УСТРОЙСТВО КОНТРАСТНОГО ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Советский патент 2006 года по МПК G01J5/56 

Предлагаемое изобретение относится к области приборостроения, в частности к оптическому приборостроению и предназначено для проверки качества изображения тепловизионных приборов.

Известны устройства для проверки качества изображения тепловизионных приборов (см. Ллойд Д. Системы тепловидения. M.: 1978, стр.392-393; Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. Л.: 1983, стр. 614-618).

Устройства состоят из сменных штриховых мир, устанавливаемых перед источником фонового излучения, температура которого стабилизирована и может быть изменена оператором.

Недостатком этих устройств является то, что стабилизированная температура источника фонового излучения не обеспечивает стабильную разность температур миры с фоновым излучателем, так как температура миры может изменяться вследствие даже незначительного изменения температуры окружающего ее воздуха и из-за воздействия на нее источника фонового излучения.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому эффекту является лабораторный комплекс для измерения параметров тепло визионных приборов. Комплекс включает в себя набор сменных штриховых мир, устанавливаемых перед источником фонового излучения, но в отличии от вышеупомянутых устройств в нем регулируется и стабилизируется не температура, а разность температур миры с источником фонового излучения, что при небольших изменениях температуры в помещении лаборатории обеспечивает достаточно постоянное контрастное излучение (см. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. 1963, стр. 227) миры с фоновым излучателем.

Недостаток идеологии этого комплекса выявляется при проверке тепло визионных приборов не в лабораторных, а в полевых условиях, что свойственно войсковой эксплуатации тепловизионной техники. Этот недостаток заключается в зависимости величины контрастного излучения миры с фоновым излучателем не только от разности температур между ними, но и от температуры миры, заполняющей поле зрения тепловизора, то есть от температуры окружающей среды. При постоянной разности температур, но при изменении температуры окружающей среды контрастное излучение изменяется.

Из-за наличия этого недостатка при постоянной разности температур не обеспечивается воспроизводимость результатов проверки качества тепловизионного изображения.

Целью предлагаемого изобретения является стабилизация контрастного излучения путем компенсации влияния колебаний температуры окружающей среды и исключения ошибок оператора.

Указанная цель достигается тем, что в устройство контрастного ИК излучения, содержащее миру с датчиком температуры, установленную на фоне полостного излучателя, снабженного датчиком температуры и электрическим нагревателем, канал стабилизации разности температур, включающий последовательно соединенные мостовую схему, одним термочувствительным плечом которой является датчик температуры миры, а другим - датчик температуры полостного излучателя, и схему усиления, выходом подключенную к электрическому нагревателю полостного излучателя введен канал измерения температуры миры, содержащий вторую мостовую схему, термочувствительным плечом которой является вновь введенный второй датчик температуры миры, выход которой через измерительный усилитель подключен к входу функционального преобразователя, выход которого соединен с вторым входом усилителя канала стабилизации разности температур. Функциональный преобразователь выполнен в виде последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя, постоянного запоминающего устройства и цифроаналогового преобразователя.

Отличительные признаки предлагаемого изобретения удовлетворяют критерию "существенные отличия", так как такое построение устройства контрастного ИК излучения не выявлено в известных источниках информации.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства контрастного ИК излучения, содержащего миру (просветную) 1, снабженную датчиками температуры и установленную на фоне полостного излучателя 2, снабженного датчиком температуры, канал стабилизации разности температур, включающий последовательно соединенные мостовую схему 3, одним термочувствительным плечом которой является один из датчиков температуры миры, а вторым - датчик температуры излучателя 2, усилитель 4, усилитель мощности 5, выходом подключенный к электрическому нагревателю 6 полостного излучателя 2, а также канал измерения температуры миры, содержащий последовательно включенные мостовую схему 7, термочувствительным плечом которой является второй датчик температуры миры, измерительный усилитель 8 и состоящий из аналого-цифрового преобразователя (АЦП), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) и цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) функциональный преобразователь 9, выход которого соединен со вторым входом усилителя 4.

Устройство контрастного ИК излучения предназначено для создания тест-сигнала, параметры которого устанавливаются на основе статистической обработки реальной фоно-целевой обстановки и тактических параметров тепловизионного прибора. Он представляет собой систему двух тел, имеющих разные температуры: миры 1, находящейся при температуре окружающей среды, и подогреваемого излучателя 2. Мира 1 представляет собой, например, плоскую непрозрачную поверхность, перекрывающую все поле зрения тепловизионного прибора. В центральной части поверхности есть ряд параллельных друг другу прозрачных полос, ширина которых и интервал между ними равны или близки мгновенному полю зрения проверяемого прибора. Через прозрачные полосы просматривается полость подогреваемого излучателя 2. Разность температур между излучателем и мирой стабилизируется с помощью замкнутой системы автоматического регулирования, состоящей из мостовой схемы 3 с датчиками температуры излучателя 2 и миры 1, усилителя 4, усилителя мощности 5 и электронагревателя 6. Сигнал разбаланса мостовой схемы 3 подается на инверсный вход усилителя 4.

Одновременно с этим измеряется температура миры с помощью мостовой схемы 7, термочувствительным плечом которой является второй датчик температуры миры, и измерительного усилителя 8. Аналоговый сигнал результата измерения температуры миры с помощью функционального преобразователя 9, состоящего из АЦП, ПЗУ и ЦАП, преобразуется в корректирующий сигнал. Корректирующий сигнал подается на прямой (неинверсный) вход усилителя 4.

Разность этих сигналов после усиления усилителями 4 и 5 подается на электронагреватель 6, который повышает температуру корпуса излучателя 2 до тех пор, пока сигнал разбаланса не сравняется с сигналом функционального преобразователя 9.

Величина сигнала на выходе функционального преобразователя зависит от температуры миры в соответствии с выражением

где К - коэффициент размерности

- контрастное излучение в интервале длин волн от λ₁ до λ₂ при ΔT=1°С.

Зависимость вытекает из как ее производная в конечных разностях. Показатель степени А зависит от ширины интервала λ₁...λ₂ и от положения его относительно λ_max; для интервала, включающего в себя λ_max, A = от 4 до 5, так как для АЧТ P_0...∞=σT⁴ и

Таким образом

Из этого выражения следует, что для обеспечения при изменении окружающей температуры Т, разность температур должна изменяться по закону

Этот закон заложен в основу работы устройства контрастного ИК излучения. Зависимость находится расчетным путем с помощью таблиц по ИК излучению нагретых тел (М.А. Брамсон, 1964).

Основой функционального преобразователя является преобразователь входного кода в выходной код. Выполнен он на микросхеме ПЗУ типа К556 РТ5. Входной код представляет собой температуру миры в цифровом двоичном виде. Выходной код преобразуется в аналоговый корректирующий сигнал с помощью цифро-аналогового преобразователя. Корректирующий сигнал подается на прямой вход усилителя канала стабилизации разности температур.

Таким образом, при постоянной окружающей температуре замкнутая система автоматического регулирования стабилизирует разность температур между излучателем и мирой на уровне, соответствующем корректирующему сигналу с выхода канала измерения температуры миры. При изменении окружающей температуры изменяется величина корректирующего сигнала, что вызывает изменение величины стабилизируемой разности температур по закону, заложенному в функциональный преобразователь и обеспечивающему постоянство контрастного излучения в рабочем интервале длин волн. Поэтому предлагаемое устройство контрастного ИК излучения в широком диапазоне рабочих температур имеет постоянную величину контрастного излучения, исключает необходимость вмешательства оператора и исключает тем самым возможность ошибочных действий оператора.

Устройство контрастного ИК излучения содержит миру с датчиком температуры, установленную на фоне полостного излучателя, снабженного датчиком температуры и электрическим нагревателем. Также устройство содержит канал стабилизации разности температур, включающий последовательно соединенные мостовую схему, одним термочувствительным плечом которого является датчик температуры миры, а другим - датчик температуры полостного излучателя, и схему усиления, выходом подключенную к электрическому нагревателю полостного излучателя. Кроме того, в него введен канал измерения температуры миры, содержащий вторую мостовую схему. Термочувствительным плечом второй мостовой схемы является вновь введенный второй датчик температуры миры, выход которой через измерительный усилитель подключен к входу функционального преобразователя, выход которого соединен со вторым входом схемы усиления канала стабилизации разности температур. Функциональный преобразователь выполнен в виде последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя, постоянного запоминающего устройства и цифро-аналогового преобразователя. Технический результат - стабилизация контрастного излучения путем компенсации влияния колебаний температуры окружающей среды и исключения ошибок оператора. 1 н.п., 1 з.п., 1 ил.

1. Устройство контрастного инфракрасного излучения, содержащее миру с датчиком температуры, установленную перед полостным излучателем, снабженным датчиком температуры и электрическим нагревателем, стабилизатор разности температур, включающий последовательно соединенные мостовую схему, в плечи которой включены датчики температуры миры и полостного излучателя, и схему усиления, выход которой соединен с нагревателем, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности стабилизации контрастного излучения при расширении диапазона изменения температуры среды, он дополнительно содержит второй датчик температуры миры, вторую мостовую схему, измерительный усилитель и функциональный преобразователь, причем второй датчик температуры миры включен в плечо мостовой схемы, выход которой последовательно соединен со входом измерительного усилителя и входом функционального преобразователя, выход которого соединен с вторым входом схемы усиления стабилизатора разности температур.2. Устройство п.1, отличающееся тем, что функциональный преобразователь выполнен в виде последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя, постоянного запоминающего устройства и цифроаналогового преобразователя.