Дипломная работа: Разработка тепловизионного канала СП-1 АСДМ "Лидар"

Фоторезистор подключают к источнику питания последовательно с нагрузочным резистором. При облучении чувствительной площадки изменяется ее электрическое сопротивление; паление напряжения на нагрузочном резисторе представляет собой рабочий сигнал, который через емкостную связь подают в предусилитель.

1.2 Особенности построения тепловизионных систем контроля кризисных ситуаций

1.2.1 Рабочий диапазон температур

Тепловизионные системы контроля кризисных ситуаций в мегаполисе предназначены для наблюдения панорамы городской застройки, при колебаниях температуры окружающей среды в пределах от -40 до +40⁰ С (233ч313⁰ К). При этом в зоне кризисной ситуации температура, как правило, не превышает температуру окружающей среды более чем на 200⁰ С и не ниже ее более чем на 50⁰ С. При этом, в какой либо зоне, колебания температуры могут быть и выше и ниже указанных значений, но для определения их чрезвычайного характера такого запаса более чем достаточно. Так, например, нагрев стены здания на 10⁰ С выше температуры окружающей среды уже дает повод для изучения ситуации в этой точке панорамы. Поэтому чувствительность канала к разнице температур (температурный контраст) должна быть не хуже 5⁰ С, т.е. с двукратным запасом на помехи, налагаемые атмосферой. По тем же соображениям для обнаружения зон КС достаточно погрешности измерения температуры 5⁰ С.

Соответственно диапазон рабочих температур для системы контроля кризисных ситуаций в условиях мегаполиса от -50 до +240⁰ С (223ч513⁰ К), максимальная спектральная плотность потока излучения соответствует диапазону длин волн л_макс ≈ от 13 до 5,6 мкм.

1.2.2 Пространственное разрешение

Исходя из конфигурации АСДМ «Лидар», частью которой является СП-2, диапазон дальности его действия составляет 0,5ч12 км, этому же требованию должна соответствовать и ТепСКО. При этом тепловизионная система наблюдает панораму городской застройки, на которой необходимо выделять зоны или тела с аномальной температурой, это могут быть стены зданий, выбросы дыма и пара, а также открытое пламя. Размеры таких объектов, как правило, не менее 20х20 м, однако могут сильно отличаться в начальной и конечной стадии своего развития. Например, по мере разгорания пожара увеличивается его площадь, а шлейф выбрасываемого дыма может значительно превышать по площади 50х50 м.

В условиях мегаполиса большинство удаленных строений перекрыты городской застройкой, поэтому КС на дальности 8 – 12 км, в большинстве случаев, возможно зарегистрировать только по выбросам нагретых аэрозолей. Исходя из этого, системе, для уверенного обнаружения КС, достаточно различать на расстоянии 12 км объекты размером 50х50 м, что соответствует мгновенному полю зрения около 4 мрад. Это позволит различать на 8 км объекты минимальным размером 25х25 м.

Поэтому в тепловизионном канале СП-1 необходимо использовать тепловизионную камеру с мгновенным полем зрения < 4 мрад.

1.2.3 Особенности городской атмосферы. Выбор спектрального окна работы ИК-камеры

В современном городе состояние атмосферы далеко от идеального как для проживания человека, так и для функционирования тепловизионных систем мониторинга КС\ЧС. В результате деятельности промышленных предприятий воздушный бассейн загрязнен различными газами, также характерны дымка, образование тумана, высокая влажность. Когда излучение проходит через большую толщу атмосферы, проявляются полосы поглощения присутствующего в атмосфере водяного пара. Эта составляющая атмосферы в значительной мере определяет поглощение в инфракрасной области. Из других газов важнейшим является углекислый газ, поглощающее действие которого слабее, чем паров воды.

Основные полосы поглощения водяного пара расположены на участках 2,6 мкм, между 5,5 и 7,5 мкм и за пределами 20 мкм; в этих полосах излучение поглощается практически полностью на длине трассы 100 м и более. Следует отметить очень важное для практических применений обстоятельство – существование определенного числа прозрачных участков, окон прозрачности, т.е. областей, внутри которых поглощение очень слабое. Эти окна расположены в следующих интервалах длин волн 0,4ч1,0 мкм, 1,2ч1,3 мкм, 1,5ч1,8 мкм, 2,1ч2,5 мкм, 3ч5 мкм, 8ч13 мкм.

Последнее окно (8ч13 мкм), в котором хотя и сохраняется слабое поглощение, имеет очень большое значение, поскольку оно соответствует по длинам волн максимуму теплового излучения тел при окружающей температуре. Окно 3ч5 мкм выгодно использовать для обнаружения более нагретых тел или объектов, сильно излучающих в этом диапазоне (например, в случае излучения полосы углекислого газа – остатка практически всех продуктов сгорания).

Рис. 1.4. Пропускание атмосферы на трассе 1,8 км, на уровне моря при толщине слоя осажденной воды 17 мм

Пропускание атмосферы зависит от длины трассы, а также от метеорологических условий. Измерения и расчеты спектрального коэффициента ослабления излучения атмосферой позволяют определить наиболее благоприятные для проведения измерений спектральные области.

Если этот фактор довольно слабо действует на очень коротких дистанциях, то этого уже нельзя сказать для расстояний в несколько сотен метров, на которых атмосфера не только поглощает часть излучения, но и добавляет собственное излучение на трассе. В общем случае очень влажная атмосфера оказывает большее влияние в диапазоне 8ч12 мкм, тогда как аэрозоли и дымка особенно неблагоприятны для диапазона 3ч5 мкм. Необходимо также отметить очень сильное поглощение углекислым газом в интервале длин волн 4,2ч4,4 мкм.

Если на коротких дистанциях, влияние пропускания атмосферы мало (оно очень хорошее в обоих диапазонах: и в 3ч5 мкм, и в 8ч12 мкм), то на больших дистанциях выигрывает диапазон 8ч12 мкм. Мощность испускаемого объектом излучения после прохождения через атмосферу, оптику и фильтры должна достигнуть приемника, имея величину, превышающую величину шума. Следовательно, при низких температурах на пороге обнаружения в канале 3ч5 мкм сигнал более близок по величине к шумам. Отношение сигнала к шуму в этом канале меньше, чем в канале 8ч12 мкм.

Рис. 1.5 Спектральное пропускание атмосферы

Помимо пропускания атмосферы важным фактором является поверхностная плотность (мощность) излучения самого наблюдаемого объекта при разных температурах в данных спектральных диапазонах.

Таблица 1.2. Поверхностная плотность потока в спектральных полосах 3,5–5,5 и 8–14 при разных температурах

ла мкм

лb мкм

Т=280К [Вт/см2 ]

Т=290К [Вт/см2 ]

Т=300К [Вт/см2 ]

Т=310К « 1 2 3 4 5 6 » К-во Просмотров: 333 Бесплатно скачать Дипломная работа: Разработка тепловизионного канала СП-1 АСДМ "Лидар" >>> Скачать <<< Меню Поиск