Теоретические основы оптико-электронных приборов - Мирошников М.М.
Скачать (прямая ссылка):
Если в приборе используется модуляция излучения, конструкция модулятора (рисунок растра) должна обеспечивать подавление сигнала от равномерного фона. Эта задача является самой
581
простой и может быть решена при правильном выборе конструкции фазирующей (непрозрачной) части растра. Если модулирующая часть растра состоит из чередующихся прозрачных и непрозрачных секторов, а фазирующая часть является непрозрачным полукругом, то в результате модуляции образуются несимметричные пачки чередующихся импульсов лучистого потока (рис. 154, а) и в спектре сигнала будет существовать составляющая частоты вращения растра, определяемая излучением рав-
Рис. 348. Оптическая схема радиометра без эталонного источника. К вычислению побочного измерения:
1 — сканирующее зеркало; 2, 3 — зеркала объектива; 4 — модулятор (прерыватель) излучения; 5 — диафрагма; 5 — охлаждаемый экран; 7 — приемник излучения; 8 — внутренняя полость оптической головки; 9 — исследуемый объект
номерного фона. Если обеспечить постоянство среднего значения потока излучения, проходящего через растр за его полный оборот, пачки импульсов будут симметричны относительно оси времени, как показано на рис. 154, б, и гармоника сигнала, связанная с равномерным фоном, будет отсутствовать. Это достигается изготовлением фазирующей части растра с прозрачностью, равной средней прозрачности модулирующего полукруга (50%). Такой растр не будет модулировать равномерный фон. Его конструкции показаны на рис. 155, с и б.
При измерении с помощью И К-радиометров излучения тел, температура которых близка к температуре окружающей среды, необходимо считаться с влиянием дополнительных — побочных потоков излучения, падающих на приемник. Эти потоки обусловлены, во-первых, собственным излучением элементов оптической системы, во-вторых, излучением, отраженным или рассеянным оптическими элементами внутренней полости оптической головки радиометра, объектов и фона, находящихся вне поля зрения прибора.
582
Величина [юбочных потоков излучения изменяется с изменением температуры окружающей среды, следовательно, результаты измерений будут также зависеть от нее.
Одна из возможных оптических схем сканирующего ИК-радио-метра приведена на рис. 348. Рассматриваемая схема отличается тем, что в ней отсутствует эталонный источник излучения. При наличии эталонного излучателя, как, например, в ранее упомянутой камере Барнса, на приемник поочередно направляется поток излучения от объекта и эталонного излучателя, что дает возможность производить измерения потоков методом компенсации, не заботясь о стабильности чувствительности приемника излучения и коэффициента усиления электронного тракта. В случае отсутствия излучателя сравнения повышаются требования к стабильности этих элементов, но зато облегчается возможность достижения более высокого быстродействия радиометра. Эта возможность определяется тем, что для увеличения быстродействия необходимо расширение полосы пропускания электронного тракта несущей частоты сигнала, которая равна частоте прерывания модулятором потока излучения объекта.
Повышение несущей частоты в основном должно достигаться путем увеличения скорости вращения диска модулятора, а не числа его ламелей, так как всегда имеет место паразитная модуляция, основная гармоника которой равна частоте вращения диска.
Последующее подавление этой модуляции возможно при условии, если ее частота больше высших частот спектра сигнала, определяемых динамикой регистрируемых процессов.
Для достижения высоких скоростей вращения диска модулятора, при практически приемлемых затратах мощности, последний должен иметь небольшие размеры. Существенно уменьшить их удается лишь при установке модулятора как можно ближе к приемнику излучения, где диаметр прерываемого потока излучения минимален. По этим соображениям, в ряде случаев приходится отказываться от использования в оптической схеме эталонного изучателя сравнения и строить радиометр по схеме, приведенной на рис. 348.
Следует отметить, что излучатель сравнения не избавляет ИК-радиометр от влияния побочных потоков излучения и необходим либо учет этого влияния, либо принятие специальных мер, его устраняющих.
2.2. Влияние побочного излучения на работу радиометра
Оценим степень влияния побочного излучения на работу радиометра, построенного по схеме, приведенной на рис. 348. Напряжение сигнала на зажимах приемника излучения при вращении модулятора пропорционально разности потоков, падающих
583
па приемник и моменты, когда модулятор пропускает поток излучения объекта и когда этот поток перекрыт ламелыо модулятора.
Рассмотрим, из каких компонентов складывается эта разность, принимая во внимание только потоки, падающие на приемник в пределах апертурного угла ш, так как излучение, приходящее под углами, большими и'и не участвует в создании сигнала, вырабатываемого приемником, а действует как постоянная засветка, снижая его чувствительность.
Когда модулятор пропускает излучение объекта, поток излучения, падающий на приемник, равен
Ф| = Фоб+Фо.с + Фо.и,
где Фоб — подлежащий измерению поток излучения, испускаемый той частью объекта наблюдения, которая находится в поле зрения радиометра; Ф0.с — поток излучения, определяемый собственным излучением сканирующего зеркала, а также большого и малого зеркал объектива; Ф„.0 — падающий на приемник поток излучения, обусловленный зеркальным и диффузным отражением элементов оптической системы излучения, объектов и фона, находящихся вне поля зрения радиометра, а также зеркальным и диффузным отражением излучения внутренней полости прибора.
