Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

Кафедра оптико-электронных приборов и систем

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Введение в специальность»

«Приборы инфракрасной техники»

Выполнил

студент гр. № 1310

Шульженко В.Н.

Ассистент каф. ОЭПиС

Алёхин А.А.

Санкт-Петербург - 2014

Оглавление

Введение

Глава 1. Инфракрасное излучение и его свойства

Глава 2. Приборы инфракрасной техники

2.1 Приборы ночного видения

2.2 Тепловизоры

2.3 Инфракрасные обогреватели

2.4 Инфракрасное излучение в медицине

2.5 Инфракрасное излучение в пищевой промышленности

2.6 Проверка денег на подлинность

2.7 Передача данных с помощью инфракрасного канала

2.8 Инфракрасная астрономия

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Мой реферат освящает тему приборов инфракрасной техники, а также их историю и использование в настоящее время. Цель данной работы состоит в раскрытии понятия ИК излучения, показать области применения приборов использующих ИК излучение и привести примеры таких приборов. Сейчас некоторые из этих приборов уже прочно закрепились в нашей жизни и уже сложно представить без них нашу повседневную жизнь, но все же подавляющее большинство приборов использующих ИК излучение сейчас используются исключительно специалистами в своих определенных областях.

Глава 1. Инфракрасное излучение и его свойства

Открытие ИК излучения принадлежит английскому астроному Уильяму Гершелю. В начале 1800 г. он, провел серию опытов, помещая чувствительный термометр в каждую цветную полосу солнечного спектра, и обнаружил, что показания термометра увеличиваются по мере продвижения от фиолетовой полосы к красной. Гершель стал измерять температуру за пределами спектра и обнаружил существование невидимых лучей, обладающих наибольшей нагревательной силой. О своём открытии он сообщил 27 марта 1800 года на заседании Лондонского Королевского общества. Однако, научное сообщество того времени не восприняло его открытие и вплоть до 1830 года существование ИК излучения не признавалось.

ИК излучение занимает участок электромагнитных волн с длинами от 0,74 мкм. (красный видимый свет) до 100 мкм. (коротковолновое излучение радиодиапазона). Весь диапазон ИК излучения делят на три составляющих (Международная организация по стандартизации):

· Коротковолновое (0,78 - 3 мкм)

· Средневолновое (3 - 50 мкм)

· Длинноволновое (50 - 1000 мкм)

Все тела, твердые и жидкие, нагретые до определенной температуры являются источником ИК излучения.

ИК излучение также называют “тепловым” излучением, так как излучение от нагретых предметов воспринимается человеком как ощущение тепла. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения.

Оптические свойства веществ такие как прозрачность, коэффициент отражения или коэффициент преломления в ИК диапозоне намного отличаются от тех же свойств в общепринятом для нас видимом диапозоне спектра. К примеру, слой воды толщиной в несколько сантиметров непроходим для ИК излучения с длиной волны более 1 мкм. А пластины кремния и германия, непрозрачные в видимой области, прозрачны в ИК. Дождь, снег или туман прозрачны для ИК спектра, что позволяет использовать приборы ИК техники в любых погодных условиях. Однако пары воды, углекислый газ, озон и другие примеси, имеющиеся в воздухе, селективно поглощают ИК излучение: пары воды - практически во всей ИК области спектра, углекислый газ - в средней ИК области. Присутствие в воздухе взвешенных частиц, таких как дым или пыль, также приводит к ослаблению ИК излучения вследствие его рассеяния на этих частицах. Вещества, прозрачные для ИК излучения и непрозрачные в видимом спектре, используются в качестве светофильтров для выделения ИК излучения. Отражающая способность большинства металлов для ИК излучения намного больше, в сравнении с видимым светом, и возрастает по мере увеличения длины волны. Например: коэффициент отражения алюминия, золота, серебра и меди, когда длина волны около 10 мкм, может достигать 98%.

Глава 2. Приборы инфракрасной техники

2.1 Приборы ночного видения

Приборы ночного видения (ПНВ) предназначены для наблюдения и прицеливания в темное время суток - в сумерки и ночью. ПНВ появились в конце второй мировой войны и с тех пор прошли сложный путь развития. Они нашли широкое применение как в военной, так и в гражданской технике. Их развитие можно разбить на ряд этапов, с которыми связано появление определенных поколений ПНВ. Каждое последующее поколение отличалось от предыдущего большей дальностью видения, лучшим качеством изображения, снижением массы и габаритов, увеличением времени работы, повышением стойкости к воздействию световых помех и целым рядом других преимуществ. К настоящему времени известны три поколения ПНВ.

Главным признаком, по которому различаются поколения ПНВ, является их основной элемент - электронно-оптический преобразователь, предназначенный для преобразования невидимого для человеческого глаза изображения в видимое и усиления его по яркости.

Существует несколько подходов к построению ПНВ:

· Усиление очень слабого видимого света. Идея реализуется в электронно-оптическом преобразователе и, в некоторой степени, в современных видеокамерах для систем охраны с т.н. ночным режимом.

· Наблюдение в ближнем инфракрасном диапазоне. Как правило, это бесплатный бонус для электронно-оптического преобразователя и охранных видеокамер. Однако в ближнем ИК нет естественных источников кроме солнца, поэтому в полной темноте такие ПНВ ничего не увидят без подсветки. Для таких ПНВ существуют специальные источники подсветки (инфракрасные прожекторы, например, на базе инфракрасных светодиодов), невидимые невооруженным глазом.

· Наблюдение в среднем (тепловом) инфракрасном диапозоне. В этом диапазоне излучают тела, нагретые до температур нашего мира: от -50 градусов Цельсия и выше. Такие ПНВ называются тепловизорами. Они показывают картинку разницы температур, и не требуют никакой подсветки.

· Возможно наблюдение в ультрафиолетовом спектре. Однако отсутствие естественных источников ультрафиолета (кроме солнца) и практическое отсутствие невидимых невооруженным глазом искусственных источников ультрафиолетовой подсветки сдерживает распространение ультрафиолетовых ПНВ.

Основная область применения приборов ночного видения это военное дело. В данной области используются такие виды ПНВ как:

1. Очки ночного видения, с интегрированным оптическим и цифровым оборудованием, позволяющим работать в условиях недостаточной освещенности

Прицелы для оружия, как правило увеличивают изображение и имеют прицельную сетку.

2. Лазерный целеуказатель (ЛЦУ) - устройство, генерирующее лазерное излучение в видимом или инфракрасном диапазоне спектра. Используется для ускорения и облегчения прицеливания на коротких и средних дистанциях стрельбы.

3. Оптические и оптико-электронные прицелы и прицельные комплексы, устанавливаемые на стрелковое оружие (FN, OICV) и военную технику (танки, вертолеты и т.д.)

2.2 Тепловизоры

Тепловизоры -- это приборы, способные видеть ИК или тепловое излучение. Те объекты, которые излучают тепло, имеют на дисплее приборов желто-оранжево-красные цвета, а все холодные объекты почти неразличимы.

Тепловизоры применяют во всех отраслях промышленности, где необходимо обеспечить качественный контроль за технологическими процессами производства. Они позволяют оперативно и своевременно отслеживать тепловые изменения, происходящие в отдельно взятых частях машин или механизме в целом.

Тепловизоры используются в таких областях, как:

1. Строительство. С помощью тепловизора можно определить области наибольших теплопотерь в строящемся доме и сделать вывод о качестве применяемых строительных материалов и утеплителей.

2. Военное дело. Используется для обнаружения военной техники и живой силы противника на расстоянии до 20 км в полной темноте, а также для контроля границ.

3. Медицина. Медицинское тепловидение или термография одна из самых безопасных методик для выявления заболеваний на ранней стадии. Диагностика множества недугов, основанная на тепловом излучении, может быть весьма эффективной.

4. Металлургия и машиностроение. При контроле температуры сложных процессов, характеризующихся неравномерным нагревом, нестационарностью и неоднородностью коэффициента теплового излучения

2.3 Инфракрасные обогреватели

Инфракрасные обогреватели - тепловые приборы, передающие вырабатываемое ими тепло окружающим предметам посредством ИК излучения. Диапазон длин волн такого излучения близок к солнечному и не опасен для здоровья человека. инфракрасный излучение ночной тепловизор

Тепловое излучение от инфракрасного обогревателя не поглощается воздухом, а лишь немного ослабляется в результате рассеивания. Поэтому вся энергия от прибора почти без потерь достигает предметов и людей в зоне его действия. Такой обогреватель, в отличие от других приборов, греет именно предметы, а не воздух. И только после нагрева твердых поверхностей (стены, мебель, пол и даже кожа человека), тепло от них передается окружающему воздуху.

В традиционно используемых системах отопления обычно температура воздуха в районе потолка заметно выше, чем внизу, так как по законам физики более теплый воздух всегда поднимается вверх, а это ведет к неравномерности распределения температуры и потерям тепла. При использовании инфракрасного отопления можно избежать нерационального распределения температуры и снизить тепловые затраты и потери (по подсчетам специалистов, происходит до 40% энергосбережения).

Благодаря зональному или точечному обогреву, который возможен при инфракрасном отоплении, в разных частях помещения могут поддерживаться режимы с разной температурой и прогревать только необходимые участки в помещении. Например, в большом цехе прогревать рабочие места, а на складе - пути по которым ходят, а не места складирования груза и т.п.

2.4 Инфракрасное излучение в медицине

Впервые биологическое действие инфракрасного излучения было обнаружено по отношению к культурам клеток, растениям, животным. В большинстве случаев, подавлялось развитие микрофлоры. У людей и животных ускорялись процессы обмена, как следствие активизации кровотока. Было доказано, что инфракрасное излучение оказывает одновременно болеутоляющее, антиспазматическое, противовоспалительное, циркуляторное, стимулирующее и отвлекающее действие.

Исследователи отметили, что инфракрасное излучение улучшает циркуляцию крови, а вызванная инфракрасными лучами гиперемия оказывает болеутоляющее действие. Также замечено, что хирургическое вмешательство, проведенное при инфракрасном излучении, обладает некоторыми преимуществами - легче переносятся послеоперационные боли, быстрее происходит регенерация клеток. К тому же инфракрасные лучи позволяют избежать внутреннего охлаждения в случае открытой брюшной полости. При этом понижается вероятность операционного шока и его последствий.

Применение инфракрасного излучения у обожженных больных, создает условия для удаления некроза и проведения ранней аутопластики, снижает сроки лихорадки, выраженность анемии и гипопротеинемии, частоту осложнений, предупреждает развитие внутрибольничной инфекции.

Инфракрасное излучение также позволяет ослабить действие ядохимикатов, гамма-излучения, способствуя повышению неспецифического иммунитета.

2.5 Инфракрасное излучение в пищевой промышленности

Инфракрасная сушка продуктов делает их устойчивыми к развитию микрофлоры. Не требуется специальных условий хранения. Достаточно лишь обеспечить низкую влажность в помещении и продукты будут хорошо сохраняться в течение года. За это время уровень содержания в них витаминов снизится не более чем на 5-15%. Повысить срок хранения продуктов можно с помощью герметичной упаковки. Так время хранения может быть увеличено до 2 лет. После обработки продукты теряют в объёме до 75%, а в массе до 85%. Но после замачивания восстановленный продукт будет полностью готов к употреблению или любой кулинарной обработке.

Используемое для инфракрасной сушки оборудование заслуживает отдельного внимания. Дело в том, что технологический процесс позволяет использовать всю подводимую к зоне сушки энергию почти на 100%.

Данный метод сушки сохраняет в продукте до 90% витаминов и других полезных веществ. Для того чтобы обработанный продукт восстановил все свои прежние качества его нужно лишь на 10-20 минут замочить. При этом органолептические, физические и химические показатели будут почти полностью соответствовать исходному продукту. После восстановления продукт можно употреблять как в сыром виде, так и обработанным каким-либо образом. Таким образом, при сушке овощей, фруктов, рыбы, мяса, крупы, а также любых других продуктов, появляется возможность создания пищевых концентратов для блюд быстрого приготовления.

2.6 Проверка денег на подлинность

Для защиты банкнот разных стран, в том числе и России, отдельные фрагменты изображений банкнот печатаются ИК-метамерными красками, обладающими одинаковыми спектральными свойствами в видимом диапазоне спектра и различными в инфракрасном. Одна краска поглощает ИК излучение, другая - отражает. Чтобы выявить ИК защиту, используют специальное банковское оборудование - инфракрасный детектор. При этом во время исследования купюры в ИК диапазоне на экране прибора заметна только та часть изображения, которая отражает ИК лучи.

Нанесение метамерной краски - достаточно сложная и дорогостоящая процедура. Сложной является и операция совмещения части рисунка, нанесенного обычной краской, с рисунком, выполненным краской с метамерными свойствами. Поэтому использование ИК-метамерных красок - наиболее надежный метод защиты банкнот от подделки.

2.7 Передача данных с помощью инфракрасного канала

Инфракрасный канал связи не требует соединительных проводов, потому что использует для связи инфракрасное излучение (подобно пульту дистанционного управления домашнего телевизора). Главное его преимущество по сравнению с радиоканалом - нечувствительность к электромагнитным препятствиям, что позволяет применять его, например, в производственных условиях.

К недостаткам инфракрасного канала относятся высокая стоимость приемников и передатчиков, где требуется преобразование электрического сигнала в инфракрасный и обратно, а также низкие скорости передачи (примерно 5-10 Мбит/с, но при использовании инфракрасных лазеров может быть достигнута скорость больше 100 Мбит/с). Секретность переданной информации, как и в случае радиоканала, не достигается, также нужные сравнительно дорогие приемники и передатчики. Все это приводит до того, что применяют инфракрасные каналы в локальных сетях достаточно редко. В основном они используются для связи компьютеров с периферией (интерфейс IrDA).

В данное время ИК канал практически вытеснен более современными способами связи, такими как WiFi и Bluetooth. Основными причинами отказа были:

1. Усложнение сборки корпусов устройств, в которых монтировалось ИК-прозрачное окно.

2. Ограниченная дальность действия и требования прямой видимости пары приемник-передатчик.

3. Относительно низкая скорость передачи данных первых реализаций стандарта. В последующих ревизиях стандарта этот недостаток исправили: скоростные возможности немного превышают, например, возможности самой распространенной, на сегодняшний момент, версии протокола Bluetooth. Однако широкого распространения скоростные варианты ИК канала получить уже не успели.

2.8 Инфракрасная астрономия

Применение инфракрасного излучения в астрономии началось с того, что с его помощью провели точные измерения температуры поверхности и атмосферы планет Солнечной системы. Выяснилось, что температура поверхности Меркурия около 500С, не намного прохладнее и на Венере - от 300 до 400С. На крупных планетах царит жестокий холод: на Юпитере - минус 140С, на Сатурне - минус 160С. Иное положение на Марсе, там температура колеблется от плюс 20С летним днем до минус 125С зимней ночью.

Инфракрасные наблюдения планет-гигантов показали, какова структура их атмосфер, обнаружили лед на лунах. Помогли открыть их собственное излучение, а не от нагрева солнечными лучами, то есть собственное тепло планет от внутренних источников энергии.

Самым сенсационным открытием инфракрасной астрономии стала вода, совсем недавно обнаруженная в космосе в больших количествах. Она присутствует в газопылевых туманностях, в звездах (распавшись на атомы - кислорода и водорода), в умирающих звездах (в них атомы кислорода и водорода вновь соединяются), в глыбах кометного льда и, наконец, на многих планетах и их спутниках

Заключение

Задачи поставленные в реферате выполнены. Сформулировано определение ИК излучения, а также показаны примеры приборов использующих ИК излучение, их особенности и области применения. При написании данного реферата я открыл для себя новые области применения приборов ИК техники, например приборы ИК техники в медицине, пищевой промышленности и астрономии.

Приборы ИК техники в настоящее время помогают человеку решать многочисленные специфические задачи во многих профессиональных сферах.

Список используемой литературы

1. Волков В.Г. Приборы ночного видения новых поколений // Спец. Техника - 2002. - №3. - С. 2-8.

Размещено на Allbest.ru