Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
X = ^ZKax- У = МеХ/Мектах.
При этом формула Планка принимает следующий вид:
у = 142,32х'5 [ехр (4,9651 /х)-1]~'.
Чтобы от единой изотермической кривой (рис. 3.4) вернуться к кривой Планка для данной температуры T в Кельвинах, необходимо:
1) определить Xmax= 2898/Т в микрометрах; 2) определить Mekmax = 1,2864 IO15T5 в Bt cm 2 мкм"1; 3) для выбранных значений X определить X = XfXmax, 4) по единой изотермической кривой найти у, 5) определить соответствующие каждому значению X значения
Mek=Mek у.
"-max3
Если из всей энергии, испускаемой тепловым излучателем и определяемой величиной Me, используется лишь энергия, излучаемая на некоторой рабочей длине волны, то для практических целей важно
60 Глава 3. Оптическое излучение
знать температуру, при которой наиболее эффективно используется мощность излучателя. Определяя эффективность излучения через отношение функции Планка Ме(Х, Т) к суммарной энергетической светимости Me:
, . ClX-5Iexp(C2ZXT)-1}''
ме{х,т)/ме= 1 і > і
и находя экстремум этого отношения, получаем, что
ХзфТэф=3625,
т.е. для данной длины волны X эф существует определенная температура Tф обеспечивающая наибольшее отношение Me (Хзф,Тзф) к Me. Важно отметить, что значение Хэф не совпадает со значением Xmax, рассчитываемым по (3.10).
На практике часто необходимо определить небольшую разность температур двух черных тел или близких к ним излучателей. Изменению температуры T соответствует изменение Mel. Дифференцируя формулу (3.9), можно получить значение dMek/dT при ХТ«С2\
dMel _ MelC2 dT XT2 '
а отсюда, перейдя к конечным приращениям, найти искомую величину
\Т2
AT = ——AMpk, MekC2
где Mek определяется из (3.8) или (3.9).
Полезно отметить, что для длин волн много больших Xmax спектральная плотность излучения Mek растет пропорционально Т, а в области Xmax она увеличивается пропорционально T5.
Если эффективность работы ОЭП определять по значению наблюдаемого контраста между исследуемым объектом и фоном, на котором он находится (объект и фон принимаются за черные тела с близкими температурами), то важно знать такую длину волны Xc, при которой скорость изменения функции Планка при изменениях температуры максимальна.
Для определения Xc нужно найти максимум зависимости dMek/ dT. На основании закона Планка можно установить, что такой максимум имеет место при XcT= 2411, т. е. Xc = 2411 /Т.
Функции dMek/dT, служащие для нахождения контраста излучения черных тел с различными температурами, приведены на рис. 3.5.
61 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
В большинстве практических задач при этом следует учитывать также пропускание среды и спектральные коэффициенты излучения объекта и фона.
Контрольные вопросы
1. Какими факторами обусловлено деление инфракрасного участка спектра на поддиапазоны?
2. Почему черное тело используют в качестве эталона в оптико-электронном приборостроении?
3. Какой световой поток соответствует потоку излучения лазера в 1 мВт, если лазер излучает на длине волны X=O1 63 мкм?
4. Как определить поглощательную способность непрозрачной оптической детали?
5. В каких случаях расчета потока, приходящего на приемник излучения ОЭП, можно пользоваться законом Стефана-Больцмана?
6. Чему равно максимальное значение Mek серого излучателя?
7. Составить возможные структурные и функциональные схемы ОЭП, измеряющих цветовую температуру селективного излучателя.
8. Определить погрешности определения Xmax и M1 для черного тела с температурой Т, известной с погрешностью AT. Глава 4. Влияние среды распространения оптического излучения на работу ОЭП
Глава 4. ВЛИЯНИЕ СРЕДЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА РАБОТУ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ
4.1. Общие вопросы распространения излучения в атмосфере
Многие современные ОЭП работают в условиях, когда излучение наблюдаемого источника приходит на приемное устройство ослабленным за счет влияния среды, в которой оно распространяется. Кроме того, в этой среде может происходить и видоизменение сигнала, переносимого потоком излучения, например, по спектру, пространственной структуре, во времени. Конструктор уже на стадии выбора принципиальной схемы прибора должен учитывать влияние среды, так как только при условии определения характера взаимодействия излучения и среды, в которой оно распространяется, можно выбрать или рассчитать основные узлы приемной части ОЭП. Выполнение важнейших требований к ОЭП, таких, например, как достижение заданной дальности действия, помехозащищенности, точности измерений, зависит также от того, насколько правильно учтено это взаимодействие.
Очень часто средой распространения оптического сигнала является атмосфера. Общее ослабление излучения в атмосфере обусловлено двумя основными процессами:
поглощением газовыми компонентами, в результате которого происходит преобразование энергии излучения в другие ее виды;
молекулярным и аэрозольным ослаблением, или рассеянием, состоящим в изменении направленности излучения.
