اجزاء سیستم تصویر بردار حرارتی

سیستم تصویر بردار حرارتی از چهار قسمت عمده تشکیل شده است که به شرح ذیل می باشند :

 

1. سیستم اپتیک جمع کننده  (Objective ) :

 وظیفه این قسمت جمع آوری تابش حرارتی جسم و کانونی نمودن آن در یک نقطه و ایجاد یک تصویر حرارتی از جسم   می باشد . مجموعه شیئی یک دوربین حرارتی نیز همانند دوربینهای دید در شب از چند عدسی و آیینه تشکیل شده اما جنس آنها متفاوت می باشد . در این دوربینها از موادی استفاده می شود که در برابر تابش مادون قرمز شفاف باشند . ( مانند : ژرمانیوم و سیلیکون )

 

2. آشکار ساز (Detector ) :

آ‎شکارسازها وسایلی هستند که تابش مادون قرمز جمع آوری شده توسط مجموعه شیئی را جذب می کنند که با جدب این تابش ، یکی از خواص الکتریکی آنها تغییر می کند ( هدایت الکتریکی یا تغییر مقاومت و یا ایجاد ولتاژ ) و همین تغییر باعث ایجاد سیگنال الکتریکی می شود . پس از  این که آشکار سازها ، فوتونهای مادون قرمز را تبدیل به سیگنالهای الکتریکی نمودند این سیگنالها توسط قسمت الکترونیکی دوربین ، تقویت و پردازش می شوند و سپس توسط وسایلی از قبیل دیودهای گسیلنده نور ( LED ) یا دیودهای کریستال مایع ( LCD ) و یا میکرو مانیتور به فوتونهایی با طول موج مرئی تبدیل می شوند و در واقع یک تصویر مرئی حاصل می شود . هر المان آشکار ساز تنها می تواند یک نقطه از جسم را به تصویر مرئی تبدیل نماید  بنابراین برای داشتن تصویری دوبعدی و با کیفیت بالا باید ابعاد المانها و فواصل بین آنها بسیار کوچک و تعداد آنها بسیار زیاد باشد . با توجه به ساختار ریز المانها ، ساخت آشکارسازها بسیار مشکل می باشد  و بجای اینکه در آرایه های دو بعدی تولید شوند ، اغلب به صورت آرایه های خطی ارائه می شوند . یک آرائه خطی تنها می تواند یک خط از هدف را تصویر نماید و برای داشتن تصویر دو بعدی از اسکنر استفاده می شود .

 

انواع آشکار سازها

آشکار سازها بر اساس نحوه ایجاد سیگنال الکتریکی به انواع مختلفی تقسیم می شوند :

الف ) آشکارسازهای حرارتی

یک آشکار ساز حرارتی انرژی تابشی را جذب کرده و همین امر سبب تغییر خصوصیات الکتریکی آشکار ساز می شود . پاسخ الکتریکی ناشی از تغییر دمای هدف ، یک سیگنال الکتریکی ایجاد کرده که این سیگنال می تواند تقویت شده و نمایش داده شود . یکی از برجسته ترین خصوصیات آشکارسازهای حرارتی ، پاسخ دهندگی یکسان آشکار ساز به تمامی طول موجها       می باشد . این خصوصیت سبب کاربرد سیستم آشکار ساز در محدوده دمایی وسیعی می شود .

فاکتور مهم دیگر این است که آشکار سازهای حرارتی نیازی به خنک کننده نداشته باشد . پاسخ زمانی اینگونه آشکار سازها در حدود میلی ثانیه بوده و نسبتاً کند می باشد .

در انتخاب نوع آشکار ساز و سیستم حرارتی باید توزیع دمایی هدف ، دمای پس زمینه و دیگر پارامترهای مؤثر در نظر گرفته شوند .

 

ب ) آشکار سازهای فوتونی یا کوانتمی

آشکار سازهای فوتونی بر اساس اثر فوتون عمل می نمایند . این آشکار سازها بسیار سریع تر از آشکار سازهای حرارتی بوده و پاسخ آنها در حدود میکرو ثانیه است . همچنین آشکار سازی آنها نیز بالاتر است . البته برای رسیدن به این مرتبه آشکار سازی بایستی آشکار ساز سرد شود و برای کاهش دما ، کولرهای ترموالکتریک در یک یا چندین مرحله بکار گرفته می شوند .    

 

آشکار سازهای متداول :

تلاش برای توسعه تکنولوژی آشکار سازهای مورد استفاده در تصویر برداری حرارتی با رعایت شرایط اتمسفر و تابش گسیلی،  از اهداف مهم سازندگان این نوع سیستمها می باشد . همیشه آشکار سازهایی هستند که تحت این شرایط نتایج مناسب را دارا باشند . از انواع آشکار سازها می توان به Si  ،  HgCdTe  ( کادیوم تلوراید جیوه )  و Insb  ( ایندیم آنتیموان ) اشاره نمود .

تا کنون در اکثر سیستمهای تصویر بردار حرارتی نظامی از آشکار ساز های HgCdTe  ( ناحیه 12 - 8 میکرو متر ) و Insb  

( ناحیه 5 - 3 میکرو متر ) استفاده شده است . زیرا بعلت تکنولوژی پیچیده آنها و همچنین نیاز آنها به سیستم خنک کننده       ( Cooling ) تا 80 درجه کلوین (‌ و نتیجتاً افزایش حجم ، وزن و قیمت ) همیشه جایگزین کردن آنها با آشکار سازهایی که همان پاسخ را داشته باشد ولی نیازی به خنک سازی نیازی نداشته باشد مد نظر بوده است .

 

اسکنرها ( Scanner ) :

در برخی از سیستمهای تصویر بردار حرارتی ، یک اسکنر وجود دارد که وظیفه آن انتقال اطلاعات صفحه هدف بروی آشکار ساز می باشد . در واقع اسکنر نقاط مختلف موضوع را بترتیب زمانی و به صورت خط به خط برای آشکار ساز ارائه می نماید.

 

3. مدارات الکترونیکی :

این قسمت شامل منابع تغذیه ، بایاس ها ، تقویت گرها ، پردازشگرها و نمایش گر است .

 

4. سیستم اپتو مکانیک (Eyepice ) :

مجموعه چشمی قابلیت روئیت تصویر تشکیل شده را به ناظر می دهد .

 

نکته : در برخی از سیستمهای مادون قرمز آرایه ای از دتکتورها مورد استفاده قرار می گیرد و نیازی به اسکنر نمی باشد .