RU139288U1

RU139288U1 - SOURCE OF DIRECTED INFRARED RADIATION WITH INTERCHANGEABLE SPECTRAL RANGE

Info

Publication number: RU139288U1
Application number: RU2013149321/28U
Authority: RU
Inventors: Евгений Владимирович Левин; Александр Юрьевич Окунев
Original assignee: Евгений Владимирович Левин; Александр Юрьевич Окунев
Priority date: 2013-11-07
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2014-04-10

Abstract

Источник относится к специальным эталонным источникам инфракрасного излучения. Его основным назначением является использование в качестве источника облучения поверхностей при бесконтактных измерениях температуры инфракрасными приборами, при измерениях рабочих характеристик инфракрасных систем, в лабораторных системах газового анализа. Источник работает следующим образом. При включенном источнике тока 5 за счет нагрева электронагревательных элементов 4 в выходном круглом отверстии 3 излучателя типа черное тело 1 формируется поток электромагнитных волн, соответствующий излучению, близкому к излучению абсолютно черного тела. Излучение, проникшее через отверстие 3, попадает на линзы 9 сменной коллиматорной линзовой системы 8, передний фокус которой расположен в области отверстия 3 на его оси. За счет преломления на линзах выходящий пучок 12 становится направленным и близким к параллельному относительно оптической оси линзовой системы. Линзы 9 выполнены из селективно пропускающих материалов и через них проходит часть излучения, которая соответствует первому главному спектральному диапазону источника. Для перехода к другому главному спектральному диапазону должна быть использована другая линзовая система 8, что достигается тем, что в конструкции источника предусмотрена возможность сменности линзовой системы, например, за счет резьбового соединения. Пройдя через линзы инфракрасное излучение главного спектрального диапазона при необходимости преобразуется в излучение более узких диапазонов, для чего используются сменные спектральные фильтры 11, которые устанавливают в смонтированное на линзовой системе крепежное устройство 10 с двумя позициями. Спектральные фильтры изготавливают из оптически селективно прозрачных материалов и могут быть длинноволновыми (для получения инфракрасного излучения, находящегося в правой части спектральной области главного спектрального диапазона), коротковолновыми (для получения инфракрасного излучения, находящегося в левой части спектральной области главного спектрального диапазона) и полосовыми (для получения инфракрасного излучения, находящегося в внутри спектральной области главного спектрального диапазона). Вместо полосовых фильтров может быть использована комбинация из двух последовательно установленных длинноволнового и коротковолнового фильтров. Пройдя через линзовую оптическую систему и фильтры, луч 12 инфракрасного излучения заданного спектрального диапазона попадает на объект. Плотность мощности излучения от источника, падающего на объект (его освещенность), зависит от температуры источника типа черное тело, спектрального диапазона источника, задаваемого сменной линзовой системой и фильтрами, коэффициента пропускания линз, фильтров и воздуха и от отношения D²/d², где D - диаметр луча на расстоянии, где находится объект, а d - диаметр отверстия на излучателе типа черное тело. В том случае, когда световой луч является строго параллельным (угол его расходимости равен нулю) диаметр D равен диаметру линз в коллиматорной линзовой системе. В случае слишком высокой или недостаточной облученности объекта диаметр D можно скорректировать за счет осевого смещения подвижной коллиматорной линзовой системы. Величина освещенности объекта получается в результате интегрирования уравнения Планка для абсолютно черного тела в данном спектральном диапазоне. Поскольку инфракрасное излучение невидимо, для наведения излучателя на цель используется дополнительный источник 13 направленного светового излучения, направление луча 14 которого параллельно оптической оси сменной линзовой системы. В качестве подобного источника удобнее всего использовать маломощный световой лазер (например, на фотодиодах), поскольку он дает достаточно тонкий, практически нерасходящийся световой луч. Задачей и техническим результатом, достигаемом при использовании источника по сравнению с прототипом, является увеличение эффективности за счет повышения плотности мощности излучения и пространственной равномерности в освещенности объекта облучения, повышения компактности и удобств в эксплуатации источника, снижения требований к габаритам излучателя типа черного тела. 2 зпф, фиг. 1 The source refers to special reference sources of infrared radiation. Its main purpose is to use surfaces as a source of irradiation for non-contact temperature measurements with infrared devices, for measuring the performance characteristics of infrared systems, in laboratory gas analysis systems. The source works as follows. When the current source 5 is switched on, due to the heating of the electric heating elements 4, a stream of electromagnetic waves is formed in the output round hole 3 of the blackbody type emitter 1, corresponding to radiation close to that of a completely black body. The radiation penetrated through the hole 3, falls on the lens 9 of the interchangeable collimator lens system 8, the front focus of which is located in the region of the hole 3 on its axis. Due to refraction on the lenses, the output beam 12 becomes directed and close to parallel to the optical axis of the lens system. Lenses 9 are made of selectively transmitting materials and part of the radiation that corresponds to the first main spectral range of the source passes through them. To switch to another main spectral range, another lens system 8 must be used, which is achieved by the fact that the lens design allows for the interchangeability of the lens system, for example, due to a threaded connection. Having passed through the lenses, the infrared radiation of the main spectral range, if necessary, is converted into radiation of narrower ranges, for which replaceable spectral filters 11 are used, which are installed in a mounting device 10 with two positions mounted on the lens system. Spectral filters are made of optically selectively transparent materials and can be long-wave (to obtain infrared radiation located on the right side of the spectral region of the main spectral range), short-wave (to obtain infrared radiation located on the left side of the spectral region of the main spectral range) and band-pass (for receiving infrared radiation located inside the spectral region of the main spectral range). Instead of band-pass filters, a combination of two sequentially installed long-wave and short-wave filters can be used. After passing through the lens optical system and filters, the infrared ray 12 of a given spectral range hits the object. The density of the radiation power from the source incident on the object (its illumination) depends on the temperature of the blackbody type source, the spectral range of the source specified by the interchangeable lens system and filters, the transmittance of lenses, filters and air, and on the ratio D ² / d ² , where D is the beam diameter at a distance where the object is located, and d is the diameter of the hole on the blackbody type emitter. In the case when the light beam is strictly parallel (its divergence angle is zero), the diameter D is equal to the diameter of the lenses in the collimator lens system. In case of too high or insufficient exposure of the object, the diameter D can be adjusted due to the axial displacement of the movable collimator lens system. The magnitude of the illumination of the object is obtained by integrating the Planck equation for a completely black body in a given spectral range. Since infrared radiation is invisible, an additional source 13 of directional light radiation is used to direct the emitter to the target, the direction of the beam 14 of which is parallel to the optical axis of the interchangeable lens system. As a similar source, it is most convenient to use a low-power light laser (for example, on photodiodes), since it gives a rather thin, practically non-diverging light beam. The objective and technical result achieved when using the source compared to the prototype is to increase efficiency by increasing the radiation power density and spatial uniformity in the illumination of the irradiated object, increasing the compactness and ease of use of the source, reducing the requirements for the dimensions of the black body type emitter. 2 zpf, FIG. one

Description

Заявленная полезная модель относится к специальным эталонным источникам инфракрасного излучения и может быть использована в различных отраслях промышленности и производства, при обнаружении и идентификации объектов, в лабораторных условиях, а также в научных исследованиях. Основное применение полезной модели относится к ее использованию в качестве источника эталонного облучения поверхностей при бесконтактных измерениях температуры инфракрасными приборами, в качестве источника излучения при измерениях рабочих характеристик инфракрасных систем, источника излучения в лабораторных системах газового анализа, основанных на поглощении инфракрасного излучения.The claimed utility model relates to special reference sources of infrared radiation and can be used in various industries and production, in the detection and identification of objects, in laboratory conditions, as well as in scientific research. The main application of the utility model relates to its use as a source of reference surface irradiation for non-contact temperature measurements with infrared devices, as a radiation source for measuring the operating characteristics of infrared systems, a radiation source in laboratory gas analysis systems based on the absorption of infrared radiation.

Основные требования к специальным эталонным источникам инфракрасного излучения, используемым в заявленных областях, заключаются в том, чтобы эти источники удовлетворяли следующим условиям:The main requirements for special reference sources of infrared radiation used in the declared areas are that these sources satisfy the following conditions:

1) источник должен быть многофункциональным за счет того, что он должен иметь более одного сменного заданного спектрального рабочего диапазона Δλ_i;1) the source must be multifunctional due to the fact that it must have more than one interchangeable predetermined spectral operating range Δλ _i ;

2) источник должен обеспечить возможность достижения плотности мощности излучения

, достаточной для обеспечения контрастного облучения объектов на фоне отраженного и их собственного излучения;2) the source must provide the ability to achieve radiation power density

sufficient to provide contrast exposure of objects against the background of reflected and their own radiation;

3) распределение плотности мощности излучения по длинам волн (спектральная плотность энергетической светимости) в каждом рабочем диапазоне Δλ_i должна быть пропорциональна и не сильно отличаться (не более 5-10%) от спектральной плотности излучения абсолютно черного тела (должно описываться уравнением Планка).3) the distribution of the radiation power density over the wavelengths (spectral density of energy luminosity) in each working range Δλ _i should be proportional and not very different (no more than 5-10%) from the spectral radiation density of a completely black body (should be described by the Planck equation).

Второе из перечисленных условий эквивалентно тому, что источник излучения по своей природе должен быть достаточно мощным, причем его излучение должно быть направленным за счет фокусировки (концентрации) большей часть излучения в сравнительно узком луче. Третье условие обеспечивает то, что результаты измерений с применением источников поддаются обработке, аналогичной используемой в измерительных инфракрасных приборах и проводимой на основе законов излучения абсолютно черного тела. Если этот критерий не удовлетворяется, то при изготовлении и в процессе эксплуатации источника необходимы специальные калибровочные процедуры, что резко увеличивает его стоимость и снижает возможности его практической применимости.The second of these conditions is equivalent to the fact that the radiation source must be sufficiently powerful in nature, and its radiation should be directed due to focusing (concentration) of most of the radiation in a relatively narrow beam. The third condition ensures that the results of measurements using sources can be processed similar to that used in measuring infrared devices and carried out on the basis of the laws of radiation of an absolutely black body. If this criterion is not satisfied, then in the manufacture and operation of the source, special calibration procedures are necessary, which sharply increases its cost and reduces the possibility of its practical applicability.

В настоящее время используется несколько типов источников инфракрасного излучения, в той или иной степени удовлетворяющих приведенным критериям.Currently, several types of infrared radiation sources are used, to one degree or another, satisfying the above criteria.

Известны источники инфракрасного излучения, предназначенные для использования в различных технологических процессах в качестве источников направленного потока тепла (например, в процессах сушки и др.). Подобные источники имеют конструкцию, включающую нагретый излучатель поверхностного типа и собирающую зеркальную систему для концентрирования излучения. На таком принципе построены многие рефлекторные электрические обогреватели. Существуют более сложные системы, включающие пористые излучатели с высоким коэффициентом излучения, работающие на органическом, в частности, газовом топливе (см., например, заявку на изобретение РФ №2012106363 A от 21.02.2012). Основным недостатком подобных источников является то, что спектральный диапазон излучения не является достаточно точно заданной величиной. Он может быть как шире, так и уже требуемого. Его величина во многом зависит от материала и качества изготовления излучателя тепла, от температуры и др.. Спектральная плотность энергетической светимости может меняться во времени и не соответствовать спектральной плотности для абсолютно черного тела. Для смены спектрального диапазона в таких источниках требуется смена излучателя (например, излучающей пористой сферы по заявке на изобретение РФ №2012106363), что является технологически трудоемким и длительным процессом. Другим недостатком является то, что направленность и концентрирование мощности излучения источника обеспечивается только частично. Сам излучатель, размещенный перед зеркалом, частично перекрывает сконцентрированный тепловой поток идущий от зеркала. При этом часть поверхности излучателя, не видимая зеркалом, рассеивает излучение изотропно во всех направлениях. По этой причине источники подобного типа не могут использоваться в качестве эталонных и лабораторных источников излучения.Infrared radiation sources are known for use in various technological processes as sources of a directed heat flow (for example, in drying processes, etc.). Such sources have a design including a heated surface-type emitter and collecting a mirror system for concentration of radiation. On this principle, many reflex electric heaters are built. There are more complex systems, including porous emitters with a high emissivity, operating on organic, in particular gas fuel (see, for example, application for invention of the Russian Federation No. 2012106363 A dated 02.21.2012). The main disadvantage of such sources is that the spectral range of the radiation is not a sufficiently accurately specified value. It can be both wider and already required. Its value in many respects depends on the material and the manufacturing quality of the heat emitter, on temperature, etc. The spectral density of the energy luminosity can vary in time and does not correspond to the spectral density for a completely black body. To change the spectral range in such sources, it is necessary to change the emitter (for example, the emitting porous sphere according to the application for the invention of the Russian Federation No. 2012106363), which is a technologically laborious and lengthy process. Another disadvantage is that the directivity and concentration of the radiation power of the source is only partially ensured. The emitter itself, located in front of the mirror, partially blocks the concentrated heat flow coming from the mirror. In this case, a part of the surface of the emitter, not visible by the mirror, scatters the radiation isotropically in all directions. For this reason, sources of this type cannot be used as reference and laboratory sources of radiation.

Известны источники инфракрасного излучения со строго заданным спектральным диапазоном, основанные на использовании полупроводниковых диодов (фотодиодные источники). Подобные источники служат для получения т.н. «холодного» излучения с высокой спектральной плотностью энергетической светимости. Например, при использовании источника излучения по пат. РФ на изобретение №2286618 C2 от 16.07.2002 при рабочей комнатной температуре (около 300 K) спектральная область излучателя Δλ находится в пределах 1,22-1,24 мкм. На длине волны 1,2 мкм на расстоянии 10 см от поверхности спектральная плотность энергетической светимости составляет W_λ=3,2·10⁵ Вт/м/м², чтоInfrared radiation sources with a strictly specified spectral range based on the use of semiconductor diodes (photodiode sources) are known. Such sources are used to obtain the so-called “Cold” radiation with a high spectral density of energy luminosity. For example, when using a radiation source according to US Pat. RF invention №2286618 C2 dated 07/16/2002 at a working room temperature (about 300 K) the spectral region of the emitter Δλ is in the range 1.22-1.24 microns. At a wavelength of 1.2 μm at a distance of 10 cm from the surface, the spectral density of energy luminosity is W _λ = 3.2 · 10 ⁵ W / m / m ² , which

эквивалентно сильно нагретому абсолютно черному телу с температурой 600 K. Узкодиапазонные фотодиодные источники легко снабдить линзой и сконцентрировать излучение в сравнительно узком луче. К недостаткам фотодиодных источников, препятствующим их использованию в качестве рассматриваемых специальных эталонных источников, относятся следующие:equivalent to a strongly heated absolutely black body with a temperature of 600 K. Narrow-range photodiode sources are easily equipped with a lens and concentrate the radiation in a relatively narrow beam. The disadvantages of photodiode sources that impede their use as the considered special reference sources include the following:

- источники обладают очень узким спектральным диапазоном, что во многих случаях не позволяет с их помощью создать контрастное облучение обследуемой поверхности. Например, наиболее распространенными рабочими диапазонами измерительных тепловизионных приборов являются диапазоны 3-5 и 8-14 мкм. Если фотодиодный источник с шириной спектрального диапазона 0,02 мкм имеет спектральную плотность энергетической светимости по порядку величины, совпадающую с аналогичной величиной самой обследуемой поверхности, то облученность поверхности от источника составит примерно 0,01 от энергетической светимости самой поверхности в данных рабочих диапазонах и тепловизионный прибор может просто не зарегистрировать изменений;- the sources have a very narrow spectral range, which in many cases does not allow using them to create contrast irradiation of the examined surface. For example, the most common operating ranges of measuring thermal imaging devices are ranges 3-5 and 8-14 microns. If a photodiode source with a spectral range width of 0.02 μm has an energy luminosity spectral density in the order of magnitude that matches the same value of the surface itself, then the surface irradiation from the source will be approximately 0.01 of the energy luminosity of the surface itself in these operating ranges and a thermal imaging device may simply not register changes;

- за счет того, что фотодиодные источники являются «холодными», их спектральная плотность энергетической светимости в принципе отличается от характеристик абсолютно черного тела. Например, в рассмотренном аналоге температура фотодиодного источника 300 K в два раза ниже температуры абсолютно черного тела с той же спектральной плотностью энергетической светимости;- due to the fact that photodiode sources are “cold”, their spectral density of energy luminosity in principle differs from the characteristics of a completely black body. For example, in the considered analog, the temperature of a photodiode source 300 K is two times lower than the temperature of a completely black body with the same spectral density of energy luminosity;

- фотодиодные источники не являются многофункциональными и в них невозможно реализовать более одного рабочего диапазона по длинам волн.- photodiode sources are not multifunctional and it is impossible to implement more than one working range in wavelengths in them.

Недостаток, связанный с узостью спектрального диапазона и малостью рабочей температуры, может быть устранен в излучателях, принцип работы которых основан на том, что в качестве излучающего элемента используется нагретое тело, материал которого имеет резко селективный спектр излучения в требуемом диапазоне длин волн (см., например, пат. РФ на изобретение №2417354 C2 от 17.07.2009). Подобные излучатели используются в инфракрасных абсорбционных газоанализаторах, где одновременно необходимо обеспечение требуемой величины рабочего спектрального диапазона излучателя (спектр поглощения анализируемого газа) и его высокой мощности, которая достигается заданием высокой рабочей температуры. В приведенном аналоге в качестве излучателя используется пластина из сапфира, которая при температуре 700 K селективно излучает в диапазоне 8-11 мкм. Недостатками подобных источников являются следующие:The disadvantage associated with the narrowness of the spectral range and the small working temperature can be eliminated in radiators, the principle of operation of which is based on the fact that a heated body is used as the radiating element, the material of which has a sharply selective radiation spectrum in the required wavelength range (see, for example, Patent RF for invention No. 2417354 C2 of July 17, 2009). Such emitters are used in infrared absorption gas analyzers, where at the same time it is necessary to ensure the required value of the working spectral range of the emitter (absorption spectrum of the analyzed gas) and its high power, which is achieved by setting a high operating temperature. In the given analogue, a sapphire plate is used as an emitter, which selectively emits at a temperature of 700 K in the range of 8–11 μm. The disadvantages of such sources are the following:

- поскольку в источниках используются селективно излучающие материалы, то их спектральная плотность энергетической светимости, как правило, сильно отличается от характеристик абсолютно черного тела;- since selectively emitting materials are used in the sources, their spectral density of energy luminosity, as a rule, is very different from the characteristics of a completely black body;

- источники являются однодиапазонными по длинам волн и для перехода на другой диапазон требуется установка нового излучателя и задание его температуры.- the sources are single-band in wavelengths and in order to switch to another band, the installation of a new emitter and setting its temperature are required.

Наиболее близким и взятым за прототип заявленной полезной модели является источник направленного инфракрасного излучения со сменными спектральными диапазонами, который содержит излучатель типа черное тело с круглым отверстием для выхода излучения, коллиматорную оптическую систему формирования луча направленного излучения и сменные спектральные фильтры (Госсорг Ж. Инфракрасная термография. Основы, техника, применение: Пер. с франц. - М.: Мир, 1988. - 416 с, стр. 304, 305). Излучатель типа черное тело создает спектр излучения в бесконечно большом диапазоне длин волн, максимум спектральной плотности которого определяется величиной температуры. Для того чтобы из этого излучения получить инфракрасное излучение любого требуемого диапазона длин волн перед цилиндрическим отверстием устанавливают соответствующий спектральный фильтр, который отражает и/или поглощает излучение всех длин волн, не входящих в требуемый диапазон. Фильтры являются сменными. Для примера автор привел т.н. барабанную систему фильтров. Далее, излучение, пройдя через фильтр, попадает на коллиматорную оптическую систему, которая выполнена в виде внеосевого параболического зеркала. Поскольку зеркало является внеосевым, то формируемые им параллельные лучи направленного излучения проходят мимо излучателя и фильтров и поступают на требуемый объект. В данном случае это тестируемая инфракрасная система (ИК камера), в которой с помощью источника направленного излучения измеряют относительную спектральную чувствительность. Данный источник удовлетворяет практически всем требованиям, предъявляемым к специальным эталонным источникам инфракрасного излучения. Он является многофункциональным за счет возможности установки разных фильтров. Причем, в отличие от приведенных ранее аналогов, спектральные диапазоны задаются не излучателем, а только фильтрами. Сам излучатель (излучатель типа черное тело) генерирует излучение в очень широком диапазоне длин волн со спектральной плотностью энергетической светимости очень близкой к излучению абсолютно черного тела (в зависимости от конструктивного исполнения степень «черноты» может достигать 99% и более). Излучатели типа черное тело, по сравнению с фотодиодными источниками излучения, позволяют создавать потоки излучения сравнительно большой мощности. Это достигается температурой излучателя. Излучатель обладает очень высоким КПД по сравнению с другими излучателями. Его КПД близок к 100% и, в основном, определяется теплопотерями на теплоизоляции источника.The closest and taken as a prototype of the claimed utility model is a directional infrared radiation source with interchangeable spectral ranges, which contains a blackbody emitter with a round hole for radiation output, a collimator optical system for generating a directional radiation beam and interchangeable spectral filters (Gossorg J. Infrared thermography. Fundamentals, technology, application: Translated from French. - M.: Mir, 1988 .-- 416 p. 304, 305). A blackbody type radiator creates a radiation spectrum in an infinitely large wavelength range, the maximum spectral density of which is determined by the temperature. In order to obtain infrared radiation from this radiation of any desired wavelength range, an appropriate spectral filter is installed in front of the cylindrical hole, which reflects and / or absorbs radiation of all wavelengths outside the required range. Filters are replaceable. For example, the author cited the so-called drum filter system. Further, the radiation, passing through the filter, enters the collimator optical system, which is made in the form of an off-axis parabolic mirror. Since the mirror is off-axis, the parallel directed radiation rays formed by it pass by the emitter and filters and arrive at the desired object. In this case, this is a test infrared system (IR camera), in which the relative spectral sensitivity is measured using a directional radiation source. This source satisfies almost all the requirements for special reference sources of infrared radiation. It is multifunctional due to the ability to install different filters. Moreover, in contrast to the analogs given above, the spectral ranges are set not by the emitter, but only by filters. The emitter itself (a blackbody type emitter) generates radiation in a very wide wavelength range with a spectral energy density of luminosity very close to that of a black body (depending on the design, the degree of blackness can reach 99% or more). Black body emitters, in comparison with photodiode radiation sources, allow the creation of radiation flows of relatively high power. This is achieved by the temperature of the emitter. The emitter has a very high efficiency compared to other emitters. Its efficiency is close to 100% and is mainly determined by heat loss on the thermal insulation of the source.

Однако известное устройство обладает рядом конструктивных особенностей, определяющих его не достаточно высокую эффективность. Главной конструктивной особенностью является то, что коллиматорной оптической системой для создания параллельного пучка излучения является внеосевое параболическое зеркало, которое является ни чем иным, как частью параболоида, которая составляет не более половины его площади. Кроме того источник излучения имеет т.н. двухосевую конструкцию. На первой его оси расположен излучатель типа черное тело, спектральные фильтры и должен находиться фокус внеосевого параболического зеркала. Вторая ось, расположенная под углом к первой, является оптической осью параболического зеркала, вдоль которой из него направлены параллельные лучи излучения от источника. Причем отверстие для выхода излучения из излучателя должно быть расположено на оптической оси полной параболы и на первой оси в фокусе параболического зеркала, а между отверстием и зеркалом должны быть установлены фильтры. В результате таких геометрических особенностей возникают следующие проблемы и недостатки:However, the known device has a number of design features that determine its not high enough efficiency. The main design feature is that the collimator optical system for creating a parallel radiation beam is an off-axis parabolic mirror, which is nothing more than a part of a paraboloid, which is no more than half its area. In addition, the radiation source has the so-called biaxial design. On its first axis is a blackbody type emitter, spectral filters and the focus of an off-axis parabolic mirror should be located. The second axis, located at an angle to the first, is the optical axis of the parabolic mirror, along which parallel rays of radiation from the source are directed from it. Moreover, the hole for the exit of radiation from the emitter should be located on the optical axis of the full parabola and on the first axis in the focus of the parabolic mirror, and filters should be installed between the hole and the mirror. As a result of such geometric features, the following problems and disadvantages arise:

- применение зеркальной внеосевой системы накладывает требования на размеры и взаимное расположение излучателя типа черное тело и самого зеркала. Размеры излучателя, зеркала, внеосевое расстояние (OAD) и наклонное фокусное расстояние должны быть такими, чтобы излучатель не затенял выходящее из коллиматра излучение. В результате применение достаточно мощного излучателя типа черное тело с хорошей теплоизоляцией и высоким КПД затруднено в силу его сравнительно больших габаритов по сравнению с размерами внеосевого зеркала. Альтернативой является применение зеркального коллиматора с большим внеосевым расстоянием, но в этом случае часть излучения, выходящая из выходного отверстия черного тела, будет проходить мимо зеркала и рассеиваться в пространстве, что приводит к потерям мощности излучения. Применение зеркала сравнительно больших размеров для более полного «захвата» излучения от источника приводит к снижению его энергетической светимости (поверхностной плотности мощности излучения коллиматора);- The use of a mirror off-axis system imposes requirements on the size and relative position of the blackbody type emitter and the mirror itself. The dimensions of the emitter, mirrors, off-axis distance (OAD), and tilted focal length should be such that the emitter does not obscure the radiation emerging from the collimator. As a result, the use of a sufficiently powerful blackbody radiator with good thermal insulation and high efficiency is difficult due to its relatively large dimensions compared to the dimensions of an off-axis mirror. An alternative is the use of a mirror collimator with a large off-axis distance, but in this case, part of the radiation emerging from the outlet of the black body will pass by the mirror and scatter in space, which leads to loss of radiation power. The use of a relatively large mirror for a more complete "capture" of radiation from a source leads to a decrease in its energy luminosity (surface density of the collimator radiation power);

- при внеосевом по сравнению с осевым размещением затруднена регулировка (юстировка) ориентации плоскости выходного отверстия и его местоположения относительно фокуса внеосевого зеркала. Ошибки в юстировке приводят к неизотропной расходимости луча от коллиматора в направлении освещаемого объекта. Зона облученности объекта будет увеличиваться, что приводит к снижению величины освещенности, а на объекте будут возникать пространственные неоднородности освещенности, которые затрудняют обработку результатов измерений;- when off-axis compared to the axial placement, it is difficult to adjust (align) the orientation of the plane of the outlet and its location relative to the focus of the off-axis mirror. Errors in alignment lead to non-isotropic divergence of the beam from the collimator in the direction of the illuminated object. The irradiation zone of the object will increase, which leads to a decrease in the amount of illumination, and spatial inhomogeneities of illumination will appear on the object, which complicate the processing of measurement results;

- поскольку в известном техническом решении сменные спектральные фильтры устанавливаются между излучателем и коллиматорной оптической системой, то в переносном исполнении источника смена фильтров представляет определенные трудности, связанные с необходимостью их монтажа внутри корпуса источника.- since in the known technical solution interchangeable spectral filters are installed between the emitter and the collimator optical system, in the portable version of the source, changing the filters presents certain difficulties associated with the need to install them inside the source housing.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое устройство, является повышение эффективности источника направленного инфракрасного излучения.The task to which the proposed device is aimed is to increase the efficiency of the directional infrared radiation source.

Технический результат, который достигается при использовании предлагаемого устройства, состоит в повышении плотности мощности излучения и пространственной равномерности в освещенности объекта облучения, а также в повышении компактности и удобств в эксплуатации источника, в снижении требований к конструктивному исполнению излучателя типа черного тела, в том числе, к его габаритам, к упрощению регулировки фокусировки луча и в упрощении установки сменных спектральных фильтров.The technical result that is achieved by using the proposed device is to increase the radiation power density and spatial uniformity in the illumination of the irradiated object, as well as to increase the compactness and ease of use of the source, to reduce the requirements for the design of the black body type emitter, including to its dimensions, to simplify the adjustment of the beam focusing and to simplify the installation of replaceable spectral filters.

Указанные задача и технический результат достигаются тем, что источник направленного инфракрасного излучения со сменными спектральными диапазонами, включает излучатель типа черное тело с круглым отверстием для выхода излучения, коллиматорную оптическую систему формирования луча направленного излучения и сменные спектральные фильтры. Коллиматорная оптическая система выполнена виде смонтированной напротив отверстия и подвижной в осевом направлении сменной линзовой системы с оптической осью, проходящей через ось отверстия, линзы сменной оптической системы выполнены из материалов, имеющих селективно высокий коэффициент пропускания инфракрасного излучения в спектральном диапазоне, перекрывающем все задаваемые сменные спектральные диапазоны, а на выходе сменной линзовой системы смонтировано крепежное устройство с возможностью установки двух сменных спектральных фильтров.The indicated problem and the technical result are achieved in that the source of directional infrared radiation with interchangeable spectral ranges includes a blackbody emitter with a round hole for radiation output, a collimator optical system for generating a directional radiation beam and interchangeable spectral filters. The collimator optical system is made in the form of an interchangeable lens system mounted opposite the hole and axially movable with an optical axis passing through the axis of the hole, the lenses of the interchangeable optical system are made of materials having a selectively high transmittance of infrared radiation in the spectral range that covers all specified interchangeable spectral ranges and at the output of the interchangeable lens system mounted mounting device with the ability to install two interchangeable spectral filters.

Главным отличием заявленного источника от прототипа является то, что коллиматорная оптическая система вместо внеосевой зеркальной выполнена в виде подвижной в осевом направлении сменной линзовой системы, а спектральные фильтры устанавлены на крепежном устройстве не перед коллиматором, а после него на выходе оптической системы. Кроме того, в заявленном источнике линзы сменной линзовой системы выполнены из селективно прозрачных оптических материалов так, что сменная линзовая система одновременно выполняет функцию первого фильтра с наиболее широкой полосой пропускания по отношению к другим спектральным диапазонам, задаваемым спектральными фильтрами.The main difference between the claimed source and the prototype is that the collimator optical system instead of the off-axis mirror is made in the form of an axially movable interchangeable lens system, and the spectral filters are mounted on the mounting device not in front of the collimator, but after it at the output of the optical system. In addition, in the claimed source, the lenses of the interchangeable lens system are made of selectively transparent optical materials so that the interchangeable lens system simultaneously performs the function of the first filter with the widest passband with respect to other spectral ranges specified by spectral filters.

Использование этих отличий в своей совокупности позволяет повысить эффективность источника за счет обеспечения повышенного концентрирования излучения, выходящего из отверстия излучателя типа черное тело. Рассеяние излучения в окружающее пространство минимизируется за счет использования более короткого фокусного расстояния по сравнению с зеркальной внеосевой системой и за счет того, что фокус, в области которого должно находиться отверстие излучателя, расположен симметрично относительно поверхности линзы. Поскольку линзовая система может иметь меньшую площадь по сравнению с внеосевой зеркальной системой, то эффективность также повышается за счет увеличения плотности мощности излучения. Кроме того, перечисленные отличия позволяют обеспечивать большую равномерность в освещенности объекта. Подвижность сменной линзовой системы в осевом направлении позволяет относительно просто и удобно корректировать положение фокуса на оси выходного отверстия источника, тем самым, регулируя угол расходимости луча, размеры облучаемого участка и плотность мощности освещенности объекта.The use of these differences in their totality allows to increase the efficiency of the source by providing increased concentration of radiation emerging from the holes of the blackbody type emitter. The scattering of radiation into the surrounding space is minimized due to the use of a shorter focal length compared to the mirror off-axis system and due to the fact that the focus in the region of which the emitter hole should be located is located symmetrically with respect to the lens surface. Since the lens system can have a smaller area compared to an off-axis mirror system, the efficiency is also increased by increasing the radiation power density. In addition, the above differences allow for greater uniformity in the illumination of the object. The axial mobility of the interchangeable lens system makes it possible to relatively easily and conveniently adjust the focus position on the axis of the source outlet, thereby adjusting the beam divergence angle, the dimensions of the irradiated area, and the power density of the illumination of the object.

Высокая компактность источника достигается тем, что все его элементы расположены на одной оси, а осевой размер может быть минимизирован за счет выбора фокусного расстояния линзовой системы. При этом габаритные размеры источника в основном определяются габаритными размерами излучателя типа черное тело. Удобство в эксплуатации повышается также за счет того, что сменные спектральные фильтры устанавливаются на крепежном устройстве на выходе оптической системы, т.е. фактически на внешней стороне корпуса источника что упрощает их установку и замену. Формирующая луч направленного излучения оптическая линзовая система фактически также является первым главным спектральным фильтром и она может быть достаточно просто заменена, например, за счет резьбового соединения с корпусом излучателя типа черное тело. Использование вместо зеркального коллиматора, устанавливаемого под углом, оптической линзовой системы, установленной на одной оптической оси с излучателем типа черное тело, снижает требования к конструктивному исполнению излучателя, в том числе, к его габаритам, поскольку его габариты не влияют на прохождение излучения в устройстве.High compactness of the source is achieved by the fact that all its elements are located on the same axis, and the axial size can be minimized by choosing the focal length of the lens system. In this case, the overall dimensions of the source are mainly determined by the overall dimensions of the blackbody type emitter. Convenience in operation is also increased due to the fact that replaceable spectral filters are installed on the mounting device at the output of the optical system, i.e. actually on the outside of the source casing, which simplifies their installation and replacement. The optical lens system forming the beam of directional radiation is actually also the first main spectral filter and it can be quite simply replaced, for example, due to a threaded connection to the body of the emitter type black body. The use of an optical lens system mounted on the same optical axis as a blackbody emitter instead of a mirror collimator installed at an angle reduces the requirements for the design of the emitter, including its dimensions, since its dimensions do not affect the passage of radiation in the device.

Другим, заявленным в виде варианта, отличием заявленного источника от прототипа является то, что на нем установлен дополнительный источник направленного светового излучения, направление луча которого параллельно оптической оси сменной линзовой системы. Этот источник в качестве варианта может быть выполнен в виде лазера. Использование этого отличия позволяет проводить точную подсветку требуемых фрагментов объектов и повышает удобство использования источника.Another, stated as an option, the difference between the claimed source and the prototype is that it has an additional source of directional light radiation, the beam direction of which is parallel to the optical axis of the interchangeable lens system. Alternatively, this source can be made in the form of a laser. Using this difference allows you to accurately highlight the required fragments of objects and increases the usability of the source.

На фигуре 1 изображена принципиальная схема источника направленного инфракрасного излучения со сменными спектральными диапазонами. Источник включает в себя излучатель типа черное тело 1 с корпусом 2 и круглым отверстием 3 для выхода излучения. Отверстие может иметь цилиндрическую или коническую форму. Внутренняя поверхность излучателя является металлической и на ней установлены электронагревательные элементы 4 для задания требуемой температуры, питаемые от источника тока 5. Металлическая внутренняя поверхность может иметь высокоэмиссионное покрытие, шероховатости или другие геометрические неравномерности для увеличения коэффициента излучения. Внутри излучателя установлен датчик температуры 6 и он оснащен системой стабилизации температуры, например, выполненной в виде регулятора или термостата (на рисунке не показан). Корпус излучателя снабжен теплоизоляцией 7 для обеспечения минимального теплообмена с окружающей средой.The figure 1 shows a schematic diagram of a source of directional infrared radiation with interchangeable spectral ranges. The source includes a black body 1 type emitter with a housing 2 and a round hole 3 for radiation output. The hole may have a cylindrical or conical shape. The inner surface of the emitter is metal and electric elements 4 are installed on it to set the required temperature, powered by the current source 5. The metal inner surface may have a high-emission coating, roughness, or other geometric irregularities to increase the emissivity. A temperature sensor 6 is installed inside the emitter and it is equipped with a temperature stabilization system, for example, made in the form of a controller or thermostat (not shown in the figure). The case of the emitter is provided with thermal insulation 7 to ensure minimal heat exchange with the environment.

Напротив выходного отверстия излучателя смонтирована коллиматорная оптическая система, выполненная в виде сменной линзовой системы 8 с оптической осью, проходящей через ось отверстия 3. Линзовая система может содержать как одну линзу 9, так и несколько составных линз. Сменная линзовая система 8 должна быть выполнена подвижной в осевом направлении для корректировки местоположения фокуса на оси выходного отверстия и для регулирования угла расходимости луча излучения.Opposite the radiator outlet, a collimator optical system is mounted, made in the form of a replaceable lens system 8 with an optical axis passing through the axis of the hole 3. The lens system can contain either one lens 9 or several composite lenses. The interchangeable lens system 8 must be made movable in the axial direction to adjust the focus location on the axis of the outlet and to adjust the angle of divergence of the radiation beam.

На выходе сменной линзовой системы 8 смонтировано крепежное устройство 10 с возможностью установки двух сменных спектральных фильтров 11.At the output of the interchangeable lens system 8, a mounting device 10 is mounted with the possibility of installing two interchangeable spectral filters 11.

Линзы 9 выполнены из материалов, имеющих селективно высокий коэффициент пропускания инфракрасного излучения в спектральном диапазоне, перекрывающем все диапазоны, задаваемые сменными спектральными фильтрами 11. Линзы и спектральные фильтры могут иметь оптические просветляющие покрытия, обеспечивающие повышенный коэффициент пропускания инфракрасного излучения. В зависимости от величины требуемого спектрального диапазона для изготовления линз и спектральных фильтров может быть использован целый ряд оптически прозрачных материалов, например, KRS, фториды металлов, германий, селен, титанид стронция, сернистый кадмий, специальные стекла на основе аллюмината кальция и др.The lenses 9 are made of materials having a selectively high transmittance of infrared radiation in the spectral range that covers all ranges specified by replaceable spectral filters 11. The lenses and spectral filters can have optical antireflection coatings providing an increased transmittance of infrared radiation. Depending on the magnitude of the required spectral range, a number of optically transparent materials can be used for the manufacture of lenses and spectral filters, for example, KRS, metal fluorides, germanium, selenium, strontium titanide, cadmium sulfide, special glasses based on calcium alluminate, etc.

Вариантом выполнения источника направленного инфракрасного излучения является то, что на нем установлен дополнительный источник направленного светового излучения 13, направление луча 14 которого параллельно оптической оси сменной линзовой системы. В качестве варианта дополнительного источника направленного светового излучения является использование лазера.An embodiment of a directional infrared radiation source is that an additional source of directional light radiation 13 is mounted on it, the beam direction 14 of which is parallel to the optical axis of the interchangeable lens system. As an option, an additional source of directional light radiation is the use of a laser.

Источник направленного инфракрасного излучения со сменными спектральными диапазонами работает следующим образом. При включенном источнике тока 5 за счет нагрева электронагревательных элементов 4 в излучателе типа черное тело 1 через определенное время достигается и поддерживается заданная системой стабилизации температура. В выходном отверстии 3 за счет излучения от внутренних стенок излучателя формируется поток электромагнитных волн, соответствующий излучению, близкому к излучению абсолютно черного тела. Такое излучение имеет спектр, охватывающий практически бесконечный диапазон длин волн, включая инфракрасную область. Характеристику излучения в виде его спектральной плотности энергетической светимости устанавливают температурой внутри источника. Излучение, проникшее через отверстие 3, попадает на линзы 9 сменной коллиматорной линзовой системы 8, передний фокус которой расположен в области отверстия 3 на его оси. За счет преломления на линзах выходящий пучок 12 становится направленным и близким к параллельному относительно оптической оси линзовой системы.A source of directional infrared radiation with interchangeable spectral ranges works as follows. When the current source 5 is switched on due to the heating of the electric heating elements 4 in the black body 1 type radiator, after a certain time the temperature set by the stabilization system is reached and maintained. In the outlet 3, due to radiation from the inner walls of the emitter, a flow of electromagnetic waves is generated corresponding to radiation close to that of a black body. Such radiation has a spectrum covering an almost infinite range of wavelengths, including the infrared region. The characteristic of radiation in the form of its spectral density of energy luminosity is set by the temperature inside the source. The radiation penetrated through the hole 3, falls on the lens 9 of the interchangeable collimator lens system 8, the front focus of which is located in the region of the hole 3 on its axis. Due to refraction on the lenses, the output beam 12 becomes directed and close to parallel to the optical axis of the lens system.

Поскольку линзы 9 выполнены из селективно пропускающих материалов, через них проходит только та часть излучения, которая соответствует заданному спектру в инфракрасной области. Таким образом формируется инфракрасное излучение в первом главном заданном спектральном диапазоне, который является наиболее широким из задаваемых диапазонов, если их несколько. Для перехода к другому главному спектральному диапазону должна быть использована другая линзовая система 8, что достигается тем, что в конструкции источника предусмотрена возможность сменности линзовой системы, например, за счет резьбового соединения.Since the lenses 9 are made of selectively transmitting materials, only that part of the radiation that corresponds to a given spectrum in the infrared region passes through them. Thus, infrared radiation is formed in the first main specified spectral range, which is the widest of the specified ranges, if there are several. To switch to another main spectral range, another lens system 8 must be used, which is achieved by the fact that the lens design allows for the interchangeability of the lens system, for example, due to a threaded connection.

Далее, пройдя через линзы, инфракрасное излучение главного спектрального диапазона, при необходимости, преобразуется в излучение более узких диапазонов, для чего используются сменные спектральные фильтры 11, которые устанавливают в смонтированное на линзовой системе крепежное устройство 10 с двумя позициями. Спектральные фильтры изготавливают из селективно прозрачных для инфракрасного излучения материалов и могут быть длинноволновыми (для получения инфракрасного излучения, находящегося в правой части спектральной области главного спектрального диапазона), коротковолновыми (для получения инфракрасного излучения, находящегося в левой части спектральной области главного спектрального диапазона) и полосовыми (для получения инфракрасного излучения, находящегося в внутри спектральной области главного спектрального диапазона). Вместо полосовых фильтров может быть использована комбинация из двух последовательно установленных длинноволнового и коротковолнового фильтров. Поскольку поверхность фильтров является плоской, то они не оказывают влияния на геометрические параметры луча, выходящего из источника излучения. Коэффициент пропускания может быть доведен до 95% и более за счет использования специально подобранных материалов фильтров и просветляющих покрытий.Then, passing through the lenses, the infrared radiation of the main spectral range, if necessary, is converted into radiation of narrower ranges, for which replaceable spectral filters 11 are used, which are installed in the mounting device 10 with two positions mounted on the lens system. Spectral filters are made of materials that are selectively transparent for infrared radiation and can be long-wavelength (to obtain infrared radiation located on the right side of the spectral region of the main spectral range), short-wavelength (to obtain infrared radiation located on the left side of the spectral region of the main spectral range) (to obtain infrared radiation located inside the spectral region of the main spectral range). Instead of band-pass filters, a combination of two sequentially installed long-wave and short-wave filters can be used. Since the surface of the filters is flat, they do not affect the geometric parameters of the beam exiting the radiation source. The transmittance can be brought up to 95% or more through the use of specially selected filter materials and antireflection coatings.

Пройдя через линзовую оптическую систему и фильтры, луч 12 инфракрасного излучения заданного спектрального диапазона попадает на объект, которым может быть обследуемая инфракрасным прибором поверхность, тестируемый инфракрасный прибор, система для газового анализа и др. Плотность мощности излучения от источника, падающего на объект (его освещенность), зависит от температуры источника типа черное тело, спектрального диапазона источника, задаваемого сменной линзовой системой и фильтра-ми, коэффициента пропускания линз, фильтров и воздуха и от отношения D²/d², где D - диаметр луча на расстоянии, где находится объект, а d - диаметр отверстия на излучателе типа черное тело. В том случае, когда световой луч является строго параллельным (угол его расходимости равен нулю) диаметр D равен диаметру линз в коллиматорной линзовой системе. В случае слишком высокой или слишком низкой облученности объекта диаметр D можно скорректировать за счет смещения коллиматорной линзовой системы в осевом направлении, поскольку она выполнена подвижной. Величина освещенности объекта получается в результате интегрирования уравнения Планка для абсолютно черного тела в данном спектральном диапазоне.After passing through the lens optical system and filters, the infrared ray 12 of a given spectral range hits an object, which can be a surface examined by an infrared device, a tested infrared device, a system for gas analysis, etc. The radiation power density from a source incident on an object (its illumination ) depends on the temperature of the blackbody type source, the spectral range of the source specified by the interchangeable lens system and filters, the transmittance of lenses, filters and air and from the ratio D ² / d ² , where D is the diameter of the beam at a distance where the object is located, and d is the diameter of the hole on the blackbody emitter. In the case when the light beam is strictly parallel (its divergence angle is zero), the diameter D is equal to the diameter of the lenses in the collimator lens system. In case of too high or too low irradiation of the object, the diameter D can be adjusted due to the displacement of the collimator lens system in the axial direction, since it is movable. The magnitude of the illumination of the object is obtained by integrating the Planck equation for a completely black body in a given spectral range.

Инфракрасное излучение невидимо для человеческого глаза, что вызывает определенные проблемы при использовании источника, особенно если облучение проводится на сравнительно большом расстоянии или облучению подлежат отдельные детали объекта. Для наведения излучателя на цель используется дополнительный источник 13 направленного светового излучения, направление луча 14 которого параллельно оптической оси сменной линзовой системы. В качестве подобного источника удобнее всего использовать маломощный световой лазер (например, на фотодиодах), поскольку он дает достаточно тонкий, практически нерасходящийся световой луч. При строго параллельной осевой установке дополнительного источника расстояние от его светового пятна до центра пятна от источника инфракрасного излучения равно расстоянию между оптическими осями этих источников.Infrared radiation is invisible to the human eye, which causes certain problems when using the source, especially if the radiation is carried out at a relatively large distance or individual parts of the object are subject to radiation. To direct the emitter to the target, an additional source 13 of directional light radiation is used, the direction of the beam 14 of which is parallel to the optical axis of the interchangeable lens system. As a similar source, it is most convenient to use a low-power light laser (for example, on photodiodes), since it gives a rather thin, practically non-diverging light beam. With a strictly parallel axial installation of an additional source, the distance from its light spot to the center of the spot from the infrared radiation source is equal to the distance between the optical axes of these sources.

Пример использования источника.An example of using a source.

Проводится тепловизионное обследование объекта, поверхность которого имеет коэффициент излучения на уровне ε=0,8 и температуру, близкую к 300 K. Поверхность подвержена внешнему излучению со средней температурой 250 K (обследование в зимнее время. Источником внешнего излучения являются окружающие сооружения и затянутое облаками небо). Рабочий спектральный диапазон тепловизионного прибора составляет 8-14 мкм. Съемка производится на близком расстоянии (в пределах нескольких десятков метров) так, что поглощение излучения воздухом пренебрежимо мало. В данных условиях тепловизионный прибор воспринимает излучение от объекта с плотностью мощности излучения 152 Вт/м², в том числе, собственное излучение объекта 138 Вт/м² и отраженное внешнее излучение 14 Вт/м².A thermal imaging survey of an object is carried out, the surface of which has an emissivity of ε = 0.8 and a temperature close to 300 K. The surface is exposed to external radiation with an average temperature of 250 K (examination in winter. The source of external radiation is the surrounding structures and the sky covered with clouds ) The working spectral range of the thermal imaging device is 8-14 microns. Shooting is carried out at a close distance (within a few tens of meters) so that the absorption of radiation by air is negligible. Under these conditions, a thermal imaging device receives radiation from an object with a radiation power density of 152 W / m ² , including the object’s own radiation of 138 W / m ² and reflected external radiation of 14 W / m ² .

В процессе проведения съемки коэффициент излучения поверхности достоверно не известен, что может привести к неверным измерениям температуры поверхности. Для его оценки применяется методика, основанная на подсветке объекта источником облучения с известными характеристиками (Е.В. Левин, А.Ю. Окунев, Н.П. Умнякова, И.Л. Шубин Основы современной строительной термографии - М.: НИИСФ РААСН, 2012. - 176 с).During the survey, the emissivity of the surface is not reliably known, which can lead to incorrect measurements of the surface temperature. To evaluate it, a technique is used based on the illumination of an object by an irradiation source with known characteristics (E.V. Levin, A.Yu. Okunev, N.P. Umnyakova, I.L. Shubin Fundamentals of modern building thermography - M .: NIISF RAASN, 2012 .-- 176 s).

Для этого используется источник направленного инфракрасного излучения по данной полезной модели со следующими параметрами. Температура источника установлена равной 700 К. Диаметр выходного отверстия d=15 мм. Диаметр линзы D=50 мм. Подсветка производится в трех спектральных диапазонах 8-14, 8-10 и 8-12 мкм. Для этого на источнике установлена линзовая система со спектром пропускания Δλ₁=8-14 мкм. Первый фильтр коротковолновый с границей пропускания 10 мкм. Второй фильтр также коротковолновый с границей пропускания 12 мкм. Коэффициент пропускания линзовой системы и фильтров k=0,9. В качестве материала фильтров используются фториды щелочных металлов с подобранной толщиной. Материал линзы - просветленный германий. Подсветка проводится с расстояния 3 метра. Первая подсветка и съемка поверхности тепловизионным прибором проводятся без использования фильтров, затем ставится первый фильтр и проводится съемка, а после съемки он заменяется на второй фильтр.For this, a directional infrared radiation source is used according to this utility model with the following parameters. The temperature of the source is set equal to 700 K. The diameter of the outlet is d = 15 mm. Lens diameter D = 50 mm. The backlight is produced in three spectral ranges of 8-14, 8-10 and 8-12 microns. For this, a lens system with a transmission spectrum Δλ ₁ = 8-14 μm is installed at the source. The first filter is short-wave with a transmission limit of 10 μm. The second filter is also short-wave with a transmission limit of 12 μm. The transmittance of the lens system and filters k = 0.9. Alkali metal fluorides with a selected thickness are used as filter material. The lens material is enlightened germanium. Illumination is carried out from a distance of 3 meters. The first illumination and shooting of the surface with a thermal imaging device are carried out without the use of filters, then the first filter is placed and shooting is carried out, and after shooting it is replaced by a second filter.

В таблице 1 приведены величины освещенности поверхности, которую создает источник, и регистрируемая плотность мощности, которая поступает на тепловизионный прибор в излучении от источника, отраженного объектом.Table 1 shows the magnitude of the illumination of the surface that the source creates, and the recorded power density, which is supplied to the thermal imaging device in radiation from the source reflected by the object.

Таблица 1Table 1 Длинны волн излучения от источника, мкм |The wavelengths of radiation from the source, microns | 8-148-14 8-108-10 8-128-12 Освещенность поверхности, Вт/м² Illumination of the surface, W / m ² 256256 131131 208208 Регистрируемая плотность мощности, Вт/м² Recorded power density, W / m ² 5151 2626 41,741.7

Таблица 2table 2 Длинны волн излучения от источника, мкмThe wavelengths of radiation from the source, microns 8-148-14 8-108-10 8-128-12 Освещенность поверхности, Вт/м² Illumination of the surface, W / m ² 110110 56,556.5 9090 Регистрируемая плотность мощности, Вт/м² Recorded power density, W / m ² 2222 11eleven ^18eighteen

Как видно, во всех диапазонах тепловизионный прибор воспринимает от источника отраженное излучение, которое достаточно различимо на фоне собственного излучения поверхности и внешнего отраженного излучения.As can be seen, in all ranges the thermal imaging device receives reflected radiation from the source, which is quite distinguishable against the background of the surface’s own radiation and external reflected radiation.

Если источник излучения расфокусировать с помощью перемещения линзовой системы, то мощность видимого тепловизионным прибором излучения от источника уменьшится. В таблице 2 приведены данные, соответствующие углу расходимости луча от источника 0,25°.If the radiation source is defocused by moving the lens system, the power of the radiation visible from the thermal imaging device from the source will decrease. Table 2 shows the data corresponding to the angle of divergence of the beam from the source of 0.25 °.

Claims

1. A source of directional infrared radiation with interchangeable spectral ranges, including a blackbody emitter with a round hole for radiation output, a collimator optical system for beam formation of directional radiation and interchangeable spectral filters, characterized in that the collimator optical system is made in the form of a mounted opposite the hole and movable in the axial direction of the interchangeable lens system with an optical axis passing through the axis of the hole, the lenses of the interchangeable lens system are made and materials having a selectively high infrared radiation transmittance in the spectral range covering all asked replaceable spectral ranges, and the output lens system is mounted removable fastening device to be mounted two removable spectral filters.

2. The directional infrared radiation source according to claim 1, characterized in that an additional source of directional light radiation is installed on it, the beam direction of which is parallel to the optical axis of the interchangeable lens system.

3. The source of directional infrared radiation according to claim 2, characterized in that a laser is used as an additional source of directional light radiation.