Диссертация (1090210), страница 24

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 24)

4.17 – Изображения снятые при разной размерности матрицы.а – 64х64; б – 128х128; в – 256х256; г – 512х512;На рисунке 4.18 показана зависимость качества изображения от длиныволны излучения.Исходное изображение показано на рисунке 4.3.Изображения сняты со следующими параметрами:Размерность матрицы – 128х128;173Площадь пикселя – 20х20 мкм;Максимальная мощность облучённости – 2,75 мкВт/пиксель;Время кадра – 0,05 с;а)б)в)г)д)Рис.

4.18 – Изображения снятые при разной длине волны излучения.а – 1900 нм; б – 200 нм; в – 210 нм; г – 220нм; д – 230 нм.4.3.3.6 Проверка модели на адекватностьадекватность.Одним из основных свойств, которым должна обладать принятая модель,является адекватность поставленной задачи.Адекватность целесообразно оценивать критерием адекватности, которыйопределяет в количественной мере различие свойств, отображаемых или рассчитываемых в модели.Процедура выбора критерия адекватности относится к числу эвристических процедур, выполняемых с учётом специфики решаемой задачи и имеющихся априорных сведений.

Этот критерий должен быть достаточно простым, апроцесс его вычисления практически реализуемым.Критерий адекватности модели по совокупности отображаемых свойствсоставляют массив: xn   yn X n  Yn  E = t ,λ  D  S i  D * 174где свойства xn, yn,...D* описаны в таблице 4.4.Таблица 4.4.СвойствоРазмер пикселейпо оси XРазмер пикселейпо оси YРазмер матрицыпо оси XРазмер матрицыпо оси YВремя кадраОбозначениеxпyпРеальное значение20 ± 0,5мкм20 ± 0,5мкмКритерий адекЗначение в мо-ватности моделиделипо заданномусвойству20 мкм0,02520 мкм0,025XпXпXп0YпYпYп0ttt0λλλ0D1,5·104655360,23Длина волны падающего излученияДинамическийдиапазонТоковая чувствительностьSiSi ± 20% SiSi0,2D*D * ± 20% DD*0,21Удельная обнаружительная способностьКритерий адекватности модели по заданному j-му свойству может бытьвыражен в относительных единицах:∆отн=jc jm (a1 , a 2 ,...a n ) − c jt (a1 , a 2 ,...an )c jt (a1 , a 2 ,...a n ),175где c jm (a1 , a 2 ,...a n ), c jt (a1 , a 2 ,...a n ) - выходные параметры, которые характеризуютотображаемое моделью j-е свойство объекта-оригинала в области её функционирования при определённых значениях параметров a1 , a2 ,...an , определяемоедля испытуемой модели c jm (a1 , a 2 ,...an ) и сравниваемое с заданным или эталонным значением c jt ( a1 , a 2 ,...a n ) .

Чем меньше критерий адекватности модели по заданному свойству, тем лучше это свойство отображается в модели.В таблице 4.4 приведены значения этого критерия.Таким образом, критерий адекватности модели по всем свойствам равен: xn  0,025   y n  0,025 X n  0  Yn  0  E = t  = 0λ  0  0,23D   S  0,2  i   D *  0,21 Модель достаточно адекватна, отклонение от реальности не более 7,6%.Дальнейшее приближение модели к реальности возможно после оптимизацииприбора наблюдения.4.4 Высокоскоростной четырёхканальный детектор ультрафиолетовогоизлучения4.4.1 Состав и структурная схема детектораСтруктурная схема разработанного нами детектора представлена на рисунке 4.19.

Детектор[33, 123] состоит из чувствительного элемента (1), усилительного блока, состоящего из платы фотоприёмного устройства (ФПУ) и платыусилителей (2) и (3) соответственно, а также блока питания (4).176Рис.4.19 – Структурная схема детектора.

1 – чувствительный элемент; 2 –плата ФПУ; 3 – плата усилителей; 4 – блок питания.Внешний вид детектора изображён на рисунке 4.20. Чувствительный элемент из алмаза IIа типа представляет собой алмазную пластину с напыленнымиконтактами (верхний квадрат рисунка 4.20б). Сверху напылён сплошной полупрозрачный электрод из платины, а снизу четыре, разделённые между собойэлектроды из алюминия, которые формируют четыре разных канала сбора фотоиндуцированных зарядов.а)б)Рис. 4.20 – Внешний вид высокоскоростного четырёхканального детектораультрафиолетового излученияЧувствительный элемент монтируется на плату ФПУ (нижний квадрат рисунка 4.20б) посредством токопроводной клеевой композиции типа «Контактол17712Б» с наполнителем в виде дисперсного порошка чистого серебра.

Через че-тыре нижних электрода происходит съём полезного сигнала. Сверху, к полупрозрачному электроду чувствительного элемента, приваривается золотой провод, через который подаётся напряжение смещения +100 В.Кроме чувствительного элемента, на плате ФПУ путём пайки монтируетсявысокочастотные микросхемы усилителей.Модуль усилителей включает в себя четыре идентичных канала усиления,каждый из которых имеет три каскада усиления, собранных на СВЧ интегральных микросхемах. Модуль усилителей смонтирован на печатных платах, на которых также размещены все радиоэлементы, необходимые для обеспечения работы микросхем и разъемы для соединения с остальными узлами изделия, причем, СВЧ микросхемы первых каскадов всех четырех каналов размещены наплате ФПУ.В процессе разработки модуля усилителей приняты меры по обеспечениюодинаковых геометрических и, соответственно, электрических путей прохождения сигналов всех четырех каналов.В качестве усилительных элементов первых двух каскадов используютсяширокополосные СВЧ-усилители AG203-86 фирмы WJ Communications, Inc.

Ввыходных каскадах усилителя используются СВЧ-усилители AG303-86 в связис тем, что они имеют большую выходную мощность. Общее усиление трехкаскадного усилителя получается около 60 дБ (1000 раз по напряжению). Питаниемикросхем осуществляется стабилизированным напряжением 12 В.Элементы модуля усилителей размещены на печатной плате усилителей(средний квадрат на рисунке 4.20б), изготовленной из двухстороннего фольги-рованного стеклотекстолита толщиной 1 мм. Обратная сторона платы используется в качестве земляного проводника. Для обеспечения заземления отдельных земляных проводников платы, расположенных на ее лицевой стороне, онаимеет большое число сквозных отверстий, через которые проходят проволочные перемычки, соединяющие проводники на обеих сторонах печатной платы.178Питание микросхем модуля усилителей осуществляется стабилизированнымнапряжением 5 В.Блок питания (4) на рисунке 4.20, обеспечивает УФ детектор необходимыми питающими напряжениями (+100 В, +12 В и +5 В).

Входным напряжениемдля блока питания является постоянное напряжение 27 В с допустимыми колебаниями +7/-4 В. Для подавления сетевых помех используется входной фильтр.4.4.2 Результаты экспериментов и обсуждение.Спектральный диапазон чувствительности детектора зависит от свойствалмаза, использованного для его изготовления. Относительная спектральнаяхарактеристика чувствительного элемента приведена на рисунке 4.21.Рис. 4.14 – Относительная спектральная характеристика чувствительногоэлемента детектора УФ излучения.Спектральная характеристика соответствует спектральной характеристикеалмазов IIа типа [25], с максимумом чувствительности 220 нм.Исходя из спектральной характеристики фоточувствительности, для исследования импульсных характеристик детектора мы выбрали импульсный неодимовый лазер (пятая гармоника) с характеристиками, представленными втаблице 4.5Импульс напряжения фиксировался осциллографом Textronix TDS5054B сполосой пропускания до 100 МГц и частотой дискретизации 1 Гвыб/сек.179Таблица 4.5 Характеристики излучения неодимового лазера.№Характеристикап/пЗначение1.Длина волны излучения, нм.2132.Длительность импульса, нс.63.Время нарастания импульса, нс.4.Мощность в импульсе, мкДж1,8400÷1На рисунке 4.22 представлена форма лазерного импульса снятого с помощьюштатного туннельного диода.Рис.

4.22 – Форма лазерного им-Рис. 4.23 – Импульс лазерного из-пульса снятого с помощью штатноголучения, зафиксированный двумя ка-туннельного диода.налами УФ детектора.Измерения проходили следующим образом. Два из четырёх каналов УФдетектора, соединялись с двумя входами осциллографа. В момент облучениячувствительного элемента фотодетектора, в его разных каналах возникали импульсы напряжения, которые и фиксировались на экране осциллографа.

С помощью осциллограмм определялась постоянная времени детектора, разбросчувствительности в каналах детектора и время задержки каналов относительнодруг друга.В результате измерений было выяснено, что импульсы со всех четырёх каналов УФ детектора имеют практически одинаковую форму и практически ну-180левую задержку друг относительно друга. Усиление в каналах также былопрактически одинаковым.Изменение энергии лазерного излучения с 400 мкДж/элемент до1 мкДж/элемент не привело к уменьшению амплитуды регистрируемого им-пульса в канале УФ детектора. Из чего был сделан вывод о том, что наш детектор работал в режиме насыщения. По техническим причинам, мы не могли, какуменьшать далее энергию импульса излучаемого лазером, так и измерить еёштатными приборами, что не позволило определить порог чувствительностинашего детектора.

Но и показанная чувствительность, при энергии импульсалазерного излучения в 1 мкДж, позволяет производить локацию объектов нарасстоянии до 25 000 км, при условии отсутствия поглощения в среде распространения [124], например, в космическом пространстве.На рисунке 4.23 представлены осциллограммы двух произвольно выбранных каналов. Из рисунка видно, что постоянная времени детектора не хуже1,8 нс.

В то же время задний фронт импульса несколько затянут. Это связанно,с нашей точки зрения, с тем, что УФ детектор работал в режиме насыщения,что и привело к уширению импульса.4.5 Использование приборов на основе природных алмазов для созданияустройств экологического мониторингаНаиболее опасным источником загрязнений природной среды являютсянефтесодержащие стоки [125], которые продуцируются в процессе жизнидеятельности городов и работе предприятий.

Отрицательное влияние нефтепродуктов, особенно в концентрациях 0,001-10 мг/дм3, и присутствие их в видепленки сказывается на здоровье человека и на развитии высшей водной растительности и микрофитов [126]. Контроль загрязнения сточных вод одна из важных стадий производства, влияющая на решения проблемы экологии и ухудшения качества воды [127]. Следовательно, разработка эффективных оптоэлектронных методов и устройств для качественного и количественного экспрессанализа состава загрязнений в водных стоках, является актуальным направле-181нием экологического приборостроения для обеспечения рационального природопользования.Для детектирования нефтепродуктов наиболее универсален метод инфракрасной спектроскопии [73], учитывающий алифатические и нафтеновые углеводороды, содержание которых в нефти достигает 70 – 90%.

Характеристики

Список файлов диссертации