Оптико-электронные приборы и системы Дисциплина для магистерской подготовки по направлению 11. 04. 01 «Радиотехника» Автор: Исаев Владимир Александрович, к. т. н. , профессор Великий Новгород, 2017
Занятие 5 Основы тепловидения
Криксунов Л. 3. Инфракрасные системы обнаружения, пеленгации и автоматического сопровождения движущихся объектов. – М. : Сов. радио, 1968. – 320 с. • В книге изложены теоретические принципы устройства, а также принципиальные и конструктивные схемы инфракрасных систем. • Рассмотрены вопросы теплового излучения объектов и фонов, способы обработки информации в инфракрасных системах и методы расчета дальности их действия.
Глава 5. Обобщенные критерии • 5. 1 Введение • 5. 2 Эквивалентная шуму разность температур • 5. 3 Вывод выражения для пороговой разности температур • …… • 5. 9 Минимальная обнаруживаемая разность температур • 5. 10 Эквивалентная шуму излучательная способность • …….
Тарасов В. В. , Якушенков Ю. Г. Инфракрасные системы «смотрящего» типа. – М. : Логос, 2004. – 452 с. • В монографии изложены физические основы и принципы построения Инфракрасных Систем «Смотрящего» Типа, т. е. систем, где основным узлом является фотоприёмное устройство (ФП, МФП, ЭОП), осуществляющее пространственную выборку изображения. • Приводится большое число примеров использования данных систем и основные тенденции их развития.
Курбатов Л. Н. Оптоэлектроника видимого и инфракрасного диапазонов спектра. – М. : Физматкнига, 2013. – 400 с. • Учебное пособие посвящено рассмотрению вопросов, связанных с основами работы фотоэлектронных устройств, описанию и применению различных оптических эффектов, а также рассмотрению вопросов нелинейной оптики и оптической гироскопии. • В книге суммированы сведения по применению электромагнитного излучения оптического диапазона к проблемам регистрации оптических сигналов, тепловидению и волоконнооптической связи
Понятие о тепловидении (термографии) • Зрение доставляет более 80% информации об окружающем мире, хотя чувствительность глаза ограничена очень узким спектральным диапазоном от 0, 4 до 0, 76 мкм. • Инфракрасная область на два порядка шире видимой и содержит соответственно большую информацию. ´ • Поэтому вполне понятно желание освоить методы получения оптической информации в ИК-области, что и стало одним из основных направлений развития оптики в последние несколько десятилетий. • Особый интерес к ИК-области объясняется тем, что все тела испускают тепловое излучение в соответствии с формулой Планка и величиной коэффициента излучения, и при достаточно низких температурах оно не попадает в видимую область
Диапазоны ИК излучения Длина волн (мкм) Название 0, 76 -1, 5 Ближнее инфракрасное излучение 1, 5 -2, 2 Коротковолновое инфракрасное излучение (SWIR) 2, 2 -5, 6 Средневолновое инфракрасное излучение (MWIR) 5, 6 -30 Длинноволновое инфракрасное излучение (LWIR) 30 -300 Дальнее инфракрасное излучение (ТГЦ излучение) Примечание: В диапазоне LWIR находится максимум излучения тел при комнатной температуре
Стандарт ISO 20473: 2007 Обозначение Ближний инфракрасный диапазон Средний инфракрасный диапазон Дальний инфракрасный диапазон Аббревиатура Длина волны NIR 0. 78– 3 мкм MIR 3– 50 мкм FIR 50– 1000 мкм
ГОСТ 8. 654 -2016 Государственная система обеспечения единства измерений. Фотометрия. Термины и определения
Спектр пропускания атмосферы Земли
ИК-детекторы • Инфракрасное излучение представляет собой электромагнитные волны с длинами волн от 0, 75 до 1000 мкм, превышающими длины волн видимого спектра, но более короткими, чем микроволновое излучение. • Из-за атмосферного поглощения ИК-излучения реальный диапазон, пригодный для детектирования, ограничивается приблизительно 30 мкм. • ИК-детекторы используют, как правило, длины волн, лежащие в окнах прозрачности атмосферы — в диапазоне 3– 5 мкм (MIR) и 8– 14 мкм (FIR). С помощью FIR-детекторов можно получить значительную информацию о слабонагретых объектах. • Так, спектральная длина волны теплового излучения человека с температурой 37 °C составляет примерно 9, 3 мкм.
Коротаев В. В. , Мельников Г. С. , Михеев С. В. , Самков В. М. , Солдатов Ю. И. Основы тепловидения – СПб: НИУ ИТМО, 2012. – 122 с.
Тепловизионные приборы (ТВП) • Тепловизионные приборы (тепловизоры) в настоящее время получили широкое распространение в науке и технике. • В области специальной техники эти приборы используются для наблюдения, разведки, прицеливания, охраны объектов, таможенного контроля, для криминалистики, вождения транспортных средств, поиска раненных на поле боя или пострадавших во время стихийных бедствий, для работы пограничных служб, обнаружения мин, контроля режимов работы машин и пр. • Длинноволновые тепловизоры – это тепловизоры, которые чувствительны к инфракрасному излучению в диапазоне длин волн от 8 до 15 мкм. • Средневолновые тепловизоры – это тепловизоры, чувствительные к инфракрасному излучению в диапазоне длин волн от 2, 5 мкм до 6 мкм.
Принцип действия ТВП • Принцип действия тепловизионных приборов основан на преобразовании естественного теплового излучения от объектов и местности в видимое изображение. • Обязательным условием его формирования является наличие температурного контраста между объектом и местностью (фоном), а в пределах контура объекта – между его отдельными элементами. • Современные тепловизионные приборы способны воспринимать температурные контрасты до 0, 05 – 0, 1 К. • Тепловизионные приборы имеют целый ряд достоинств: обеспечение больших дальностей видения независимо от уровня естественной освещенности, что позволяет им работать круглосуточно, возможность работы в условиях интенсивных световых помех и до определенной степени – при пониженной прозрачности атмосферы (туман, дождь, снегопад, пыль, дым и пр. ).
Результаты обнаружения и идентификации различных объектов тепловизионной системой на основе неохлаждаемой болометрической тепловизионной матрицы формата 320 x 240 элементов (размер пикселя 50 мкм) с объективом с фокусным расстоянием 100 мм
Влияние атмосферы на процесс распространения ИК излучения Влияние атмосферы на процесс распространения инфракрасного излучения при наблюдении за удаленными объектами выражается в виде ослабления собственного излучения объекта и обусловлено двумя основными факторами: • поглощением излучения, в результате которого происходит преобразование его энергии в другие ее виды; • ослаблением или рассеянием излучения. Результатом действия указанных факторов является ослабление энергии сигнала от объекта контроля, снижение контраста изображения, искажение его пространственной структуры, что ухудшает качество изображения и уменьшает дальность видения.
ГОСТ Р 8. 619 -2006
Термины и определения по ГОСТ Р 8. 619 -2006 • тепловизионный измерительный прибор (тепловизор) – оптикоэлектронный прибор, предназначенный для бесконтактного (дистанционного) наблюдения, измерения и регистрации пространственного/пространственно-временного распределения радиационной температуры объектов, находящихся в поле зрения прибора, путем формирования временной последовательности термограмм и определения температуры поверхности объекта по известным коэффициентам излучения и параметрам съемки (температура окружающей среды, пропускание атмосферы, дистанция наблюдения и т. п. ); • эталонный (образцовый) излучатель – излучатель в виде модели абсолютно черного тела (АЧТ), удовлетворяющий требованиям ГОСТ 8. 558, ГОСТ Р 8. 566;
Поколения тепловизионных приборов Можно выделить четыре поколения тепловизионных приборов: - нулевое поколение основано на применении одиночных приемников излучения и двумерной развертки изображения с помощью сканирующей оптико-механической системы; - первое поколение – на применении одномерных линеек фотоприемников и одномерной оптико-механической развертки изображения; - второе поколение – на применении матриц фотоприемников в виде 2 – 6 линеек с ВЗН (временная задержка и накопление) и одномерной оптико-механической развертки изображения; - третье поколение основано на применении “смотрящих” фокально-плоскостных двумерных многоэлементных матриц фотоприемников (FPA – Focal Plane Array) без использования оптико-механических систем развертки изображения.
Тепловизионный прибор третьего поколения (1) – ИК-объектив, (2) – матрица ИК-фотоприемников, (3) – блок охлаждения или термостабилизации матрицы, (4) – предусилители, (5) –мультиплексор, (6) – аналоговый корректор неоднородности сигналов, (7) – аналого-цифровой преобразователь, (8) – цифровой корректор неоднородности сигналов, (9) – корректор неработающих элементарных фотоприемников матрицы (10) – блок формирования изображения с микропроцессорной обработкой видеосигнала, (11) – цифровой выход для подключения к персональному компьютеру, (12) – ТВ-монитор, (13) – окулярная система, (14) – тактовый генератор, (15) – первичный источник питания (аккумуляторная батарея).
Тепловизионный прибор третьего поколения (продолжение) • Неоднородности сигналов элементарных фотоприемников матрицы предварительно корректируются в аналоговой форме, преобразуются в цифровую и корректируются с использованием данных, полученных в процессе калибровки. • Для глубокого (криогенного) охлаждения матрицы (Т = 75 – 80 К) используется газовая холодильная машина (ГХМ), работающая по замкнутому циклу Сплит-Стирлинга. • Для неглубокого охлаждения (Т = 150 – 250 К) или термостабилизации работы неохлаждаемой матрицы используется система термоэлектрического охлаждения.
Основные рабочие характеристики ИК-камер • • • детектируемый спектральный диапазон и спектральная характеристика; NETD (Noise Equivalent Temperature Difference) — эквивалентная шуму разница температур, выражаемая в м. К — показатель чувствительности, разрешения и достижимой точности датчика; NEP (Noise Equivalent Power) — эквивалентная шуму сила света (количество света с SNR = 1); SNR; фоточувствительность — выходное напряжение или фототок, отнесенное к энергии воздействующего света (обычно измеряется в В/Вт); квантовая эффективность; обнаружительная способность D* — фоточувствительность единицы площади детектора (используется для сравнения различных типов детекторов); ограничивающий D* шум фоновых флуктуаций BLIP (Background Limited Infrared Photodetection); время срабатывания — показатель быстродействия датчика; размер матриц детекторов, размер и форма активной области датчика, угол обзора, схема обработки сигнала (ROIC), метод охлаждения и другие характеристики, типичные для автомобильных датчиков.
Продукция АО ОКТБ «Омега» (Тепловизионная, ТПК-O-25) • Формат кадра, элементов 640 х512; • Частота кадров прогрессивной развертки, Гц – 50; • Выдача видеоданных - Fibre Channel (FC PH) 25 МБайт/с , Среда передачи коаксиальный кабель; • Управление - RS-485; • Спектральный диапазон, мкм - от 3 до 5
Продукция АО ОКТБ «Омега» (Тепловизионная, ТПК-Н-25) • Формат кадра, элементов - 640 х480; • Частота кадров прогрессивной развертки, Гц – …; • Выдача видеоданных - Fibre Channel (FC PH) 25 МБайт/с , Среда передачи коаксиальный кабель; • Управление - RS-485; • Спектральный диапазон, мкм - от 8 до 14
ИК приемники излучения Коротаев В. В. , Мельников Г. С. , Михеев С. В. , Самков В. М. , Солдатов Ю. И. Основы тепловидения – СПб: НИУ ИТМО, 2012. – 122 с.
Краткий обзор ИК-детекторов • Технологии производства инфракрасных детекторов развиваются и совершенствуются уже на протяжении более 200 лет с момента проведения опыта английским астрономом У. Гершелем (см. на youtube видео «Тепловизионное изображение и тепловизоры FLIR» ). При испытании он обнаружил, что в полученном с помощью призмы спектре Солнца температура контрольного термометра повышается за границей красного света (то есть в невидимой части спектра), и его значения отличаются от показаний других термометров. • Принцип работы всех тепловых детекторов основан на изменении электрических характеристик материала приемника за счет энергии поглощенного теплового излучения. • У микроболометров повышение температуры приемника изменяет его электропроводность, у пироэлектрического приемника изменяется значение поверхностного заряда, а у термоэлектронных тепловых диодов — значение тока внутренней термоэлектронной эмиссии.
Твердотельные фоточувствительные приборы • Твердотельные фоточувствительные приборы обеспечивают преобразование оптических сигналов в электрические в твердом теле. • Существует два класса твердотельных фоточувствительных приборов: квантовые и тепловые приемники излучения. • Квантовые твердотельные фотоприемники основаны на изменении электрических свойств полупроводника при поглощении фотона. • Тепловые твердотельные приемники излучения используют эффект изменения электрических свойств материала (емкости, сопротивления) при изменении его температуры вследствие нагрева при поглощении теплового излучения (при радиационном нагреве).
Классификация инфракрасных детекторов
Технологии теплового сканирования: • Системы, требующие криогенного охлаждения; • Микроболометры — приборы для измерения тепловой энергии, использующие эффект изменения теплового сопротивления, включающие датчики из аморфного кремния, различных модификаций ванадий-оксидных (VOx) и других материалов; • Пирометры — приборы, основанные на эффекте тепловой поляризации пироэлектрических материалов; • Двухслойные изгибные микробалки Bi-Layer Microcantilevers, отражающие свет на CCD- и CMOS-датчики; • MEMS-терпопили (Thermopile Micro. Electro-Mechancial Systems). • Термооптические датчики (технология Red. Shift Systems).
Тепловые твердотельные приемники излучения используют эффект изменения электрических свойств материала (емкости, сопротивления) при изменении его температуры • Болометрическим эффектом называется изменение электрического сопротивления материала R при радиационном нагреве вследствие изменения температуры T этого материала. • Болометрический эффект характеризуется температурным сопротивлением материала где R – сопротивление материала (чувствительного слоя болометра) при температуре T. • Приемник, построенный на основе этого эффекта, называется болометром. • К фотоприемным устройствам резисторного типа относятся микроболометрические (МБ) матрицы. Термочувствительный слой элементов таких матриц изготавливается из пленок окислов ванадия, кремния и германия.
Устройство для регистрации инфракрасного излучения на основе болометрических детекторов (Класс МПК H 01 L 27/00 - Приборы, состоящие из нескольких полупроводниковых или прочих компонентов на твердом теле, сформированных на одной общей подложке или внутри нее)
Микробалометрические матрицы • Формат МБ-матриц подавляющего числа моделей, особенно на начальном периоде их серийного выпуска, был двух типов: 320 x 240 и 160 x 120 элементов, а температурная чувствительность, равная минимальной эквивалентной шуму разности температур NETD (Noise Equivalent Temperature Difference), составляла 100. . . 150 м. К. • При этом размер элемента матрицы составлял 50 x 50 мкм. • Несколько позднее появились матрицы форматом 640 x 480 элементов, размер пикселя уменьшился до 28 x 28 мкм, a NETD достигла 50 м. К. • Программа совершенствования неохлаждаемых тепловизионных систем Агентства по перспективным оборонным научно-исследовательским проектам (DARPA) предусматривает создать микроболометр формата 1280 x 960 с размером пикселей 15 мкм при температурном разрешении 10 м. К.
Tепловизионные неохлаждаемые болометрические модули Iridium Болометрические модули выпускаются на основе матричных сенсоров производства фирмы ULIS (Франция), FLIR (США) и российского производства. Модуль состоит: а) тепловизионный сенсор б) блок обработки сигналов сенсора в) система охлаждения или стабилизации г) соответствующая сенсору и задачам тепловизионная оптика
ИК ФПУ на основе неохлаждаемых матричных микроболометрических приемников • Область чувствительности - 8 -14 мкм • Формат -160× 120 и 320× 240 • Шаг в матрице приемников - 51 мкм • Потребляемая мощность - 2 Вт • Время отклика – 12 мс • Быстродействие – 50 кадров/с • Температурное разрешение - 0, 05 К • Вес, не более 1, 5 кг
Реальное изображение задымленного тоннеля и тепловизионное ИК изображение спасателей в тоннеле (удаленность 20 м) • Инфракрасное фотоприемное устройство - неохлаждаемый тепловизор (НТВ) предназначен для регистрации объектов в условиях ограниченной видимости (недостаточная освещенность, задымленность, туман, наличие пороховых газов) с возможностью передачи изображения по радиоканалу до удаленной центральной станции регистрации.
Пироэлектрические фотоприемники • Второй тип приборов – это пироэлектрические фотоприемники. Они используют тонкие пленки особых кристаллических диэлектриков, обладающих пироэлектрическим (ферроэлектрическим) эффектом. • Чувствительный элемент в таких приемниках представляет собой ферроэлектрический конденсатор, при изменении температуры которого, изменяется его диэлектрическая постоянная, а, следовательно, и емкость. • Изменение емкости при постоянном приложенном к конденсатору напряжении, приводит к изменению заряда, поступающего от конденсатора на схему считывания сигнала. • Поскольку изменение заряда происходит только при изменении температуры, то для наблюдения за объектами с постоянной температурой, необходимо модулировать падающее излучение. • Осуществляется это обтюратором, который с частотой кадров перекрывает падающий на приемник поток излучения.
Пироэлектрические фотоприемники • В качестве диэлектриков используются ниобат калия тантала (KTN), титанат барий-стронций (BST) и другие виды керамики. • Достоинствами пироэлектрических приемников являются почти равномерная спектральная чувствительность в широком диапазоне (от 800 нм до 25 мкм), высокая временная стабильность и низкая стоимость.
Пироэлектрический инфракрасный датчик
Пироэлектрические приемники излучения • К числу неохлаждаемых матричных ИК-приемников относятся и пироэлектрические приемники излучения (ППИ), которые по чувствительности несколько уступают МБ-матрицам. • Температурная чувствительность (NETD) ППИ не превышает 80 м. К. Типичное значение лежит в пределах 100. . . 150 м. К. • Наиболее используемый формат 320 x 240 элементов, в последнее время появились матрицы форматом 640 x 512 и 512 x 256 пикселей. • Существует сфера применения пироэлектрических матриц, где они имеют явное преимущество над болометрическими, - это круглосуточные системы наблюдения, при работе которых имеется вероятность прямого солнечного воздействия на чувствительную область матрицы. В этом случае вероятность выхода из строя пироэлектрической матрицы значительно ниже, чем болометрической.
Термоэлектрические матрицы • Третий тип тепловых приборов построен на использовании термопар (термоэлектрические матрицы). • Два слоя разнотипных металлов/полупроводников образуют термопару. Один слой облучается радиацией и нагревается, второй – экранирован от обучения. Между ними возникает термо ЭДС U. • Величина ЭДС пропорциональна производной от этой ЭДС по температуре • Термопара является генератором напряжения. • При последовательном включении термоэлементов чувствительность возрастает пропорционально числу включенных элементов.
Термопары • Термопары часто образуют пленками алюминия и поликристаллического кремния, расположенными друг под другом. • Пленки разделены слоем • Термоэлементы имеют линейные рабочие характеристики, не требуют обтюрации , работают без термостабилизации, не требуют источников питания.
ГОСТ Р 8. 585 -2001 «ГСИ. Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования»
Тарасов В. В. , Якушенков Ю. Г. Тенденции совершенствования элементной базы инфракрасных систем 3 -го поколения // Изв. вузов. Приборостроение. - 2012. - Т. 55. - № 5. - С. 56 - 63.
Фотоприемные устройства на основе эпитаксиальной системы кадмий-ртуть-теллур / отв. редактор А. Л. Асеев. – Новосибирск: Издво СО РАН, 2012. – 258 с. • Представлены результаты комплекса работ Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН по разработке фотоприемных устройств на основе эпитаксиальной системы кадмий—ртуть— теллур (КРТ) от технологии молекулярно- лучевой эпитаксии (МЛЭ) КРТ на подложках ориентации (301) из Ga. As и Si и фотоприемных устройств (ФПУ) на основе эпитаксиального КРТ до создания оптико - электронных устройств на основе ФПУ ГЭС КРТ МЛЭ.
Поперечное сечение типичного Hg. Cd. Te фоторезистора • Основной частью такой структуры является слой Hg. Cd. Te толщиной 3– 20 мкм с контактами. • Оптимальная толщина активной области (несколько микрометров) зависит от рабочей температуры и имеет меньшее значение в неохлаждаемых устройствах. • Толщина обычно выбирается порядка a-1, где а – коэффициент оптического поглощения.
Конструкция ФЧЭ с запирающими контактами • 1 – подложка контактного растра, 2 – контактная дорожка растра, 3 – клей, 4 – подложка ФЧЭ, 5 – клей, 6 – фоточувствительный слой КРТ, 7 – припой, 8 – контакт ФЧЭ, 9 – проводник Au, 10 – защитное просветляющее покрытие, 11 – подконтактный слой n+.
Основные параметры фокально-плоскостных ИК-матриц Страна, фирма Тип матрицы Рабочая область спектра, мкм Формат (число пикселей) Размер пикселя, мкм Рабочая температура, К Температурная чувствительность (NETD), м. К США, Hughes, SBRS КРТ 3. . . 4, 5 256 x 256 30 x 30 300 65 РФ, ГУП “НПО “Орион” КРТ 8. . . 10, 5 384 x 288 35 x 35 80 Pt. Si 1. . . 5 486 x 640 24 x 24 75 70 27 x 27 3. . . 5 128 x 128 256 x 256 80 30 512 x 512 14 x 14 …… США, Boeing Comp. РФ, ЗАО “Матричные технологии” Pt. Si 25 x 25 …… США, Hughes, SBRC In. Sb 0, 5. . . 5, 4 128 x 128 40 x 40 80 РФ, ГУП НПО “Орион” In. Sb 3. . . 5 128 x 128 50 x 50 80 США, Raytheon МБ 8. . . 14 320 x 240 50 x 50 300 20 ППИ 8. . . 12 384 x 288 40 x 40 300 130 Великобритания, MES
Классические технологии производства матриц ИК-фотоприемников Камеры инфракрасного диапазона, или Far-IR-датчики, позволяющие визуализировать изображение объекта или воссоздать картину нагрева известны как FLIR (Forward Looking Infra. Red), тепловые, термографические камеры или тепловизоры. Эти датчики часто называются просто ИК-камерами — устройствами, которые формируют изображение подобно обычным камерам, но используют для этого не видимый свет (450– 750 нм), а длины волн порядка 14 мкм.
Технологии датчиков ИК-спектра • Инфракрасные камеры воссоздают образ теплого объекта по сигналам от первичных преобразователей — датчиков теплового излучения. • Современные датчики включают подложку, на которой размещен массив детекторов в фокальной плоскости focal plane array (FPA) — множество детектирующих элементов, представляющих собой пиксели. • Подложка также включает ИС, обычно называемую Read Out Integrated Circuit (ROIC), которая электрически соединяется с детектирующими элементами. • Инфракрасная энергия от объектов сцены фокусируется посредством оптики на ИК-детектор, информация от него передается на мультиплексирующую сенсорную электронику для обработки изображения, которое транслируется на стандартный видеомонитор.
Материалы ИК-фотоприемников • • Современные фокально-плоскостные матрицы ИК-фотоприемников могут быть выполнены на основе различных материалов: халькогенидов свинца (Pb. S, Pb. Se), соединения кадмий-ртуть-теллур – Hg. Cd. Te (КРТ), антимонида индия (In. Sb), силицида платины (Pt. Si), примесных кремния (Si: x) и германия (Ge: x), многослойных структур с квантовыми ямами на базе Ga. As/Al. Ga. As – так называемых QWIP детекторов (QWIP – Quantum Well Infrared Photodetector), микроболометров (МБ) и пироэлектрических приемников излучения (ППИ).
Материалы микроболометров и пироэлектрических приемников излучения В качестве материалов для пироэлектрических приемников излучения используются: - цирконаты свинца, - ниобаты и титанаты бария-стронция, - сополимеры виниленфторида. В качестве материалов для микроболометров используются: - модификации окислов ванадия Vx. Oy, - поликристаллический и аморфный кремний. Принцип работы микроболометра заключается в изменении сопротивления материала при поглощении ИК-излучения.
Стандарты на средства измерения в диапазоне длин волн от 0, 2 до 25, 0 мкм ГОСТ 8. 195 -2013 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений спектральной плотности энергетической яркости, спектральной плотности силы излучения, спектральной плотности энергетической освещенности, силы излучения и энергетической освещенности в диапазоне длин волн от 0, 2 до 25, 0 мкм.
Стандарты ГСИ • ГОСТ 8. 195 -2013 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений спектральной плотности энергетической яркости, спектральной плотности силы излучения, спектральной плотности энергетической освещенности, силы излучения и энергетической освещенности в диапазоне длин волн от 0, 2 до 25, 0 мкм. • ГОСТ 8. 798 -2012 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений спектральной плотности энергетической яркости и относительного спектрального распределения мощности излучения в диапазоне длин волн от 0, 3 до 25, 0 мкм. • ГОСТ Р 8. 861 -2013 ГСИ. Средства измерений спектральной плотности энергетической яркости, спектральной плотности силы излучения и спектральной плотности энергетической освещенности непрерывного оптического излучения в диапазоне длин волн от 0, 2 до 25 мкм. Методика поверки.
ГОСТ 8. 195 -2013
ГОСТ Р 8. 619 -2006 ГСИ. Приборы тепловизионные измерительные. Методика поверки.
ГОСТ Р 8. 619 -2006 ГСИ. Приборы тепловизионные измерительные. Методика поверки.
ГОСТ Р 8. 566 -2012 Государственная система обеспечения единства измерений. Излучатели в виде моделей абсолютно черного тела. Методика поверки и калибровки
Модули цифровой обработки ИК изображений с матричных фотоприемных устройств Борисов Ю. , Грошев А. и др. Модуль цифровой обработки ИК изображений с матричных фотоприемных устройств // Компоненты и технологии. – 2002. - № 3.
Борисов Ю. , Грошев А. и др. Модуль цифровой обработки ИК изображений с матричных фотоприемных устройств // Компоненты и технологии. – 2002. - № 3.
Борисов Ю. , Грошев А. и др. Модуль цифровой обработки ИК изображений с матричных фотоприемных устройств // Компоненты и технологии. – 2002. - № 3.
Груздев М. В. Цифровой сигнальный процессор тепловизионного канала на базе процессора Л 1879 ВМ 1 (NM 6403) // Компоненты и технологии. - 2000. - № 8.
Патент РФ № 2478241
Инфракрасные датчики на квантовых ямах Смук С. , Качанов Ю. и др. Инфракрасные датчики длинноволнового диапазона на квантовых ямах компании Irnova // Компоненты и технологии. – 2014. - № 1. – С. 152 -157.
Тепловизионные приборы на QWIPматрицах • В 90 -е годы ХХ века появились тепловизионные приборы на QWIP-матрицах с высокой технологичностью, воспроизводимостью, однородностью параметров по элементам с форматом 256 х256, 320 х240, 320 х256, 640 х512 и др. • Чувствительность довольно высока: у лучших приборов NETD даже ниже 10 м. К, типовых – 20 м. К, средних – 35 м. К. • QWIP-матрицы обладают способностью управления спектральной чувствительностью и возможностью перейти в будущем от гибридных структур фокальных матриц к монолитным. Примечание: QWIP (Quantum-Well Infrared Photodetector ) - инфракрасный фотодетектор на квантовых ямах
Инфракрасные датчики длинноволнового диапазона на квантовых ямах компании Irnova
Приложение 1 АО "НПО "Орион" проводит фундаментальные и прикладные исследования с целью создания приемников излучения в диапазоне от 0, 2 до 16 мкм, приборов и систем инфракрасной техники, микрофотоэлектроники и тепловидения.
Сайт АО "НПО "Орион"
Матричный фотоприемный модуль на основе охлаждаемой матрицы фотодиодов из антимонида индия ФЭМ 17 М • Матричный фотоприемный модуль ФЭМ 17 М предназначен для комплектования бессканерных тепловизионных систем на спектральный диапазон 3 -5 мкм. • В состав модуля входят: матричное фотоприемное устройство, микрокриогенная система охлаждения типа интегральный Стирлинг, осуществляющая охлаждение до температуры 82 -5 К и электронный блок сопряжения.
Фотоэлектронный модуль на основе матричного охлаждаемого фотоприемного устройства из соединения кадмий-ртуть-теллур ФЭМ 6 М • • Модуль формирования тепловизионного сигнала ФЭМ 6 М предназначен для комплектации бессканерных смотрящих тепловизионных систем с спектральным диапазоном чувствительности 7, 5 - 11 мкм. В состав модуля входят: матричное фотоприемное устройство, микрокриогенная система типа интегральный Стирлинг, осуществляющая охлаждение до температуры (80± 3) К, и электронные блоки сопряжения и обработки инфракрасного изображения.
Бараночников М. Л. Приемники и детекторы излучений. Справочник – М. : ДМК Пресс, 2012. - 640 с. • В настоящем справочнике содержатся сведения о приемниках ионизирующего излучения (счетчиках Гейгера, сцинтилляторах, детекторах альфа-, бета-, гамма- и нейтронного излучений), а также о широкой номенклатуре фоточувствительных приборов – фоторезисторов, фотодиодов, фототранзисторов, фототиристоров, фотоприемных устройств, фотоэлементов и фотоумножителей, передающих телевизионных трубок (диссекторов, суперортиконов, видиконов), электронно-оптических преобразователей, болометров, пироэлектрических приемников излучения и тепловых приемных устройств.
Приложение 2 Тымкул Л. В. Системы инфракрасной техники : учеб. пособие / Л. В. Тымкул, В. М. Тымкул. – Новосибирск: СГГА. – 2007. – 164 с.
Системы инфракрасной техники
Системы инфракрасной техники
Приложение 3 ЗАО НТЦ «Модуль» — предприятие, которое занимается прикладными исследованиями в области распознавания образов и разработкой аппаратных средств цифровой обработки сигналов и изображений и построении на их основе функционально законченных вычислительных комплексов.
Нейропроцессор NM 6406 (Процессор Л 1879 ВМ 5 Я)
ГОСТ Р 52070 -2003 Интерфейс магистральный последовательный. Системы электронных модулей. Общие требования
Нормативные ссылки в ГОСТ Р 52070 -2003 • • • ГОСТ Р 52075 -2003 «Интерфейс магистральный последовательный системы электронных модулей. Тестирование серийных образцов интерфейсных модулей, функционирующих в режиме оконечного устройства. Общие требования к методам контроля» ГОСТ Р 52073 -2003 «Интерфейс магистральный последовательный системы электронных модулей. Тестирование интерфейсных модулей, функционирующих в режиме монитора шины. Общие требования к методам контроля» ГОСТ Р 52071 -2003 «Интерфейс магистральный последовательный системы электронных модулей. Тестирование комплекса аппаратного оборудования. Общие требования к методам контроля» ГОСТ Р 52072 -2003 «Интерфейс магистральный последовательный системы электронных модулей. Тестирование компонентов физической среды. Общие требования к методам контроля» ГОСТ Р 52074 -2003 «Интерфейс магистральный последовательный системы электронных модулей. Тестирование серийных образцов интерфейсных модулей, функционирующих в режиме контроллера шины. Общие требования к методам контроля» ГОСТ Р 51739 -2001 «Интерфейс магистральный последовательный системы электронных модулей. Тестирование опытных образцов интерфейсного модуля в режиме контроллера шины. Общие требования к методам контроля»
ГОСТ Р 52070 -2003 Интерфейс магистральный последовательный. Системы электронных модулей. Общие требования
Приложение 4 Рекомендации по применению тепловизионного оборудования в системах охранного телевидения (Р 78. 36. 027– 2012). – М. : НИЦ «Охрана» , 2014. – 304 с.
Р 78. 36. 027– 2012 Рекомендации по применению тепловизионного оборудования в системах охранного телевидения
Р 78. 36. 027– 2012 Рекомендации по применению тепловизионного оборудования в системах охранного телевидения
Р 78. 36. 027– 2012 Рекомендации по применению тепловизионного оборудования в системах охранного телевидения
Учебное задание • Изучить содержание разделов 1. 3, 1. 4, 1. 6 учебного пособия Коротаев В. В. и др. Основы тепловидения – СПб: НИУ ИТМО, 2012; • Изучить стандарт ГОСТ Р 8. 619 -2006 ГСИ. Приборы тепловизионные измерительные. Методика поверки • Ознакомиться со стандартом ГОСТ Р 8. 566 -2012 ГСИ. Излучатели в виде моделей абсолютно черного тела. Методика поверки и калибровки. • Ознакомиться с продукцией АО «НПО «Орион» . Примечание: учебные материалы размещены на портале Нов. ГУ (Исаев Владимир Александрович > ОЭ приборы и системы > …)
Список литературы 1. Ллойд, Дж. Системы тепловидения. – М. : Мир, 1978. – 414 с. 2. Тарасов, В. В. , Якушенков, Ю. Г. Инфракрасные системы «смотрящего» типа. – М. : Логос, 2004. – 452 с. 3. Якушенков Ю. Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов: учебник / Ю. Г. Якушенков - 6 -е изд. , перераб. и доп. - М. : Логос, 2011. - 568 с. 4. Тымкул Л. В. Системы инфракрасной техники : учеб. пособие / Л. В. Тымкул, В. М. Тымкул. – Новосибирск: СГГА. – 2007. – 164 с. 5. Тымкул В. М. Оптико-электронные приборы и системы. Теория и методы энергетического расчета: учебное пособие / В. М. Тымкул, Л. В. Тымкул. – Новосибирск: СГГА. – 2005. – 215 с. 6. Формозов Б. Н. Аэрокосмические фотоприемные устройства видимого и инфракрасного диапазонов: Учебное пособие. - СПб. : ГУАП, БГТУ "Военмех", 2004. – 127 с.
Список литературы (продолжение) 6. Коротаев В. В. , Мельников Г. С. , Михеев С. В. , Самков В. М. , Солдатов Ю. И. Основы тепловидения – СПб: НИУ ИТМО, 2012. – 122 с. 7. Зуев В. Е. , Кабанов М. В. , Перенос оптических сигналов в земной атмосфере (в условиях помех). - М. : Советское радио, 1977. – 368 с. 8. ГОСТ Р 8. 619 -2006 ГСИ. Приборы тепловизионные измерительные. Методика поверки. – М. : Стандартинформ, 2006. – 18 с. 9. ГОСТ 8. 558 -2009 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений температуры. – М. : Стандартинформ, 2012. – 26 с. 10. ГОСТ Р 8. 556 -2012 ГСИ. Излучатели в виде моделей абсолютно черного тела. Методика поверки и калибровки. – М. : Стандартинформ, 2014. – 29 с.
Список литературы (продолжение) 11. ГОСТ 8. 195 -2013 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений спектральной плотности энергетической яркости, спектральной плотности силы излучения, спектральной плотности энергетической освещенности, силы излучения и энергетической освещенности в диапазоне длин волн от 0, 2 до 25, 0 мкм. 12. ГОСТ 8. 798 -2012 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений спектральной плотности энергетической яркости и относительного спектрального распределения мощности излучения в диапазоне длин волн от 0, 3 до 25, 0 мкм. 13. ГОСТ Р 8. 861 -2013 ГСИ. Средства измерений спектральной плотности энергетической яркости, спектральной плотности силы излучения и спектральной плотности энергетической освещенности непрерывного оптического излучения в диапазоне длин волн от 0, 2 до 25 мкм. Методика поверки.
Список литературы (продолжение) 14. Тарасов В. В. , Якушенков Ю. Г. Двух- и многодиапазонные оптико-электронные системы с матричными приемниками излучения. — М. : Университетская книга; Логос, 2007. — 192 с. 15. Криксунов Л. 3. Инфракрасные системы обнаружения, пеленгации и автоматического сопровождения движущихся объектов. – М. : Сов. радио, 1968. – 320 с. 16. Бараночников М. Л. Приемники и детекторы излучений. Справочник – М. : ДМК Пресс, 2012. - 640 с. 17. Курбатов Л. Н. Оптоэлектроника видимого и инфракрасного диапазонов спектра. – М. : Физматкнига, 2013. – 400 с. 18. Тарасов В. В. , Якушенков Ю. Г. Тенденции совершенствования элементной базы инфракрасных систем 3 -го поколения // Изв. вузов. Приборостроение. - 2012. - Т. 55. - № 5. - С. 56 - 63.
Список литературы (продолжение) 19. Тарасов В. В. , Якушенков Ю. Г. Современные проблемы инфракрасной техники. - М. : Изд. МИИГАи. К, 2011. – 84 с. 20. Дирочка А. И. , Корнеева М. Д. , Филачёв A. M. Направления развития современной фотоэлектроники (обзор по материалам XXIII Международной конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения) // Успехи прикладной физики. – 2014. – том 2. - № 4. – С. 353 – 366. 21. Вяткин С. Н. , Гульцов С. В. , Струнков П. А. Тепловизионная камера на базе КРТ фотоприемника формата 320× 256 элементов для спектрального диапазона 8 -12 мкм // Труды XXIII Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения. – М. : ОАО «НПО «Орион» , 2014 г. – С. 130 -132.
Список литературы (продолжение) 22. Вяткин С. Н. , Исаев В. А. , Корнышев Н. П. , и др. Камеры ИК диапазона ЗАО «ЭЛСИ» (Великий Новгород) и предложения по их использованию в исследованиях музейных объектов // Фотография. Изображение. Документ: научный сборник. – СПб. : РОСФОТО, 2015. – Вып. 6. 23. ГОСТ Р 52070 -2003 Интерфейс магистральный последовательный. Системы электронных модулей. Общие требования 24. Фотоприемные устройства на основе эпитаксиальной системы кадмий-ртуть-теллур / отв. редактор А. Л. Асеев; Рос. Акад. Наук, Сиб. Отделение, Ин-т физ. Полупроводников им. А. В. Ржанова. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2012. – 258 с. 25. Смук С. , Качанов Ю. и др. Инфракрасные датчики длинноволнового диапазона на квантовых ямах компании Irnova // Компоненты и технологии. – 2014. - № 1. – С. 152 -157.
Список литературы (продолжение) 26. Гибин И. С. , Колесников Г. В. Современные устройства измерения параметров и комплексного тестирования инфракрасных ФПУ и приборов (обзор) // Успехи прикладной физики. – 2014. - Том 2. - № 3. – С. 293 -302. 27. Рекомендации по применению тепловизионного оборудования в системах охранного телевидения (Р 78. 36. 027– 2012). – М. : НИЦ «Охрана» , 2014. – 304 с. 28. Постановление № 45 от 12 декабря 2012 года о Научнотехнической программе Союзного государства "Разработка современной и перспективной технологии создания в государствах-участниках Союзного государства тепловизионной техники специального и двойного назначения на базе фотоприемных устройств инфракрасного диапазона третьего поколения « ("Союзный тепловизор")
Список литературы (продолжение) 29. Коротаев В. В. , Мусяков В. Л. Энергетический расчет ОЭП / Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию. - СПб: СПб ГУ ИТМО, 2006. - 44 с. 30. Тымкул В. М. , Тымкул Л. В. Фесько Ю. А. Энергетический расчет тепловизионных систем. Ч. 1. Методика расчета дальности действия // Сб. матер. Междунар. научн. конференции «Сиб. Оптика-2013» . Т. 1 (Новосибирск, 15– 26 апреля 2013 г. ). Новосибирск: СГГА, 2013. – С. 67 -72. 31. Тымкул В. М. , Тымкул Л. В. Фесько Ю. А. Энергетический расчет тепловизионных систем. Ч. 2. Алгоритм и результаты расчетов дальности обнаружения // Сб. матер. Междунар. научн. конференции «Сиб. Оптика-2013» . Т. 1 (Новосибирск, 15– 26 апреля 2013 г. ). - Новосибирск: СГГА, 2013. – С. 73 -79.
Спасибо за внимание! E-mail: vladimir. isaev@novsu. ru
Скачать презентацию Оптико-электронные приборы и системы Дисциплина для магистерской подготовки
86827d35399570bfbb668b8ba538b19b.ppt