Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Козлов В.Л. -> "Оптоэлектронные датчики " -> 25

Оптоэлектронные датчики - Козлов В.Л.

Козлов В.Л. Оптоэлектронные датчики — Радиофизика , 2005. — 116 c.
Скачать (прямая ссылка): optoelektronniedatchiki2005.pdf
Предыдущая << 1 .. 19 20 21 22 23 24 < 25 > 26 27 28 29 30 31 .. 47 >> Следующая

выражается формулой Un
El AR 4 Ro
(88)
68
Рассматривая общий случай модулированного потока Ф, амплитуда измеряемого напряжения равна
Um — ET “r------rq=L-------Г (89)
m 4 R Ge-J 1 + (га / ra, )2
Если температурный коэффициент aR резистора остается постоянным в диапазоне ожидаемых тепловых потоков, то рабочая характеристика болометра линейна и чувствительность выражается формулой
и E q
S — ^ — -L a R-------т=^=-----2. (90)
Ф1 4 R G^VT+(ra/га,)2
Полоса пропускания приемника ограничивается сверху граничной частотой f=GQ/2nK, в пределах полосы пропускания при f<f чувствительность определяется выражением
S — a Rq. (91)
4 R Ge ' '
Повышение напряжения Es питания моста, вызывающее повышение чувствительности, ограничено, так как нагрев ATj болометра джоулевым теплом вызывает рост шума и (в случае полупроводниковых болометров) уменьшает температурный коэффициент aR. Обычно устанавливают максимально допустимую по условиям нагрева джоулевым теплом величину ATjm, которой соответствует максимальное значение Esm напряжения питания, определяемое выражением
1 E2
AT. —-------m (92)
Jm Ge 4 Ro
o
Максимальное значение чувствительности при этих условиях равно
a Rq
S— m 2
Ro ATjm
o Jm----- (93)
Ge j1 +(ra / ra,)2}
Высокую чувствительность болометра обеспечивают, в частности;
- большие значения сопротивления Rо и температурного коэффициента
- малые значения коэффициента теплопередачи Gq (это требование находится в противоречии с требованием большого значения Gq для получения высокого быстродействия).
Доминирующим источником шума в болометре обычно является шум Джонсона на его сопротивлении; эффективное значение напряжения шума в полосе частот AF равно Eb —¦sj4kTRoAF . Отсюда получаем вы-
69
ражения для мощности, эквивалентной шуму (МЕР),
(94)
и удельной обнаружительной способности D* = VA / NEP , где А - площадь приемной поверхности
D* = aR$ I ^Tjm
4 pTge{1 + (ffl/ю,)2}
(95)
Здесь ge - коэффициент теплопередачи на единицу площади. Это последнее выражение показывает, в частности, что удельная обнаружи-тельная способность не зависит от сопротивления болометра.
Величины, характеризующие метрологические свойства болометров, составляют: чувствительность в полосе пропускания - от 1 до 100 В/Вт; тепловое запаздывание—от 1 до 10 мс; обнаружительная способность
8 9 1/2 1
D* при 300 К в пределах полосы пропускания - от 10 до 10 см Гц Вт .
8 10
Порог чувствительности металлических болометров 10 ...10 Вт, полу-
8 9
проводниковых - 10 ...10 Вт. Преимуществом болометров является небольшой порог чувствительности, что позволяет регистрировать предельно малые изменения температуры.
9.2. Методы повышения точностных характеристик датчиков
Динамический режим питания ИК детектора. Режим динамического питания ИК детектора (например, фоторезистора, болометра) [11] позволяет упростить конструкцию датчика и повысить точность регистрации ИК излучения. Наиболее целесообразно использовать такой режим питания в системах, где приемник излучения включается в плечо балансного моста, подключенного к входам дифференциального усилителя, как показано на рис.1а. Динамический режим питания балансного моста позволяет получить переменный электрический сигнал Us, пропорциональный интенсивности ИК излучения, попадающего на детектор, аналогичный сигналу с использованием внешнего механического модулятора излучения. При этом амплитуда выходного сигнала при использовании динамического питания будет в два раза выше, чем при внешней механической модуляции.
инфракрасного излучения
70
а) 6) в)
Рис.33. Динамический режим питания ИК детектора (а), раздельное динамическое питание балансного моста (б), интегрирующий конденсатор на выходе опорного плеча (в).
Используя синхронное детектирование на частоте динамического смещения с последующим когерентным накоплением и интегрированием, можно достигнуть значительного улучшения отношения сигнала Us к шуму Un. В системе в результате когерентного накопления сигнала обеспечивается повышение чувствительности и точности измерений, исключения шумов и наводок предварительных усилительных устройств. Время измерения определяется частотой динамического режима питания детектора, находящейся в пределах сотни Гц - десятки кГц. Недостатком таких систем является то, что точность измерений ограничивается погрешностями, обусловленными возможной разбалансировкой измерительного моста в процессе измерения температуры.
Для контроля правильности балансировки измерительного моста и учета ее влияния на результат измерения температуры можно использовать режим раздельного динамического питания обеих плеч балансного моста или интегрирующий конденсатора на выходе опорного плеча (Рис.33б,в) [3]. Если вследствие каких либо причин произошел разбаланс измерительного моста, то в выходном сигнале приемника излучения появится ошибка AU, обусловленная величиной разбаланса. Для измерения величины AU в варианте (рис.33б) используется раздельное динамическое питание каждого из плеч балансного моста. В режиме измерения
I I
напряжения питания обеих плеч совпадают Ui=Ui, U2=U2 (рис.33б). Затем для измерения AU динамическое питание на плечи подается в проти-
Предыдущая << 1 .. 19 20 21 22 23 24 < 25 > 26 27 28 29 30 31 .. 47 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed