كيف يدرك النظام البصري بالأشعة تحت الحمراء تقنية المعالجة الحرارية؟
تعمل أنظمة الأشعة تحت الحمراء الضوئية غالبًا في بيئات ذات نطاق درجات حرارة كبير نسبيًا. إن معامل التمدد الحراري للمواد البصرية والمواد الميكانيكية والتغير في معامل انكسار المواد البصرية مع درجة الحرارة سيؤثر بشكل خطير على أداء النظام البصري.
بالمقارنة مع المواد البصرية في نطاق الضوء المرئي، فإن معامل الانكسار لمعظم المواد الضوئية بالأشعة تحت الحمراء يتغير مع تدرج درجة الحرارة dn/dt كبير نسبيًا، وبالتالي فإن التأثير الحراري للنظام البصري بالأشعة تحت الحمراء أكثر وضوحًا.
من أجل الحصول على جودة صورة مرضية، يمكننا استخدام الطرق الميكانيكية (الكهروميكانيكية) أو الطرق البصرية لتحقيق الحرارة الحرارية للنظام. على سبيل المثال، استخدم نظام مؤازر يدوي أو مغلق الحلقة لضبط المسافة بين الأجزاء البصرية لتحقيق إعادة التركيز. النظام في ظل بيئة درجة الحرارة الجديدة. أو عن طريق اختيار المواد البصرية المناسبة وتوزيع الطاقة الضوئية لكل مكون بصري بشكل عقلاني لتحقيق الحرارية البصرية. فيما يلي الطريقة المحددة للنظام البصري بالأشعة تحت الحمراء لتحقيق تكنولوجيا المعالجة الحرارية.
الطريقة البصرية (تقنية الحرارية البصرية)
نقطة البداية الأساسية لتكنولوجيا المعالجة الحرارية الضوئية هي استخدام خصائص درجة الحرارة للمواد البصرية المختلفة، مثل معامل التمدد الخطي، وتدرج درجة حرارة معامل الانكسار، وما إلى ذلك.
أثناء تلبية متطلبات جودة التصوير للنظام، يتم اختيار المواد بشكل مناسب وتوزيع الطاقة الضوئية لكل عدسة بشكل معقول، بحيث يتوافق مقدار إلغاء التركيز البؤري للنظام البصري بأكمله نفسه مع التمدد الحراري لأسطوانة العدسة، وينتمي تصميم الحراري البصري إلى تعويض درجة الحرارة السلبية.
من أجل الحصول على نظام بصري لا يزيل الانحراف اللوني فحسب، بل يزيل الانحراف اللوني أيضًا، يجب استيفاء الشروط الثلاثة التالية: الطاقة الضوئية، والانحراف اللوني، وتبديد الحرارة. يحتاج النظام البصري إلى المساهمة بثلاث قوى بصرية على الأقل لتحقيق الإزالة المتزامنة للانحرافات الحرارية واللونية.
يتم إيلاء اهتمام خاص لحقيقة أن النظام البصري يساهم بثلاث قوى بصرية على الأقل. وهذا لا يعني أن النظام البصري يحتاج إلى ثلاث عدسات على الأقل. على سبيل المثال، يمكن استخدام سطح حيود في النظام للمساهمة في الطاقة الضوئية، وبالتالي تقليل عدد العدسات.
في عملية التصميم الحراري للنظام البصري بالأشعة تحت الحمراء، ينبغي الاهتمام بالمسائل التالية.
(1) مع تغير درجة الحرارة، يتم تدمير علاقة تعويض الانحراف الأصلية، وقد يتغير موضع التركيز الأفضل للنظام بشكل غير خطي مع تغير درجة الحرارة.
(2) بالنسبة لنظام الانعكاس، إذا كانت مادة المرآة هي نفس مادة أسطوانة العدسة (أو كانت المادة لها نفس معامل التمدد الحراري)، فعندما تتغير درجة الحرارة، سيقوم النظام فقط بالتكبير أو التصغير إلى حد ما، وسوف تؤثر درجة الحرارة على أداء النظام. ليست كبيرة، من حيث المبدأ، لا يلزم تصميم تبديد الحرارة.
(3) نظرًا لأن أسطوانة العدسة الميكانيكية المستخدمة في تركيب العدسة معقدة في معظم الحالات، فإن طريقة تمدد (أو انكماش) أسطوانة العدسة ذات الهياكل المختلفة ليست بالضرورة هي نفسها عند تغير درجة الحرارة. استنادًا إلى معادلة التسخين، يتم إجراء تحليل محدد وفقًا للمشاكل المحددة لهياكل أسطوانة العدسة المختلفة لضمان تأثير جيد لتبديد الحرارة.
في ضوء العوامل غير المؤكدة المذكورة أعلاه، يجب أيضًا أن تكون الأنظمة البصرية المصممة بناءً على تقنية المعالجة الحرارية الضوئية مجهزة بروابط ضبط لضمان قابلية التصميم للاستخدام العملي وسلامته.
طريقة تعويض درجة الحرارة الميكانيكية (الكهروميكانيكية).
يمكن تقسيم تعويض درجة الحرارة الميكانيكية (الكهروميكانيكية) إلى تعويض نشط وتعويض سلبي. يستخدم التعويض النشط طرقًا يدوية أو ميكانيكية أو كهروميكانيكية لضبط آلية التعويض. يستخدم التعويض السلبي وسائل ميكانيكية وإلكترونية وغيرها لتحقيق إعادة التركيز التلقائي لسطح الصورة.
تعويض درجة الحرارة الميكانيكية (الكهروميكانيكية) النشطة
من النظرية الأساسية للبصريات، نعلم أنه عندما يتغير الموضع المحوري للعدسة (أو مجموعة العدسات) في النظام البصري، فإن موضع المستوى البؤري للنظام سيتغير وفقًا لذلك. يستخدم تعويض درجة الحرارة النشطة هذا المبدأ لإعادة إنتاج النظام. يمكن أن تكون طريقة التركيز والضبط يدوية أو كهربائية.
من أجل تحسين حساسية الضبط والحفاظ على استقرار المحور البصري، تتطلب طريقة تعويض درجة الحرارة هذه عمومًا آلية نقل ميكانيكية دقيقة. في الوقت نفسه، يجب التحقق من السكتة الدماغية المطلوبة لعدسة تعويض درجة الحرارة، ويجب تحديد العدسة الأكثر حساسية المتأثرة بسطح التركيز كعنصر تعويض درجة الحرارة.
إن هيكل النقل الميكانيكي الأساسي لطريقة التعويض هذه هو في الأساس نفس آلية التركيز للنظام البصري. هذه الطريقة بسيطة من حيث المبدأ وسهلة التنفيذ، ولكنها تزيد من وزن الجهاز البصري، وفي الوقت نفسه تؤدي بسهولة إلى أخطاء في التصويب.
التعويض الميكانيكي (الكهروميكانيكي) لدرجة الحرارة السلبية
مبدأ التعويض الميكانيكي (الكهروميكانيكي) لدرجة الحرارة السلبية هو في الأساس نفس مبدأ تعويض درجة الحرارة النشطة، باستثناء أن طريقة تغيير مجموعة العدسات قد تغيرت. إنها تستخدم مواد أو آليات معينة ذات وظائف خاصة لتحقيق التعديل التلقائي.
(1) تعويض درجة الحرارة السلبية الميكانيكية
يستخدم تعويض درجة الحرارة السلبي الميكانيكي مادتين بمعاملات تمدد مختلفة كالأسطوانة الداخلية لأسطوانة العدسة. عندما تتغير درجة الحرارة المحيطة، فإن تمدد أو انكماش البرميل الداخلي يدفع عدسة التعويض إلى التحرك محوريًا لتحقيق استقرار المستوى البؤري. تتطلب طريقة التعويض هذه اختيارًا معقولًا للمواد ذات معاملات التمدد والأطوال المناسبة والمطابقة مع النظام البصري.
(2) تعويض درجة الحرارة الكهروميكانيكية السلبية
طريقة تعويض درجة الحرارة الكهروميكانيكية السلبية. في هذه الطريقة، بعد أن يقوم مستشعر درجة الحرارة بقياس درجة الحرارة المحيطة، فإنه ينقل الإشارة إلى وحدة التحكم. تحصل وحدة التحكم على مقدار الحركة المطلوب من قاعدة البيانات وفقًا لقيمة درجة الحرارة وتقوم بتشغيل المحرك لإكمال تعويض درجة الحرارة. يجب معايرة البيانات الموجودة في قاعدة البيانات بدقة مسبقًا. سيؤدي التعويض الميكانيكي (الكهروميكانيكي) لدرجة الحرارة السلبية إلى حدوث أخطاء إضافية في التصويب.
ما ورد أعلاه يتحدث على وجه التحديد عن طريقة تعويض درجة الحرارة للنظام البصري بالأشعة تحت الحمراء، لكن النظام البصري الفعلي لا يمكنه تحقيق تعويض صارم لدرجة الحرارة، أي أنه في نطاق درجة حرارة معين، لا يمكن أن يكون سطح الصورة للنظام متسقًا مع تغيير العدسة برميل ذو هيكل معقد، الأمر الذي يتطلب التسامح مع الخطأ لتعويض درجة الحرارة.
بالمعنى الواسع، يمكن اعتبار عدم تركيز الصورة الناتج عن درجة الحرارة نوعًا من الانحراف. وفقا لقانون رايلي لانحراف النظام البصري، ينبغي التحكم في خطأ تعويض درجة الحرارة عند الحد الأقصى لانحراف الموجة الذي يقل عن 1/4 طول الموجة.
إذا كانت العدسة لا تسمح بتدخل المستخدم أثناء الاستخدام (على سبيل المثال، تم تركيبها في بيئة غير مراقبة)، فيجب أن يتم تسخين عدسة الأشعة تحت الحمراء حرارياً. تعتمد عدسة LWIR التي تنتجها شركة Quanhom تقنية المعالجة الحرارية الجيدة لضمان الأداء المستقر أثناء عملية العمل. إذا كنت تريد معرفة المزيد عن الأنظمة البصرية بالأشعة تحت الحمراء، يمكنك الحصول على حلول احترافية من خلال الاتصال بنا.
بفضل التكنولوجيا الممتازة والخدمة المدروسة، أصبحت Quanhom واحدة من الشركات الرائدة في تصنيع المكونات الكهروميكانيكية الضوئية . لدينا فريق إنتاج محترف مخصص لإنتاج مجموعة متنوعة من العدسات البصرية بالأشعة تحت الحمراء عالية الجودة (بما في ذلك LWIR وMWIR وSWIR). سنقدم أيضًا خدمة شاملة ومدروسة ونطور حلولًا فعالة وفقًا للاحتياجات المتنوعة للعملاء. إذا كنت مهتمًا بالعدسة الضوئية بالأشعة تحت الحمراء، يرجى الاتصال بنا على الفور!