Теоретические основы оптико-электронных приборов - Мирошников М.М.
Скачать (прямая ссылка):
Экспериментальное определение дифференциальной крутизны производится следующим образом (рис. 220).
Модель абсолютно черного тела ЛЧТ1у имеющая температуру 7\ (К) и площадь выходного отверстия Alt устанавливается на
Рис. 220. Принципиальная схема экспериментального определения дифференциальной крутизны приемника излучения
расстоянии L от приемника излучения Пр с площадью чувствительной поверхности а.
Смодулированный поток излучения (Вт), падающий на приемник, в этом случае равен
оТ\ А,
S/So
Рис. 219. Общий вид зависимости дифференциальной крутизны (чувствительности) приемника излучения от уровня постоянной засветки — амплитудная (энергетическая или световая) характеристика
Если этот поток модулируется синусоидально модулятором М, установленным непосредственно у выходного отверстия ЛЧТЪ то действующее (среднеквадратическое) значение первой гармоники падающего на приемник потока равно (рис. 221)
ф = /гФь
где k = /2/4 0,35.
Сигнал, вырабатываемый приемником, регистирируется прибором, измеряющим среднеквадратическое (действующее) значение первой гармоники U. (На рис. 220 предполагается, что прибор отградуирован в действующих значениях первой гармоники входного сигнала, т. е. сигнала на зажимах приемника излучения.)
Уровень постоянной засветки Ф= в общем случае ~~~~7^SrZZ~~~лГ определяется потоком излу-
V / \ / \Г 17J ~& чения Ф2 ЛЧТ2, постоянной
^ j. ^ у_ г составляющей потока излу-
-Х-/_______W а- чения 0,5Ф* А ЧТХ и побоч-
вршя ными потоками излучения Фф
Рис. 221. процесс синусоидальной мо- окружающего фона, т. е.
дуляции потока излучения ф= = ф2 _j_ О^Ф! -|- Фф.
Обычно измерения проводятся в условиях, когдаФ2 > 0,5Ф* + + Фф. Следовательно,
ф= = ф2 = (аТг/п) аЛ JL2.
При заданном значении Ф= дифференциальная чувствительность
S = U/ka\ = 21/"2* U/Ф, 2,83(7/®!.
Если модулятор не обеспечивает синусоидальной модуляции потока излучения, то осуществляется измерение действующего значения первой гармоники сигнала, выделяемой соответствующим электрическим фильтром. Соотношение между этим действующим значением и фактической величиной полного размаха модулированного потока Ф* зависит от формы модуляции. При прямоугольной форме модулированного потока коэффициент k равен 0,45, при треугольной форме — 0,286. В других случаях значения этого коэффициента могут вычисляться путем разложения сигнала в ряд Фурье.
Основные характеристики приемника измеряются при интегральном облучении (от абсолютно черного тела или другого эталонного источника излучения). Поэтому соответствующее значение крутизны (чувствительности), определяющее меру реакции приемника на сложный поток, называют интегральным.
Приводимые в паспортах приемников значения интегральной крутизны обычно определяются для излучения эталонных источников, какими являются:
278
источники типа А (2855,6 К), В (4800 К) и С (6500 К) для фотоэлементов с внешним фотоэффектом и других приемников, чувствительных в видимой области спектра;
абсолютно черное тело с температурами 100° С, 300° С, 500 К и 1273 К для приемников, чувствительных в инфракрасной области спектра.
Сведений об интегральной чувствительности оказывается недостаточно, и возникает потребность в дополнительной информации о спектральной крутизне (чувствительности) приемника, определяющей его реакцию на монохроматический поток. Такая информация необходима потому, что один и тот же поток излучения оказывает различное действие на различные приемники излучения; например, глаз человека не видит излучения тела, нагретого до температуры 500 К, в то время как с помощью эвапоро-графа это излучение можно легко обнаружить.
Различный эффект воздействия излучения на приемники связан с их селективностью (избирательностью). Поэтому при работе с оптико-электронными приборами часто пользуются, наряду с энергетическими характеристиками излучения, так называемыми эффективными характеристиками (единицами), учитывающими не только абсолютную величину излучения, но и его спектральный состав.
Поток, эффективно воспринимаемый приемником излучения,
Фэф = 5ФЭ.
где Фэ — полный (энергетический) поток, излучаемый источником во всем спектральном диапазоне и достигающий приемника;
5 — коэффициент использования, показывающий, какая доля полного потока воспринимается приемником.
Коэффициент использования | вводится следующим образом.
Пусть <^ФЭ — монохроматический (от X до X + dX) поток, падающий на приемник, а Фэ^ — спектральная плотность этого потока. Тогда йФэ = Фэ^ dX, а полный поток, излучаемый источником во всем спектральном диапазоне и достигающий приемника,
7 со
ф.= [фЛЛ.
о
Если Фэ тах — максимальное значение спектральной плотности потока, то
ф(^) = Фэ)УФэтах
представляет собой распределение спектральной плотности потока излучения по спектру в относительных единицах, т. е. относительное спектральное распределение.
Пусть 5 (X) — спектральная дифференциальная крутизна (чувствительность) приемника, равная
du
{ ) ~ йФэ ~ Фndk ’
279
a Smax — максимальное значение этой величины *; тогда
k(k) = S(k)/Smax
представляет собой распределение спектральной дифференциальной крутизны приемника по спектру в относительных единицах, т. е. относительное спектральное распределение крутизны (чувствительности) приемника излучения.
