ных кривых излучения) r(k, T)=f(h) пользуются табл. 28-3.

Порядок вычисления спектральной кривой излучения

1. Определяем

2 896 т= гк [МКМ].

2. Задаваясь различными значениями X, находим х, а затем по табл. 28-3 определяем у.

Полученные величины достаточны для построения спектральных кривых излучения в относительных единицах. Если кривые должны быть построены в абсолютных единицах, то

3. Вычисляем rm{\, Т).

4. Находим

г (Я, Т) = yrm(K, Г).

Тепловые источники ИКИ

Искусственные источники ИКИ. Лампы накаливания. В качестве источника излучения используется вольфрамовая нить, помещенная в вакууме или в атмосфере инертных газов. Вольфрам обладает избирательным излучением в видимой области спектра. Длинноволновые ИКИ вольфрамовой нити не пропускаются стеклом баллона лампы накаливания, но сам баллон, нагреваясь поглощаемым лучистым потоком, является источником длинноволновых ИКИ. Спектральная излучаемость лампы накаливания представлена в табл. 28-4.

Таблица 28-4 Спектральная излучаемость лампы накаливания (Г=2 854°К)

Экономичность лампы накаливания как источника видимых излучений характеризуется ее светоотдачей £, т. е. отношением излучаемого светового потока к мощности, потребляемой лампой. У современных ламп накаливания £=10-=-20 лм)вт. Экономич-

ность лампы накаливания как источника ИКИ характеризуется отношением излучаемого приведенного потока (см. стр. 628) к мощности, потребляемой лампой. При изменении напряжения U относительно его номинального значения U0 параметры лампы накаливания изменяются в соответствии с формулами:

/ U \3.6

световой поток F = Е0 I ) > ( С/\2

световая отдача £ = £n I - I ;

I и V3

температура нити Т = Т0 I -- I ;

I U \- срок службы t -101 - I

Если лампа накаливания питается переменным током с частотой 50 гц, то ее излучение содержит переменную составляющую с частотой 100 гц и постоянную составляющую.

Г л о б а р. Представляет собой стержень из карбида кремния длиной в несколько сантиметров н диаметром около 5 мм, который нагревается в воздухе электрическим током (5-6 а) до Т=1 400°К. Коэффициент излучения Глобара равен 0,8 в диапазоне длин волн от 2 до 14 мкм.

Штифт Нернста. Трубка длиной 3 см н диаметром 2 мм, изготовленная нз смеси окислов циркония и нттрия, нагревается до Г=2 000°К током 0,9 а прн напряжении 220 е. Штифт имеет отрицательный температурный коэффициент сопротивления, и поэтому его необходимо подключать к сети последовательно со стабилизирующим сопротивлением. Электромагнитный спектр излучения штифта близок к излучению абсолютно черного тела в диапазоне от видимых излучений до длины волны порядка 15 мкм.

Естественные источники ИКИ. Излучение естественных источников очень важно при использовании различных ИК-прнборов в реальных условиях. В некоторых случаях это излучение является источником подсветки наблюдаемых объектов, в других случаях оно создает мешающий фон, который должен быть устранен с помощью различных методов селекции.

При анализе влияния фона на ИК-при-боры необходимо пользоваться суммарными характеристиками фона, учитывающими как нзлучательную, так н отражательную способность фона (см. § 28-4).

Излучение Солнца. Солице имеет цветовую температуру, близкую к 6 000° К. Угловой размер Солнца составляет 32. Солнце создает на границе атмосферы облученность в 1 310 вт/м2, что соответствует солнечной постоянной, т. е. плотности падающей лучистой энергии в 1,8 кал на 1 смг в минуту.

При прохождении солнечных излучений через атмосферу нх электромагнитный

спектр искажается (рис. 28-8) из-за поглощения лучистого потока атмосферой.

Освещенность земной поверхности Солнцем изменяется в широких пределах в зави-

чений и собственных излучений земных образований (почва, растительность, вода). Электромагнитный спектр отраженных излучений определяется спектральным составом

н20 с02

О 0,2dyis о\ок0 1,1 Ъ V W WWWtftt?3,z2tw

Рис. 28-8. Спектр излучения Солнца.

/ - вне атмосферы; 2 - на уровне моря; 3 - спектр излучения абсолютно черного тела при Т-Ь 000° К.

симости от времени года, времени суток (рнс. 28-9), географических координат освещаемого участка, состояния атмосферы. В освещенности земной поверхности помимо прямых солнечных излучений значительную

2 б а юн ft rs.

го v.

Рис. 28-9. Суточное изменение облученности земной поверхности в средних широтах.

Сплошные кривые - облученность на плоскости, перпендикулярной лучам Солнца; пунктирные кривые- облученность на горизонтальной плоскости.

часть (до 30%), особенно при малых высотах Солнца, составляет рассеянное атмосферой солнечное излучение.

Излучение Луны. Цветовая температура Луны в видимой области спектра равна в среднем 4 000° К. Угловой размер Луны в полнолуние составляет 32 мин. Луна создает на Земле максимальную освещенность порядка 0,25 лк.

Излучение земной поверхности. Излучение земной поверхности в общем случае состоит из отраженных нзлу-

излучений, падающих на землю, и спектральными коэффициентами отражения земных образований. Днем отраженные излуче-

70 70s 70*> 70* 70 е 70S 10* 703 30г 70

70мнм

Рис. 28-10. Электромагнитный спектр излучения атмосферы.

/ - Солнце 6 ООО* К; 2 - облака, освещенные Солнцем: 3 - чистое небо; 4 - небо прн Г=300° К.

ния в основном состоят из отраженных солнечных излучении ночью - это отраженные излучения Луны н атмосферы, окружающей Землю. Поэтому дневные отраженные нзлу-. чення преимущественно расположены в коротковолновой части электромагнитного спектра (до 3 мкм), а ночные отраженные излучения - как в коротковолновой, так и в длинноволновой части спектра.

v 7000

> 500

0 2 5 10 15 мпМ

Рис. 28-11. Спектральная излучаемость чистого ночного неба для различных углов отклонения от горизонта.

Углы: 0, 2, 3, 6, 7, 14, 30 и 80°. Окружающая температура 27° С.

Поскольку земные образования излучают как серое тело, то электромагнитный спектр их собственных излучений однозначно определяется температурой поверхности Землн. Эти излучения существенны при длине волны >3 мкм. Средние значения коэффициентов излучения земных покровов составляют 0,85-0,99. Излучение Земли в значительной мере поглощается атмосферой, и только в пределах окна (8--14 мкм) оно беспрепятственно уходит в мировое пространство.

Излучение атмосферы. Излучение атмосферы определяется двумя физическими процессами: тепловым излучением составляющих атмосферы и рассеянием солнечного излучения молекулами воздуха, облаками и аэрозолями. Тепловое излучение наблюдается днем и ночью, а рассеянное - только днем.

Электромагнитный спектр излучений атмосферы можно разбить на два участка: длинноволновый и коротковолновый (рис. 28-10). В длинноволновом участке (от 5 до 100 мкм) располагаются тепловые излучения, которые однозначно определяются низкой температурой атмосферы. Коротковолновый участок обусловлен рассеянными излучениями Солнца.

Спектральный состав излучения чистого неба зависит от положения излучающего участка на небосводе (рис. 28-11).

Облачное небо в ИК-области спектра излучает как черное тело, имеющее темпера-гуру облачности, ибо водяные пары явля-

ются хорошими поглотителями ИК-излуче-ний. В видимой области спектра облако почти диффузно отражает падающие на него излучения.

Яркость неба в зените для различных положений Солнца на высоте 10 км изменяется от 40 до 90 нит.

Пространственный спектр ИКИ

При наблюдении теплоизлучаюших объектов нли при получении ТКМ помимо электромагнитного спектра источников нужно знать также распределение их лучистости в пространстве, ибо по распределению лучистости можно судить о форме наблюдаемых объектов. Распределение лучистости в пространстве является двухмерной функцией координат пространства хну. Для некоторых одиночных объектов простейшей формы (прямоугольник, круг и т. д.) эта функция может быть выражена аналитически. Для более сложных одиночных объектов, для случайной совокупности объектов и земных образований (фона) подобрать аналитическое выражение для функции лучистости весьма затруднительно.

Из радиотехники известно, что при описании прохождения радиосигналов через звенья радиоцепи в большинстве случаев важно знать не аналитическое выражение сигнала, а его временной спектр - преобразование Фурье от функции сигнала. Поэтому по аналогии с временным спектром представим двухмерную функцию лучистости в виде набора двухмерных пространственных гармонических составляющих, также используя для этого двухмерное преобразование Фурье.

Сначала рассмотрим простейший случай (рис. 28-12), когда лучистость В имеет п е-р и одическое распределение вдоль оси х и постоянна вдоль оси у (одномерная картина). В этом случае лучистость может быть представлена набором дискретных пространственных гармонических составляющих лучистости, гребни которых параллельны оси у. Величина, обратная периоду X пространственной гармонической составляющей, называется пространственной частотой этой составляющей

<йх~ - . Л

Амплитуды и фазы пространственных гармоник, из которых состоит функция лучистости В(х), могут быть получены из выражения >

1 Г -/2я2 *

Ьл = -- J В(х)е х dx, х

где X - период функции лучистости; п - номер гармоники.