سیستم هدایت مادون قرمز

آشکار سازهای مادون قرمز :

دو نوع آشکازساز مادون قرمز وجوددارد . آشکارسازهای حرارتی که به آنها بولومتر (Bolometer) گفته می شود اشعه مادون قرمز را تبدیل به حرارت می کنند و سپس حرارت تبدیل به یک سیگنال الکتریکی متناسب با اشعه ماون قرمز می گردد . دسته دوم آشکارسازها ی فتوالکتریک می باشد که اشعه مادون قرمز را مستقیما تبدیل به سیگنال الکتریکی می کنند .

 

بقیه در ادامه مطلب  


آشکارسازهای حرارتی :

در این آشکارسازها یک ترمیستور بعنوان عنصر حساس بکار می رود . ترمیستور یک مقاومت الکتریکی است که با ازدیاد حرارت ناشی از نور کاهش می یابد . بعبارت دیگر حرارت ناشی از نور مادون قرمز دریافتی ، مقاومت ترمیستور را کاهش می دهد ، در نتیجه مقدار جریان افزایش یافته و یک پالس الکتریکی تولید می شود . آشکارسازهای حرارتی در تمام طول موجهای مادون قرمز بطور یکسان عمل می کنند . آشکارسازهای مادون قرمز حرارتی دارای یک تأخیر زمانی می باشند به این ترتیب که از زمان دریافت مادون قرمز تا تبدیل آن به سیگنال الکتریکی یک فاصله کوتاه زمانی وجود دارد  که این بخاطر اینست که ابتدا مادون قرمز تبدیل به حرارت و سپس تبدیل به سیگنال الکتریکی می گردد . بعلاوه حساسیت آشکارسازهای حرارتی نسبت به آشکارسازهای فتو الکتریکی به اندازه صد برابر کمتر است .

 

آشکارسازهای فتو الکتریک:

این آشکارسازها از یک نیمه هادی تشکیل شده اند که بر اثر تابش مادون قرمز یک جریان و یا ولتاژ الکتریکی ایجاد می کنند . این آشکارسازها خیلی حساس تر از آشکارسازهای حرارتی می باشند ولی پاسخ آنها تا یک طول موج خاص می باشد . حساسیت این آشکارسازها با کمتر کردن درجه حرکت مولکولها ی نیمه هادی کمتر شده و در نتیجه مقدار اغتشاشات خود آشکارساز کاهش می یابد .

طراحی آشکارسازهای مادون قرمز :

تا اینجا با شدت امواج مادون قرمز ، اثر فسفر برروی این امواج و آشکارسازهای آن آشنا شدیم . حال می خواهیم ببینیم  که برای طراحی آشکار ساز مادون قرمز باید چه پارامترهایی را در نظر گرفت . فرض کنیم که بدنه داغ هواپیما مورد نظر ماست و می خواهیم توسط امواج مادون قرمزی که از بدنه هواپیما ی مافوق صوت خارج می شود هدف را کشف کنیم . می دانیم که ماکزیمم دامنه امواج در این حالت در روی 4 میکرون است . از طرفی این طول موج بخوبی از آتمسفر عبور می کند بنابراین لازم  نیست که طول موجهای مجاور را انتخاب کنیم ( در صورتیکه جذب اتمسفر روی 4 میکرون زیاد باشد باید امواج حوالی 4 میکرون را که آتمسفر جذب کمتری روی آنها دارد انتخاب شوند . ) مرحله ی بعدی انتخاب نوع آشکارساز است . سولفید سرب و فلورید سرب روی 4 میکرون حساسیت  خوبی دارند . بنابراین هر کدام از اینها می توانند انتخاب شوند . یک نکته که در مورد آشکارسازها قابل اهمیت است این که این آشکارسازها فقط روی امواج کوتاه حساسیت زیادی دارن د و در طول موجهای بالاتر نمی توان از آن ها استفاده نمود ، بعلاوه در امواج کوتاه نیز این آشکارسازها باید خنک شنود بنابراین سنگین و گران قیمت می شوند . به همین جهت است که در بعضی از موارد آشکارسازها ی حرارتی که حساسیت کمتری دارند ولی در عوض سبکتر و ارزانتر می باشند ، ترجیح داده می شوند .

 

هدایت توسط مادون قرمز :

سیستم های هدایت توسط مادون قرمز غیر فعال می باشند ، بعبارت دیگر تنها گیرنده امواج مادون قرمز هستند و خود موجی را نمی فرستند . به همین جهت از سیستم های هدایت راداری بسیار ساده  تر می باشند . در یک سیستم هدایت مادون قرمز ساده امواج مادون قرمز دریافتی توسط آینه سهموی روی کانون متمرکز می گردد و در روی کانون آشکارساز مادون قرمز قرار دارد . معمولا در این قسمت مجموعه ای از آینه ها و عدسیهای مرکب بکار می رود که ماکزیمم مقدار اشعه مادون قرمز بدست می آید . امواج مادون قرمز دریافتی تبدیل به سیگنالهای الکتریکی شده و توسط تقویت کننده  تقویت می شود . سیستم کنترل این امواج دریافتی را تبدیل به فرمان های مناسب برای اصلاح مسیر موشک می کند بطوریکه همواره موشک ماکزیمم امواج مادون قرمز را از هدف دریافت کند .

 

سیستم موزائیک :

سیستم ابتدایی که در بالا شرح آن رفت  سیستم مناسبی برای کشف محل دقیق هدف نمی باشد . در سیستم موزائیک متجاوز از صد آشکارساز مادون قرمز با تقویت کننده های مستقل بکار می روند . اگر هدف در روی خط مرکزی باشد آشکارسازهای میانی دارای ماکزیمم دامنه خروجی می باشد و اگر هدف در بالا باشد ، سلولهای بالایی ماکزیمم دامنه خروجی را خواهند داشت . به همین ترتیب موقعیت هدف در طرف راست و چپ نیز مشخص می شود . همچنین می توان بجای چندین تقویت کننده از یک تقویت کننده برای تمام آشکارسازها استفاده نمود . منتهی این تقویت کننده ها در زمانهای مختلف وصل می شود و در نتیجه در هر فاصله زمانی خروجی یک تقویت کننده را بصورت پالسهایی خواهیم داشت .

 

سیستم جاروب کردن :

می توان بجای چندین آشکار ساز از یک آشکار ساز استفاده نمود ، ولی در عوض از روش جاروب کردن استفاده نمود . در این روش بین عدسی و آشکارساز یک صفحه دوار قرار دارد که فقط یک نقطه در روی محیط آن سوراخ می باشد . بنابراین با این صفحه در واقع آشکارساز  ما به چندین آشکارساز تقسیم می شود . بسته به موقعیت هدف هر نقطه از محیط آشکارساز شدت مختلفی را دریافت می کنند . بنابراین باز هم در خروجی آشکارساز یک سری پالس داریم که این پالسها مشخص کننده محل هدف می باشند . این پالسهای خروجی شبیه سیستم موزائیک می باشد .

 

کاربرد سیستم های مادون قرمز  :

سیستم هدایت مادون قرمز در موشکهای هوا به هوا و هوا به زمین بکاربرده می شود . در موشکهای هوا به زمین برد بالا ، سیستم هدایت مادون قرمز در انتهای پرواز بکار برده می شود . شهرها هدف های بسیار خوبی برای این موشکها  می باشند ، زیرا که منابع حرارتی خیلی زیادی در آن می باشد ( مانند کارخانه ها ) . همچنین در روی منابع انعکاس دهنده نور خورشید خود هدف برای هدایت مادون قرمز می باشند . درموشکهای هوا به هوا منبع حرارتی برای مادون قرمز موتور جت ها و یا موتور سایر راکتهای دیگر می باشد . همچنین حرارت بدنه هواپیماهای مافوق  صوت منبع حرارتی بسیار خوبی برای مادون قرمز می باشد. هنگامیکه هواپیمای مافوق صوت سرعت خود را دو برابر می کند ، انرژی مادون قرمز  تابش شده از هواپیما 16 برابر می شود . فاصله ای که این هواپیماها از آن فاصله کشف می شوند ، بستگی به شدت امواج مادون قرمز دارد و متناسب به ریشه دوم شدت امواج مادون قرمز می باشد . بعنوان مثال اگر هواپیما سرعت خود را دو برابر کند ، چنانچه گفته شد شدت امواج مادون قرمز 16 برابر می شود و فاصله کشف هواپیما نیز 4 برابر بیشتر خواهد شد . حسن موشکهای هوا به هوای مادون قرمز این است که همواره از عقب به هواپیما برخورد می کنند و خلبان از جلو آنها را نمی تواند تشخیص دهد . موشکهای  "سایدوایندر"   و " فالکون " و " ماژیک " و "اتول" چند موشک هوا به هوا ساخت آمریکا ، فرانسه و روسیه میباشند که سیستم هدایت آنها مادون قرمز می باشد .

یکی از موارد مهم دیگر استفاده از آشکارسازهای مادون قرمز در سوخت گیری هوایی می باشد . مسئله مهم در سوخت گیری هوایی سرعت زیاد دو هواپیمای سوخت رساننده و سوخت گیرنده می باشد که باید لوله سوخت رسان  هواپیما سریعا روی هواپیمای دیگر منطبق شود . برای این عمل در انتهای لوله سوخت رسان یک آشکارساز مادون قرمز قرار داده شده است که آشکارساز می تواند یک پروفیل خاص را که نشان دهنده محل سوخت گیری است را دریافت کند و به کمک این آشکارساز می توان عمل انطباق دو هواپیما را بطور اتوماتیک و یا دستی انجام داد .