Заказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.И. - Теория оптических систем (1060803), страница 56
Текст из файла (страница 56)
К таким параметрам относят: интегральную чувствительность, порог чувствительности, постоянную времени, размеры и форму светочувствительного слоя и др. Под характеристикой приемника излучения понимают его свойство, которое может быть описано только совокупностью значений каких-либо величин. Характеристики приемника могут быть описаны аналитически или представлены в виде таблиц и графиков.
К таким характеристикам относятся: спектральная характеристика, частотная характеристика, вольтовая характеристика и др. Рассмотрим наиболее важные параметры и характеристики приемников излучения, которые необходимо учитывать при согласовании действия источника излучения, оптической системы и приемника. Спектральная чувствительность характеризуется отношением реакции приемника к значению монохроматического потока излучения бФ,. В зависимости от схемы включения приемника эта реакция может быть в виде изменения тока, напряжения и других параметров электрической цепи. В соответствии с этим используют термины: токовая чувствительность, вольтовая чувствительность и т. д. В общем случае будем обозначать реакцию приемника Тогда его спектральная чувствительность 5 (к) выражается 296 з(л! н йм л, л, л,л л, л, л, л а/ в) Рип.
232. Спектр»ли»»ня чу»»сп»»»тп»»н»»пптн прннмнинн излучения зависимостью; 5 (Л) — — д и'б Ф„которая может иметь размерность А Вт-', В Вт-'. График функции 5 (Л) для большинства селективных приемников имеет вид плавной кривой с одним максимумом (рис. 232, а). Для упрощения фотоэлектрических расчетов используют относи. тельную спектральную чувствительность, определяемую по фор. муле з (Л) =. 5 (Л)»'5 (420) где 5 — максимальная спектральная чувствительность. Зависимость з (Л) (рис. 232, б) также называют спектральной характеристикой приемника и приводят в паспорте на приемник излучения.
По спектральной характеристике можно определить спектральный диапазон излучения, регистрируемый приемником, от коротковолновой границы Л, до длинноволновой Лн, а также вычислить абсолютную спектральную чувствительность согласно (420): 5 (Л) = з (Л) 5„,. Спектральная характеристика неселективного приемника является прямой, параллельной оси абсцисс. Интегральная чувствительность характеризуется отношением ,реакции приемника к потоку излучения сложного спектрального состава: 5 =(/Ф,, (421) Если источник излучения имеет сплошной спектр, то интегральная чувствительность будет определяться зависимостью: х» О 5 = — = 5„, ~ з(Л) Ф„„(Л)с(Л ~Ф„„(Л) дЛ.
(422) и Единица интегральной чувствительности А Вт-', В Вт-'. Из формулы (422) следует, что интегральная чувствительность селективного приемника зависит от спектрального состава излучения источника. Поэтому при определении интегральной чувствительности принято пользоваться стандартным источником— лампой накаливания с вольфрамовой спиралью, работающей 297 в режиме А при цветовой температуре Т = 2854 К. В некоторых случаях для определения интегральной чувствительности приемников используют лампу накаливания с вольфрамовой нитью, нагретой до цветовой температуры 2360 К. Стандартный излучатель характеризуют световым потоком, который он испускает, а интегральную чувствительность приемника определяют, как отношение его реакции к световому потоку: хр зт ) г(Х)Фв, х (Х) нх х1 (423) Б83 ~ У(Х)Ф„,(Х) сУ.
а.эа В этом случае единицей интегральной чувствительности будет А.лм-', В лм-'. В формулах (422) и (423) вместо спектральной плотности потока излучения Ф„х () ) можно использовать спектральную плотность энергетической светимости М„х (Х). Если известны спектральная характеристика приемника з () ) и его интегральная чувствительность по световому потоку, то согласно (423) можно найти абсолютную спектральную чувствительность приемника: о,тт 6ВЗ ) У(Х) М~,х(Х) нх 5. () ) = з () ) 3 = з (),) 3 ~ 5(Х) Мд,х(Х) 4Х единицей которой будет А Вт-', В Вт-'.
Для вычисления интегралов формулы (424) можно воспользоваться любым из известных способов графического интегрирования. Порог чувствительности характеризуется минимальным потоком излучения, при котором на выходе приемника вырабатывается сигнал, находящийся в заданном отношении к шуму. Порог чувствительности обозначают Ф„или Фя с соответствующими размерностями: Вт или лм.
Шумы приемника зависят от площади светочувствительного слоя и полосы пропускания частот системы. Соответственно единнпей порога чувствительности будет Вт )г )с см ' ° Гц иа или лм см-' ° Гц-пг. Следует иметь в виду. что так же. как интегральная чувствительность, порог чувствительности селективного приемника зависит от спектрального состава излучения источника. Поэтому порог чувствительности обычно определяют по стандартному излучателю (Т = 2864 К или Т = 2360 К).
Для приемников, регистрирующих излучение в далекой инфракрасной области спектра, используют излучатель с температурой Т =- 600 К. 298 Размеры и форма светочивствительной поверхности приемника излучеиия оказывают влияние на порог чувствительности и имеют существенное значение при определении характеристик оптической фотоэлектрической системы. Если иа поверхности приемника, устаиовлеииого после оптической системы, создана энергетическая освещенность Е„то при площади светочувствительной поверхности !;!,р поток излучения, упавший на приемник, будет ф.
= Е.()., а реакция приемника на этот поток определяется согласно (42!): ! = ЗЕР, = ЕЕ,Оир. Тогда Необходимое значение энергетической освещенности, создаваемой оптической системой, определяют по формуле Е, = 11(Я!сир). 97. Определение диаметра входного зрачка оптической фотоэлектрической системы по интегральным характеристикам Принципиальная схема оптической фотоэлектрической системы приведена иа рис.
233. Излучение от источника 1 проходит через ряд оптических сред, оптическую систему и поступает иа приемник излучения 2. В некоторых случаях для изменения спектральиого состава излучения используются светофильтры 3 Характеристики оптической системы должны быть рассчитаны из условия, при котором реакция приемника иа поток излучения от источника была бы ие меньше Некоторой величины 1 „, связаниой с порогом чувствительности приемиика, т. е. необходимо выполнить соотношение 1,„= йи(„где Й, — коэффициеит, учитывающий превьппеиие полезиого сигнала иад пороговым; !ив сигнал, соответствующий порогу чувствительности. В дальнейшем при расчете оптической системы будем предполагать, что заданы или выбрииы источник излучения и приемник, т. е.
известны энергетическая яокость и площадь источника, а также интегральная чувствительиость и мини- Ю мальиая реакция приемника. Будем считать ив- а вестиыми коэффициенты пропускаиия всех сред, расположенных между источииком и приемником излучения. Если истОчник излуче рис ззз ~'.кема оптической Фотоэлеитричеиия находится на оптичес- «й систе ы 999 кой оси и имеет одинаковую по всем направлениям энергетическую яркость Е„то при площади источника Ц„, во входной зрачок оптической системы будет поступать поток излучения Ф,= ч,пЕ,з!п'пЩ„„ где т, — коэффициент пропускания атмосферы иа участке между источником и входным зрачком оптической системы; ох — апертурный угол оптической системы в пространстве предметов (см.
рис. 233). Если т,в — коэффициент пропускания светофильтра, т,, — коэффициент пропускания оптической системы, то при отсутствии в оптической системе вииьетирования на выходе системы получим поток излучения Ф; = т„ьт,.,Ф, = т.ч,ьт,,,пЕ, зш' о,Д„„. (425) Полагая, что весь поток излучения Ф; попадает на светочувствительную поверхность приемника с интегральной чувствительностью о, определим реакцию приемника, которую приравняем реакции Е„м: (,ы = 5Ф, = т,т эт0,пЕ, з1п'паЯ„„З.
(426) Таким образом, апертурный угол оптической системы в пространстве предметов, при котором для данного источника и приемника излучения обеспечивается реакция приемника г м, определяется по формуле (427) з1п о„= в Диаметр входного зрачка оптической системы .О = 2р(по„. ( 428) Если на приемник попадает только часть потока излучения, вышедшего из оптической системы, то в формуле (426) нужно использовать поток Ф; = Ф;й, где коэффициент А определяет ту часть потока излучения, которая попадает на приемник.
Формула (427) получена в предположении, что коэффициенты пропускания оптических сред и интегральная чувствительность приемника взяты для данного спектрального состава излучения. В общем случае при определении диаметра входного зрачка оптической системы необходимо учитывать спектральные характеристики источника излучения, оптических сред и приемника. 98. Определение диаметра входного зрачка оптической фотоэлектрической системы по спектральным характеристикам В оптических фотоэлектрических системах источниками излучения часто являются нагретые тела, дающие сплошной спектр излучения. Силу и спектральный состав излучения тепловых источников определяют путем спектрофотометрического сравнения с излучением черного тела (ЧТ). зоо Излучение ЧТ, подчиняющееся закону Ламберта, описывается формулой Планка, позволяющей вычнслить спектральную плотность энергетической светимостн: Ма (Х) 1,— а ( ампг> (429) где с, = 3,74 10' Вт.мкм'см-', с, = 14 380 мкм К; Х вЂ” длина волны, мкм; Т вЂ” температура по абсолютной шкале.
Длина волны, на которую приходится максимум излучения ЧТ, определяется по закону смещення Вина — Голицына: = 2898/Т. (430) Подставив значение Х в формулу Планка (429), получим максимальное значение спектральной плотности энергетической светимостн ЧТ (Вт см-' мкм-') (М;,„(Х)] „= 1,301 (Т/!ООО)'. (43 Ц Энергетическая светимость ЧТ во всем спектре электромагнитных волн определяется путем интегрирования М;= ~ М;,(Х)бХ о илн по закону Стефана — Вольцмана Мо оуч (432) где а = 5,672 10-" Вт.см-'К-'. В формуле Планка спектральная плотность энергетической светимости ЧТ является функцией двух переменных: длины волны Х и температуры Т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
