О тепловизорах (стр. 5 из 5)

Основные требования, предъявляемые к тепловизионной аппаратуре для снятия тепловых карт местности: рабочий спектральный диапазон должен соответствовать спектральным областям наибольшего пропускания инфракрасного излучения атмосферой и областям максимального излучения исследуемой поверхности; чувствительность и разрешающая способность должны позволять обнаруживать и регистрировать мелкие объекты с малыми температурными контрастами; угол обзора должен быть достаточно большим, но при этом ухудшение разрешающей способности на краю поля обзора не должно превышать допустимые значения.

Тепловизоры, предназначенные для снятия тепловой карты местности и устанавливаемые на летательных аппаратах (ЛА), выполняют сканирование мгновенного угла зрения только в плоскости, перпендикулярной направлению полета, обеспечивая просмотр по строке. Просмотр по кадру осуществляется за счет прямолинейного движения носителя аппаратуры. Обычно в таких тепловизорах применяют систему с оптико-механическим сканированием, реже — системы с электронным сканированием и самосканированием (на основе приборов с зарядовой связью, чувствительных в ИК. области спектра).

Предупреждение столкновений кораблей при их движениях на встречных курсах.

В корабельном тепловизоре, предназначенном для навигации в ночных условиях и предупреждения столкновений кораблей при их движении на встречных курсах, узел сканирования выполнен по схеме, но с вертикальной осью вращения зеркальной пирамиды (рис. 5.12). Головка прибора помещена в кардановый подвес и связана электрическими проводами и трубопроводами охлаждения ПИ с корпусом, который устанавливают на корабельной мачте. Для получения четкого изображения наблюдаемых теплоизлучающих объектов необходима большая частота вращения зеркальной пирамиды.

Достаточно большой кинетический момент вращающейся пирамиды используется в системе гироскопической стабилизации оси визирования тепловизора при качке корабля .

Медицинская диагностика.

Появление и развитие тепловидения позволило реализовать идею использования инфракрасного излучения человеческого тела для медицинской диагностики. Одно из первых сообщений о возможности радиометрического обнаружения опухоли молочной железы было сделано Р. Лоусоном , который показал, что температура над опухолью может отличаться от температуры тела в среднем на 1°. При клинических исследованиях была получена определенная корреляция между ростом температуры и степенью развития злокачественной опухоли. В результате исследований с применением эвапорографа оказалось, что этот прибор может быть использован для проведения профилактических обследований подобно тому, как флюорография применяется при обнаружении ранней стадии туберкулеза. Применение тепловизоров для исследования собственного теплового излучения тела человека позволило установить ряд показателей физиологического состояния его организма, связанных с распределением температуры по поверхности кожного покрова.

Тепловидение значительно расширяет обычные области применения ИК техники в медицине, так как позволяет не только фотографировать освещенную ИК лучами поверхность тела человека и расположенные вблизи от нее сосуды, но и наблюдать изображения, создаваемые собственным тепловым излучением тела. Особенность наблюдения в этой области ИК спектра состоит в том, что различные предметы, окружающие наблюдаемую поверхность, имеют близкую к ней температуру. Вследствие этого радиационные контрасты оказываются недостаточными для непосредственного наблюдения: даже разность температур 1 °С создает при длине волны 10 мкм контраст, примерно равный 1 %, что вдвое меньше минимального контраста, еще различимого глазом.

Причины возникновения температурных перепадов на поверхности тела человека продолжают широко обсуждаться, однако не вызывает сомнений прямая связь поверхностных температурных эффектов с процессами, происходящими в организме. Наряду с чисто физической природой возникновения температурных перепадов, существует еще зависимость их от работы вегетативной нервной системы, вызывающей при любых изменениях тепловой энергии внутренних органов эффект изменения кровенаполнения в сопряженной с ними подкожной сосудистой сети в рефлексогенной зоне, соответствующей данному органу, и, как следствие, изменения температуры. Свойства человеческой кожи в ИК диапазоне по излучательной способности близки к абсолютно черному телу. Среднее значение коэффициента излучения кожи принимают равным 0,97 и по различным данным он может иметь значение в пределах 0,84... 1,00, что приводит к ошибкам определения истинной температуры. Так, различия коэффициентов излучения кожи в 1 % эквивалентно перепаду температур в 1 °. Спектральный максимум излучения кожи

= 10.мкм. Изменение температуры фона также влияет на точность измерений,, например, при ее изменении от 25 до 15 °С ошибка составляет 0,3 °С при = 0,95, а при = 0,83 — 1,2 °С, т. е. погрешность измерения температуры растет при уменьшении 8. Температуру фона следует поддерживать с точностью С, что при = 0,97 обеспечит погрешность, не превышающую 0,05 °С.

Инфракрасное излучение в диапазоне 0,7...0,9 мкм проникает сквозь кожу на глубину около 3 мм, что позволяет регистрировать сосуды при освещении пациента ИК источником. Регистрация изображения в ближней ИК области возможна как с использованием соответствующих фотоматериалов,, так и аппаратуры на базе электронно-лучевых трубок типа видикон, электронно-оптических преобразователей.

Важное значение в медицинской тепловизионной диагностике имеют аппаратура, методики ее использования, помещение, где она установлена. В ГОИ имени С. И. Вавилова имеется «Планировочно-технологическое решение кабинета» для оснащения вновь строящихся лечебных учреждений, термографическими кабинетами, предназначенными для диагностики различных заболеваний и проведения массового профилактического осмотра населения.

Тепловидение является хотя и эффективным, но дополнительным методом при диагностике различных заболеваний; полезно сочетание тепловизионного метода исследования с другими, например, рентгенологическим, ультразвуковым, радиоизотопным, лазерным, охватывающими более широкий спектр электромагнитных волн [100].

Применяя иглотерапию или электроакупунктуру, также наблюдают с помощью тепловизора изменение порядка на 1 °С теплового поля кожи, позволяющее судить о ходе лечения, например, такого заболевания, как неврит лицевого нерва, биологически активные точки (БАТ), как правило, располагаются в областях с повышенной радиационной температурой. Отдельные БАТ могут наблюдаться тепловизором, особенно если в нем предусмотрено подавление низкочастотных составляющих спектра видеосигнала. Созданная в древности координатная привязка БАТ к поверхности тела человека достаточно универсальна. Поэтому предпринимаются попытки использовать существующую координатную привязку БАТ для систематизации тепловых полей человека и установления их связи с местоположением Б'АТ в частности с целью создания алгоритмов машинной диагностики заболеваний. Для координатной привязки термограммы и поверхности тела разработана система обозначений, упрощающая описание термограмм, статистическую обработку экспериментальных результатов.

Решение задач медицинской диагностики облегчается при наличии эталона, так называемой нормальной термограммы. Выявление разницы между нормой и патологией зависит от квалификации врача термолога. Наиболее полезным является периодическое, в течение жизни человека, его термографированне для сравнения настоящей и предыдущих термограмм. Для обнаружения патологии необходимо знать ориентировочные значения перепадов и абсолютных значений температур различных участков тела.

Заключение

Тепловизоры имеют огромное значение в настоящее время, и имеют большой спектр применения. Их применяют для снятия тепловых карт местности, тепловые карты позволяют судить о геологическом строении и полях активности кратеров, способствуют поискам и регистрации тепловых источников, гейзеров, мест подземных утечек в энергосистемах, позволяет своевременно обнаруживать очаги зарождающихся пожаров и определять границы крупных пожаров и т. д. А так же их применяют в медицине. Разработаны многочисленные методические рекомендации по применению тепловидения, например, при травмах опорно-двигательного аппарата, в диагностике повреждений нервных стволов верхних конечностей, урологии, органов дыхания и т. д. А так же тепловизоры используют для предупреждения столкновений кораблей на их движении на встречных курсах, при испытании автопокрышек, для контроля облицовочных плавильных печей и т. д.

Литература

1. Драгун В.Л. Тепловизионные системы в исследовании тепловых процессов./М.: Наука, 1967. – 256 с.

2. Криксунов Л.З. Тепловизоры./Киев.: Техника,1987.- 287 с.

3. Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы/М.: Высшая школа,1981.- 476 с.

4. Савельев И.В. Курс общей физики./М.: Астрель,2003.- 368 с.

5. Сивухин Д.В. Общий курс физики./М.: ФИЗМАТ МФТИ, 2002.- 782 с.