Инфракрасного излучения

ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (ОТ ЛЭТ.

ОПТИКА (греч. optike - наука о зрительных восприятиях, от optos - видимый, зримый) - раздел физики, в к-ром исследуются процессы излучения света, его распространение в разл. средах и взаимодействие света с веществом. О. изучает не только видимое излучение (свет), но также инфракрасное излучение и ультрафиолетовое излучение (включая мягкие рентгеновские лучи). Оптич. явления, объяснение к-рых осн. на представлении о световых лучах, рассматриваются в геометрической оптике. Вопросами природы света и закономерностей его испускания, распространения, рассеяния и поглощения в в-ве занимается физическая О. Явления дифракции, интерференции света и поляризации света рассматриваются в волновой О. Закономерности распространения света в в-ве в зависимости от его мол. строения (дисперсия света, поглощение света, рассеяние света и т.д.) -предмет изучения молекулярной оптики. Нелинейные оптич. эффекты рассматриваются в нелинейной оптике. Одним из важнейших разделов физ. О. является спектроскопия. Интегральная оптика изучает оптич. явления в плёночных и круглых световодах. О. активных сред занимается вопросами использования сред, усиливающих излучение. Восприятие света человеч. глазом изучается в физиологической О. и цвето-в еде ни и, к-рые тесно соприкасаются с физ. и геом. О. Законы О. и оптич. методы исследования широко используются для изучения строения и св-в вещества, в количеств, и качеств, анализе, а также в светотехнике, приборостроении, автоматике и т.д. См. также Кристаллооптика, Ме-таллооптика.

ОПТИЧЕСКИЙ РЕЛЕЙНЫЙ ЭЛЕМЕНТ -релейный элемент, реагирующий на изменение оптич. величин (освещённости, интенсивности светового потока, частоты световых колебаний). Содержит датчик оптич. величин -чувствительный элемент (напр., фотодиод, вакуумный или газонаполненный фотоэлемент, фотоумножитель) и пороговый элемент, обеспечивающий скачкообразное изменение состояния О.р.э. и, следовательно, его выходного сигнала. ОПТИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ - электро магн. излучение с длинами волн X, заключёнными между переходной областью рентгеновского излучения (А.» 1 нм) и переходной областью радиоизлучения (>,« 1 мм). О.и. делят на инфракрасное излучение, видимое излучение и ультрафиолетовое излучение.

Излучение есть результат внутриатомных процессов. В настоящем разделе нас будет интересовать расчетная сторона теплообмена излучением, и поэтому мы не будем рассматривать физическую природу лучистой энергии. Отметим лишь, что тепловые лучи представляют собой электромагнитные колебания с длиной волны К от 0,76 до 353 мк (это так называемое инфракрасное излучение).

ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (от лат. infra— ниже, под) — электромагнитное излучение, длины волн к-рого заключены в пределах от 0,77 мкм до 1 мм. И. и. испускают нагретые тела (напр., на И. и. приходится ок. 50% энергии излучения Солнца и ок. 95% энергии излучения ламп накаливания). Изучение спектров поглощения И. и. веществами помогает выяснить строение молекул. Св-во И. и. меньше, чем видимый свет, рассеиваться мутными средами используется в ИК фотографии. И. и. широко применяют в технике (см. Инфракрасная техника).

К ст. Инфракрасное излучение. Центральная часть ландшафта сфотографирована в инфракрасных лучах, боковые — в видимых лучах

ОПТИКА (греч. optike — наука о зрительных восприятиях, от optfis — видимый, зримый) — раздел физики, в к-ром рассматривается учение о свете и его взаимодействии с веществом. Совр. О. исследует не только видимое излучение (видимый свет), но также и не видимые глазом инфракрасное излучение и ультрафиолетовое излучение. Оптич. явления, для объяснения к-рых достаточны приближённые представления о световых лучах и экспериментально установл. закономерности отражения и преломления этих лучей на границе раздела 2 сред, рассматриваются в геометрической оптике. Гл. часть О. составляет физическая О., занимающаяся выяснением природы света и закономерностей его испускания, распространения, рассеяния и поглощения в веществе. Явления дифракции, интер-

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ — возмущения электромагнитного поля (т. е. перем. электромагнитное поле), распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью (см. Скорость света и Фазовая скорости). Э. в., кроме нек-рых спец. случаев,— поперечные волны: в каждой точке поля Э. в. векторы Е и Н напряжённостей электрич. и магнитного полей колеблются, оставаясь в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения Э. в. Кроме того, в каждой точке векторы Е и Н колеблются в одной фазе и всегда взаимно перпендикулярны (см. также Поляризация волн и Поляризация света). Особенности Э. в. и законы их распространения описываются Максвелла уравнениями. В зависимости от частоты (или длины волны в вакууме), а также от источников излучения и способов возбуждения различают следующие виды Э. в.: радиоволны, оптическое излучение, включающее инфракрасное излучение, видимое излучение и ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма-лучи. Перенос энергии Э. в. характеризуется Пойнтинга вектором. На границе раздела 2 сред происходит отражение и преломление Э. в., а при их распространении в среде возможны явления дисперсии волн, дифракции, интерференции, поглощения, рефракции волн и рассеяния волн, а также двойного лучепреломления.

Бесконтактные методы теплового контроля основаны на использовании инфракрасного излучения, испускаемого всеми нагретыми телами. Инфракрасное излучение занимает широкий диапазон длин волн от 0,76 до 1000 мкм. Спектр, мощность и пространственные характеристики этого излучения зависят от температуры тела и его излу-чателыюй способности, обусловленной, в основном, его материалом и микроструктурными . характеристиками излучающей поверхности. Например, шероховатые поверхности излучают сильнее, чем зеркальные. При повышении температуры мощность излучения

висто-сернистых стекол, пропускающих инфракрасное излучение в диапазоне 1,5—14 мкм, позволяет в сочетании с соответствующими детекторами (п.ировидикон, охлаждаемые фотосопротивления из сурьмянистого индия и др.) регистрировать тепловое излучение находящихся в трудно доступных полостях объектов с температурами 20—100 °С. Эти световоды имеют ; высокий показатель преломления и апертуру, выше 1, что позволяет в :сочетании с высоким уровнем топологической мобильности, присущей волоконной оптике, создавать системы контроля, энергетическая чувствительность которых значительно превосходит возможности классиче- ' ской оптики.

Инфракрасные приборы, основанные на поглощении инфракрасных лучей, получили широкое применение в различных отраслях промышленности для определения концентрации окиси углерода (СО), двуокиси углерода (СО2), аммиака (МН3) и других газов [16]. Это объясняется тем, что в инфракрасной области спектра газы имеют весьма интенсивные и отличительные друг от Друга, по положению в спектре, полосы поглощения. Инфракрасные лучи поглощают все газы, молекулы которых состоят не менее чем из двух различных атомов. Этим определяется широкий круг пробных веществ, которые можно использовать в процессе контроля герметичности изделий (закись азота, пары фреона, аммиак и др.). В зависимости от принципа действия луче-приемника инфракрасные "устройства делятся на несколько групп. На рис. 7 схематично показан оптико-акустический лучеприемпик 1, в котором находится газ, способный поглощать инфракрасные лучи. Окно 2 этого луче-приемника выполнено из материала, пропускающего инфракрасное излучение. Через это окно поступает поток инфракрасного излучения от источника 3, прерываемый с определенной частотой обтюратором 4, приводимым в действие синхронным двигателем 5. Вследствие этого газ будет периодически нагреваться за счет поглощения энергии и в замкнутом объеме луче-приемника возникнут периодические колебания температуры, вызывающие колебания давления газа, которые преобразуются конденсаторным микрофоном 6 в электрический выходной сигнал.

Для анализа СО в ОГ применяются в основном методы инфракрасной спектроскопии (ИКС). ИКС базируется на селективном поглощении инфракрасного излучения в области длин волн 4,7 мкм. ИКС-анализаторы обладают высокой селективностью, стабильностью и надежностью показаний. Преимущественное распространение получили бездисперсионные анализаторы, работающие на полихроматическом излучении, в которых применяются оптико-акустические детекторы, заполненные анализируемым газом. Эти приборы отличают простота и надежность конструкции; устойчивость к механическим и тепловым нагрузкам, что и определило их преимущественное распространение. При заполнении рабочих полостей другим газом (метаном, сернистым ангидридом, двуокисью углерода, окисью азота) и соответствующей корректировке оптической и измерительной систем ИКС-анализаторы могут быть использованы и для анализа других компонентов отработавших газов.

Тепловой метод контроля основан на регистрации инфракрасного излучения. Тепловым источником нагревают контролируемый объект. В зоне несплошности отвод теплоты происходит с иной интенсивностью по сравнению с хороню проваренным участком шва. Возникающие температурные градиенты в несколько десятых градуса предопределяют различие в тепловом инфракрасном излучении этих участков, которое регистрируется соответствующим приемником и затем преобразуется в электрические сигналы. Это позволяет выя'иять как поверхностные, так и внутренние дефекты.

71. В чем состоит газолюминесцентный способ контроля с применением фреона; с применением инфракрасного излучения?

Тепловой метод контроля основан на регистрации инфракрасного излучения, исходящего от поверхности нагретого тела. Тепловым источником нагревают контролируемый объект. В зоне несплошности отвод теплоты происходит с иной интенсивностью по сравнению с хорошо проваренным участком шва. Возникающие температурные градиенты в несколько десятых градуса предопределяют различие в тепловом инфракрасном излучении этих участков, которое регистрируется соответствующим приемником и затем преобразуется в электрические сигналы. Этот метод позволяет выявлять как поверхностные, так и внутренние дефекты в виде расслоений, пустот, раковин и других дефектов.

ка, присадочной проволоки и валики расплавленного металла. Съем информации осуществляется фотоэлектрически» датчиком с прострав-ственной и спектральной селекцией в области инфракрасного излучения по текущему положению пучка, проволоки и ванны. Система автоматически реагирует на объем расплавленного металла в ванне, обеспечивая постоянную выпуклость шва на всем его протяжения.

в которых осуществляется нагрев объекта (например, с помощью сканирующего луча инфракрасного лазера) с последующей индикацией градиентов температурного поля специальными датчиками-приемниками инфракрасного излучения, и пассивные методы, при которых используют собственное тепловое излучение объекта контроля. Более чувствительные — активные методы, выявляющие дефекты с эквивалентной площадью 10... 12 мм2. Контроль тепловыми методами производят с помощью электронных устройств — тепловизоров. Они позволяют выделять на тепловом изображении объекта области равных градиентов температур (изотерм) и отображать данные области с различной интенсивностью окраски на кинескопе. С помощью калибровки прибора по цветовой гамме автоматически фиксируются размеры дефектов.

науки и техники, разрабатывающая и использующая методы и средства для генерирования, обнаружения и измерения инфракрасного излучения. И.т. широко применяется для наблюдения и фотографирования в темноте, обнаружения объектов по их тепловому излучению, для скрытой сигнализации, земной и космич. связи, для дистанц. измерения темп-ры нагретых тел, самонаведения на цель снарядов и ракет, для пром. целей (напр., сушки и нагрева материалов и изделий, их неразрушающего контроля}, а также в мед. практике, для науч. исследований и т.д. См., напр., Болометр, Пирометр, Ночного видения приборы, Тепловизор.

жения инфракрасного излучения. Типичный П. - турмалин. ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСТВО (ОТ греч. руг -огонь) - возникновение электрич. зарядов на поверхности нек-рых кристаллич. диэлектриков (пироэлек-т р и к о в) при их нагревании или охлаждении. Поверхностная плотность возникающего электрич. заряда прямо пропорциональна скорости изменения темп-ры. Пироэлектрич. эффект используют для обнаружения ИК излучения (позволяет регистрировать изменения темп-ры с точностью до 10"6 °С).

ры, предназнач. для разложения излучений в спектр и его регистрации с целью проведения спектрального анализа. Оптические С.п. содержат 3 осн. части: осветительную, спектральную (диспергирующую) и регистрирующую. Различают С.п.: по виду спектральной системы (в зависимости от типа диспергирующего элемента) - призменные и с дифракц. решёткой; по виду оптич. системы -линзовые и зеркальные; по рабочей области спектра - для ультрафиолетового излучения, видимого излучения (света) и инфракрасного излучения; по способу регистрации - с визуальной (спектроскопы), фотогр. (спектрографы) или фотоэлектрич. (спектрометры, спектрофотометры) регистрацией. С.п. в радиоспектроскопии - радиоспектроскопы - работают с радиоизлучением в области миллиметровых и сантиметровых волн.

Остекление кабин и помещений, где находятся пульты управления высокотемпературных установок и печей, выполняется стеклами, содержащими оксиды железа и ванадия, которые поглощают около 70% инфракрасного излучения в интервале длин волн 0,7...3 мкм.

ИНФРАКРАСНАЯ ТЁХНИКА-приборы, устройства, системы, действие к-рых основано на использовании невидимого для глаза инфракрасного излучения. Существуют инфракрасного излучения источники и приёмники: болометры, термоэлементы.