники. В 1929 году венгерский физик Калман Тиханьи изобрел в Великобритании чувствительную к инфракрасному излучению электронную инфракрасную камеру для противовоздушной обороны.  В то время такие устройства называли теплопеленгаторами.

    Важным этапом промышленного развития метода ИК-термографии послужило его применение для анализа однородности нагрева горячекатаных стальных полос (Д. Никольс, 1935).

    Первый электронно-оптический преобразователь был разработан Холстом с соавторами в исследовательском центре фирмы “Филипс” (Голландия) в 1934 году. Он остался известен как “стакан Холста”. Этот прибор представлял собой два вложенных друг в друга стакана, на плоское дно которых наносился фотокатод и люминофор. Приложенное к этим слоям высокое напряжение создавало электростатическое поле, обеспечивающее прямой перенос электронного изображения с фотокатода на экран с люминофором. При использовании «стакана Холста» довольно трудно было добиться высокого качества изображения без использования фокусировки электронов, которая в современных ЭОП реализована с помощью электронных линз. Другой проблемой данной системы был довольно высокий уровень собственных шумов фотокатода, что заставляло его охлаждать до −40 °C. Тем не менее, «стакан Холста» послужил основой для создания целого ряда приборов ночного видения, которые широко использовались на фронтах Второй мировой войны.

    Особых успехов области конструирования тепловизионных приборов добилась немецкая компания Allgemeine Electricitats-Gesellschaft, которая в 1936 году получила от Управления вооружений вермахта Германии заказ на изготовление активного прибора ночного видения и уже в 1940 году представила опытный образец, который устанавливался на противотанковую пушку. После внесения изменений в сентябре 1943 AEG разработала приборы ночного видения для танков PzKpfw Vausf. A «Пантера».

    Отечественные разработки ПНВ на основе ИК-излучения проводились параллельно с Германией. В 1937 году, в условиях полигона НИИ Бронетехники был испытан прототип прибора ночного видения и инфракрасного прожектора подсвета для танка БТ-7. В 1939 году было представлено сразу два комплекса аппаратуры для ночного вождения. Это были системы «Шип» и «Дудка».

     

    Эти приборы, как и их германские аналоги,  работали в ближнем ИК-спектре в паре с ИК-прожектором, освещающим панораму обзора. Размеры прожектора для танков достигали 15-20 сантиметров. Комплект состоял из перископических инфракрасных очков для механика-водителя и командира, двух инфракрасных прожекторов мощностью по 1кВт и диаметром 14 см, блок-пульта, инфракрасного сигнального фонаря и толстого кабеля, соединяющего очки и прожектор. Дальность видения была небольшой и составляла 50 метров. Такие ограничения позволяли использовать прибор только для управления танком в темноте.

    В 1947 году американская компания Texas Instruments по заказу вооруженных сил США разработала инфракрасный линейный сканер, работающий по принципу термографической камеры. На создание одного изображения уходил один час.

    Первый британский прибор инфракрасного сканирования был разработан компанией Yellow Duckling в середине 1950-х годов. В этих устройствах использовались непрерывно вращающееся зеркало и детектор со сканированием оси Y движением контролируемого объекта. Несмотря на неудачу в предполагаемом применении слежения за подводными лодками, он был применен для наземного наблюдения и стал основой военного инфракрасного сканирования.

    В первое время в качестве детекторов ИК-излучения использовались пировидиконы. Существовали также другие типы сканирующих электронно-вакуумных трубок, чувствительных к тепловому спектру инфракрасного излучения, например термикон и фильтерскан. Область спектральной чувствительности прибора определяется спектром пропускания входного окна, выполненного, как правило, из просветлённого монокристаллического германия, прозрачного для ИК-излучения.

    Начиная с 60-х годов ХХ века, во многом благодаря появлению на рынке коммерческих тепловизоров шведской фирмы AGA (затем AGEMA Infrared Systems, в настоящее время американская фирма Teledyne FLIR Systems), тепловидение стало широко использоваться при испытаниях электротехнических установок и радио­электронных компонентов. Одна из первых процедур активного ТК-контроля была реализована в 1965 г. У. Беллером, который предложил испытывать корпуса двигателей ракеты "Поларис" путем перемещения их из холодного помещения в теплое. В те же годы Д. Грин выполнил исследование по активному ТК тепловыделяющих элементов ядерных реакторов, в котором успешно решил проблему учета коэффициента излучения. В целом, 60-е годы ХХ века стали периодом расширяющегося применения ИК-техники в промышленности, прежде всего, при анализе стационарных тепловых полей. Тем не менее тепловизионные камеры в те годы были крайне непроизводительны и позволяли наблюдать за происходящими в объекте температурными изменениями с очень низкой скоростью.

    В 1969 году компанией English Electric Valve Company (Великобритания) была запатентована ИК-камера, сканирующая кадр с помощью пироэлектроники. Эта технология достигла высокого уровня производительности после нескольких других достижений в 1970-х годах. Следующим этапом стала идея применения твердотельных тепловизионных массивов, которая в конечном итоге привела к созданию современных гибридных монокристаллических устройств формирования изображений.

    К концу 1970-х годов применение ИК-техники оставались скорее качественными, что не позволяло ТК успешно конкурировать с другими методами неразрушающего контроля (НК). Новый уровень использования теплового метода стал возможным в результате применения алгоритмов теории теплопередачи в прикладной ИК технологии, что создало условия для практического применения ИК-термографии в НК и широкой разработки методик ТК.

    С развитием полупроводниковой техники и появлением фотодиодных ячеек ПЗС, позволяющих хранить принятый световой сигнал, стало возможным создание портативных устройств с высокой скоростью обработки информации, которые позволяют вести контроль за изменением температур в режиме реального времени.

    В 80-х и 90-х годах тепловизоры стали широко использоватья в научных, медицинских и промышленных целях, в том числе для коммерческого применения. Они имели габаритный корпус, охлаждаемую матрицу (например, с помощью жидкого азота) и комплект блоков питания, что создавало сложности в их использовании, особенно при перемещении на дальние расстояния.

    В настоящее время ИК-диагностику рассматривают как сложившийся практический метод, экономическая эффективность которого не подлежит сомнению. Этому способствует доступность большого ассортимента ИК-камер, уменьшение габаритов и веса устройств совместно с увеличением их функционала и производительности, а так же с получением возможности компьютерной обработки ИК-изображений. ИК-диагностика позволяет выявить дефекты и повреждения оборудования на ранних стадиях и избежать затрат на проведение дорогостоящего ремонта.

    Подробнее узнать об услуге тепловизионного контроля оборудования вы сможете у наших специалистов по телефону +7 (343) 318-01-52. 

     
    3 мая 2024
    2 апреля 2024
    3 марта 2024
    22 февраля 2024
    29 декабря 2023
    22 декабря 2023
    11 декабря 2023
    16 ноября 2023
    30 октября 2023
    24 октября 2023

    Код вконце index.php