Инфракрасная техника

Материал из Юнциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Инфракрасная техника — это область прикладной физики и техники, занимающаяся разработкой и применением в научных исследованиях, на производстве и в военном деле приборов, действие которых основано на использовании инфракрасного излучения. На шкале электромагнитных волн инфракрасное излучение занимает довольно широкую область между красным концом видимого света и коротковолновым радиоизлучением (длины волн от 0,74 мкм до 1–2 мм).

Оказалось, что невидимый «теплый свет» несет много интересной информации о свойствах различных объектов природы. Надо было научиться читать эту информацию, чтобы использовать её в практической деятельности. Решает эти задачи инфракрасная техника — приборы для обнаружения невидимого ИК‑излучения, наблюдения, фотографирования тел в ИК‑лучах, а также приборы, помогающие воздействовать ИК‑излучением на тела, чтобы получать заданные свойства веществ.

Схема электронно-оптического преобразователя. 1 — объект; 2 — проекционная линза; 3 — фотокатод; 4 — корпус; 5 — высоковольтный диод; 6 — флуоресцирующий экран.
Установка для испытания полупроводников инфракрасными лучами.

Многие вещества, прозрачные для видимого света, не пропускают ИК‑лучи, и наоборот. Например, слой воды толщиной несколько сантиметров позволяет отчетливо видеть находящиеся под ним предметы, но он непрозрачен для ИК‑излучения с длинами волн больше 1 мкм. Вода часто используется как теплозащитный экран. А вот черная бумага, напротив, хорошо пропускает инфракрасные волны с длиной от 50 до 2000 мкм. Полиэтилен прозрачен для ИК‑лучей любых длин волн свыше 100 мкм, а кварц — только от 100 до 1000 мкм. Из веществ с такой «выборочной» прозрачностью изготовляют фильтры, выделяющие нужную часть диапазона ИК‑излучения. Это важно, например, при фотографировании тел в ИК‑лучах — инфракрасной фотографии.

Наиболее прост метод фотографирования на фотопленку, чувствительную к ИК‑излучению. При этом на объектив фотоаппарата устанавливают светофильтр, пропускающий ИК‑лучи и непрозрачный для видимого света.

Фотографирование в ИК‑лучах широко используется в металлургии и металлообрабатывающей промышленности для обнаружения невидимых, скрытых дефектов в изделиях (см. Дефектоскопия). Здесь важную роль играет то обстоятельство, что разные по плотности участки изделий неодинаково излучают ИК‑лучи. Если в детали есть трещины или внутренние полости (раковины), то на ярком фоне всего предмета они будут выглядеть как темные пятна.

А как увидеть слабо «светящийся» или удаленный предмет, от которого до нас доходит очень малая часть ИК‑излучения? Здесь на помощь приходит специальный прибор — электронно-оптический преобразователь (ЭОП), который «переводит» невидимое излучение в видимое и одновременно усиливает его яркость.

Простейший ЭОП представляет собой устройство, имеющее стеклянный корпус с двойными стенками и дном (см. рис.), из которого выкачан воздух. На внутренней стороне наружного дна нанесен полупрозрачный фотокатод (см. Фотоэлемент), а напротив него на другой стенке — люминесцентный экран. С помощью специальных линз изображение в инфракрасных лучах проектируется на фотокатод. Под действием ИК‑лучей фотокатод начинает испускать электроны, причем с тех участков, где яркость лучей больше, соответственно больше испускается и электронов. Между экраном и фотокатодом приложено высокое напряжение, благодаря чему электроны разгоняются, бомбардируют экран и вызывают его свечение. Интенсивность свечения отдельных точек экрана зависит от плотности потока электронов, вследствие чего на экране возникает видимое изображение объекта. Это изображение можно сфотографировать на обычную пленку.

Другой прибор — инфракрасный видикон позволяет не только преобразовать ИК‑изображение в видимое, но и передать его по телевизионным каналам. Экран передающей трубки (см. Телевидение) изготовлен из специальных полупроводниковых элементов — фотополупроводников, чувствительных к ИК‑излучению. Ток в таком элементе меняется в зависимости от освещенности его поверхностн: чем больше яркость падающих на него ИК‑лучей, тем больше сила тока. Спроецированное на экран передающей трубки ИК‑изображение, как и в обычном видиконе, «считывается» электронным лучом, преобразуется в электромагнитные волны и передается «в эфир».

Нагретые тела, растения, живые организмы постоянно испускают ИК‑лучи той или иной яркости независимо от времени суток. Благодаря этому свойству ИК‑техника дает возможность вести наблюдения даже в абсолютной темноте. На ИК‑лучах работают приборы ночного видения и ночного фотографирования, земной и космической связи, средства скрытой сигнализации и т. п.

С помощью приборов инфракрасного излучения можно снять карту температуры человеческого тела и по ней судить о состоянии здоровья человека. Спектры в инфракрасной области излучения помогают исследователям понять строение сложных органических молекул. Мощные потоки излучения инфракрасных ламп используются во многих технологических процессах: для быстрой сушки окрашенных автомобильных кузовов, обогрева молодняка сельскохозяйственных животных на фермах и т. д.