Теоретические основы оптико-электронных приборов - Мирошников М.М.
Скачать (прямая ссылка):
?ЛюР = 5 (К f) Фпор,.
где 5 (X, /) — чувствительность (крутизна преобразования), зависящая при прочих равных условиях от длины волны падающего излучения К и частоты модуляции потока f, а по определению
^„ор = р]АЩ =рУ'к(/)д/ш,
где Е (f) — спектральная плотность шума; Д/ш — шумовая полоса пропускания, то
Ф„ор = р [ КЩ/j/s (X, Ш^л/Гн-
Коэффициент запаса р может быть самым различным, в частности иногда его полагают равным 1,7, а иногда 6. Все зависит от того, как понимать содержащуюся в определении порога чувствительности неопределенность, выраженную словами мощность, которая еще может быть обнаружена, или уверенное обнаружение наличия сигнала. Действительно, если предполагается, что, используя прибор, измеряющий действующие значения, мы в состоя-
нии заметить, что совместное действие сигнала и шума увеличило показания в два раза, т. е.
У '1А"+1?1УЖ-2,
то легко найти, что
//2 _ q rj2
и пор - ° ^ Ш1
и
^пор = Кзу! ^ 1,7 У"у?,
следовательно, р = 1,7.
Если же наблюдение шумовой дорожки ведется на экране электроннолучевой трубки так, как это показано на рис. 333, то
Рис. 333. Появление сигнала С на фоне шумов при наблюдении на экране электроннолучевого индикатора с амплитудной отметкой: а — шум; б — сигнал, значительно превышающий шум; в — пороговый сигнал, о — среднеквадратическое значение шума
можно считать, что уверенное обнаружение появления сигнала произойдет, если его величина равна толщине шумовой дорожки. Предполагая, что эта толщина равна удвоенному значению отдельных выбросов (пиков) шума, а при нормальном законе распредели; ния выброс шума практически не превышает За, где о
512
(вероятность превышения уровня Зет равна 1,35 ¦ 10"3), найдем
т. с. р = 6.
Для того чтобы исключить неопределенность в выборе р, обычно полагают р = 1, т. е. определяют порог чувствительности как минимальный поток излучения, вызывающий на зажимах приемника сигнал, равный среднеквадратнческому значению шума. В этом случае порог чувствительности называют пороговым потоком фотоприемника в заданной полосе частот (Фп) Он определяется как среднеквадратическое значение действующего на фотоприемник синусоидально-моду лированного потока излучения, при котором среднеквадратическое значение фотосигнала равно среднеквадратическому значению шума в заданной полосе частот. Поскольку пороговый поток представляет собой мощность, эквивалентную мощности шума, его иногда называют эквивалентной мощностью шума (ЭМШ) *:
Чтобы внести еще большую определенность, полагают, что Л/ш =1 Гц, т. е. задают значение
выраженное в Вт/Гц1/2.
Многочисленные исследования показали, что для большинства приемников излучения, в широком интервале условий их использования и геометрических размеров, пороговый поток (эквивалентная мощность шума) прямо пропорционален корню квадратному из площади чувствительного слоя приемника а (см2), т. е.
Фп - Фм/Va = ФпIVа Д/ш,
выражается в Вт/см-Гц1/2.
Величину Фп называют удельным пороговым потоком фотоприемника:, который представляет собой пороговый поток в единичной полосе частот, отнесенный к единичному по площади фото-чувствительному элементу (ГОСТ 19852—74).
Поскольку пороговый поток (эквивалентная мощность шума) зависит от длины волны падающего излучения и частоты модуляции потока, всегда указывается, для какой длины волны монохроматического излучения и какой частоты модуляции он задан.
Длина волны обычно выбирается соответствующей максимуму спектральной характеристики приемника ХП1ах, а частота моду-
* В иностранной литературе используется обозначение NEP от сочетания слов Noise Equivalent Power.
фп = [Ve сf)/s [К /)] УЖп - эмш.
фП1 = ф JVAL,
Ф,п — Фп V@i
где
17 м. М. Мирошников
513
ляции может быть различной, но обычно она составляет 10, 90, 400, 800, 900, 1000 Гц или находи гея вблизи этих значений (частота модуляции 1000 ± 25 Гц установлена ГОСТ 18167—72 частота 800 ± 20 I ц — ГОСТ 17772—72.
Если пороговый поток определяется не для монохроматического излучения с длиной волны к, а по отношению к излучению абсолютно черного тела, имеющего температуру Т(К), то он называется интегральным. Соотношение между интегральным и спектральным пороговыми потоками определяется коэффициентом использования потока излучения фотоприемником данного типа
и его относительной спектральной характеристикой k (А,), т. е.
Температура абсолютно черного тела, по излучению которого определяется пороговый поток, обычно стандартизуется, однако в разных случаях она может составлять 100° С (373 К), 300е С (573 К) и 500 К (227° С) (ГОСТ 17772—72 и ГОСТ 18167—72 рекомендуют использовать следующие типы источников оптического излучения: источник типа А по ГОСТ 7721—61; черное тело с температурой полости 500 1,5 К; черное тело с темпе-
ратурой полости 1273 ± 5 К; глобар).
Пороговый поток или эквивалентная мощность шума являются вполне полноценными параметрами, описывающими пороговую чувствительность приемника излучения. Единственный недостаток состоит в том, что чем лучше приемник, тем меньше пороговый поток и ЭМШ, т. е. их значения находятся как бы в обратной зависимости от качества приемника. Учитывая это, Кларк Джонс, много сделавший в области феноменологического описания и исследования характеристик приемников, ввел величину, обратную эквивалентной мощности шума, которую он назвал способностью к обнаружению или обнаружительной способностью (Detectivity). Эта величина D = 1/Фп, измеряемая в Вт-1, получила широкое распространение, особенно в виде
