Эвапорография

Эвапорогра́фия (от лат. evaporo — испарять и др.-греч. γράφω — писать, чертить, царапать) — метод получения изображения путём испарения вещества тепловым излучением объекта изображения.

История

Инфракрасное излучение было открыто У. Гершелем в 1800 году. Используя стеклянную призму он разложил свет на составляющие и изучал с помощью термометра мощность каждого из цветов образовавшегося разложения. Случайно или нет, но термометр оказался и в области, где человеческий глаз не видел ничего (правее красного цвета, видимого глазом), где термометр показал самое высокое значение температуры. Позже, в 1830 году, «лучи Гершеля» были названы инфракрасными французским физиком А. А. Беккерелем. Итальянский конструктор Мачедонио Меллони создал первый прибор для регистрации тепла (инфракрасного излучения), получивший название термоколонны (термомультипликатора). В 1881 году шведским математиком и физиком Адольфом-Фердинандом Сванбергом был создан первый болометр — прибор, фиксирующий лучистую энергию (энергию инфракрасного излучения). Его болометр представлял собой тонкую зачернённую пластинку, проводимость которой изменялась под действием тепла (теплового излучения). В XX веке появились фоторезисторы — полупроводниковые приборы (первый — на основе сульфида таллия, обработанного кислородом), на основе которых создавались многочисленные приёмники инфракрасного излучения. Появление эвапорографов позволило получать термограммы довольно высокого качества для своего времени.

Физические основы

Файл:Эвапорограф.jpg

Схема и принцип работы эвапорографа

Долгое время получение ИК-фотографий или изображений высокого качества было невозможно из-за отсутствия качественных чувствительных элементов и оборудования для ИК-фотографирования, особенно слабо нагретых тел. Для таких объектов требовалась дополнительная подсветка ИК-излучением, что не позволяла получать собственные изображения, обусловленные тепловым излучением самих тел.

Человеческий глаз в темноте может увидеть нагретые тела до температуры около $420^{\circ }$ С, менее нагретые тела глаз в темноте не замечает даже при хорошей адаптации. Для того, чтобы «увидеть» слабо нагретые тела, были разработаны эвапорографы и тепловизоры.

Эвапорография как технология была предложена немецким физиком М. Черни в 1929 г. Тепловое излучение, улавливаемое от интересующего объекта, направляется в специальную вакуумированную камеру, в которой находится зачернённая мембрана, на которой находится легко испаряемая жидкость, или, в другом варианте, легко конденсирующаяся на мембране жидкость. Оптическим способом изображение объекта проецируется на зачернённую мембрану, на которой происходит испарение (конденсация) жидкости, формирующей рельеф на мембране. Чтобы сделать жидкостный рельеф видимым, на него направляют лучи света, которые, интерферируя от него, создают интерференционную картину, которая находится в фокусе объектива фотоаппарата, фиксирующего её на фотоплёнке или фотографической пластине. Подобные эвапорографы позволяют фиксировать излучение от объектов до длины волны излучения приблизительно 10 мкм.

На рисунке изображена схема и принцип работы эвапорографа. Здесь 1 — ИК-объектив, 2 — окно в вакуумированную камеру, 3 — зачернённая мембрана (чувствительный элемент эвапорографа), 4 — дополнительный источник света для создания интерференционной картины, 5 — защитное стекло, 6 — материал с высоким коэффициентом поглощения ИК-излучения (платиновая чернь, сажа), 7 — плёнка (материал — нитроцеллюлоза), 8 — легко испаряемая жидкость (парафиновое масло, камфорное масло). Показаны также выводы к вакуумному насосу и расположение нагревателя-испарителя масла. Появление изображения фиксируется уже с изменения толщины плёнки на 0,01 мкм.

Применение

Эвапорографы применяются для визуализации тепловых карт поверхности нагретых тел в промышленности, архитектуре, на местности, при фотографировании в тёмное время суток, в астрономии, медицине и др. Недостатком эвапорографов является их высокая инерционность, связанная с относительной длительностью процесса испарения (от долей секунд до нескольких минут), а также необходимость вакуумирования рабочей камеры.

Литература

• Апенко М. И., Дубовик А. С. Прикладная оптика. — Москва : Наука, 1982.
• Козелкин В. В., Усольцев И. Ф. Основы инфракрасной техники. — Москва : Машиностроение, 1974.
• Бутиков Е. И. Оптика : учебное пособие для вузов. — СПб. : БХВ-Петербург : Невский ДиалектЪ, 2003.
• Заказнов Н. П., Кирюшин С. И., Кузичев В. И. Теория оптических систем : учебное пособие для студентов вузов. — СПб., : Лань, 2008.
• Запрягаева Л. А. Прикладная оптика. Ч. 1. Введение в теорию оптических систем. — Москва : Московский институт инженеров геодезии, аэрофотосъёмки и картографии, 2017.
• Ландсберг Г. С. Оптика : учебное пособие для вузов. — Москва : Физматлит, 2003.
• Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. 4. Оптика. — Москва : Физматлит, 2014.

Ссылки

• Эвапорография

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Эвапорография», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Эвапорография» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».