Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 80
Текст из файла (страница 80)
На выходе оптической системы ЛФ, = ЛФ« т, = т, т, и Ее ЛА э1п а „. Если учесть, что для û з1пва =В г'41, где  — диаметр входного зрачка, 1 — расстояние до излучателя, то получим пВ~АА т)А А,„ (14.6) где А,„= пВ'(4 — площадь входного зрачка системы. Облученность входного зрачка для этого случая определяется следующим образом: Е, = т, Ь, ЬА г1в . (14.7) Для небольших значений телесного угла гкО = ЛА!1~, в пре елах которого Ь, = сопвб, Ее — — тсЬ,,'.«;1в.
Аналогично предыдущему случаю при спектральной селективности излучения и пропускания среды можно написать следующее выражение для потока на выходе системы: Глава 14. Энергетические расчеты оптико-электронных приборов Если излучатель является серым телом с коэффициентом излучения в„последнее выражение можно с учетом следствия из закона Ламоерта (М, = лЬ, ) представить в виде ВААУ е»т...ех т 4(в ~ сх ок ек хг , де М, — функция Планка. Для других условий работы ОЗП по «площадному» излучателю приведенные формулы можно видоизменить.
Например, при наблюдении объекта — серого тела — в условиях, когда т „.= сопзб=то, -., = сопз$ = тс и принимается практически все излучение объекта ().т ... '., = О ... =о), последнюю формулу можно представить в виде ЛФ', = в,(В~, (41в~~ААт,т,аТ, где Т вЂ” температура серого излучателя;а — постоянная закона Стефана-Больцмана. Для двух рассмотренных случаев (точечный и «площздной» излучатели) характерно отсутствие явного влияния значений фокусного расстояния и относительного отверстия на значения потока ЛФ, и облученности Е,. Рассмотрим следующий случай — излучатель превышает размеры углового поля, т.е. перекрывает все поле 2от.
Упрощенная схема работы такой оптической системы приведена на рис. 14.2. Излучатель, находящийся на расстоянии 1 от входного зрачка, условно изображен плоским. Полевая диафрагма площадью т) расположена в фокальной плоскости объектива, главные плоскости которого расположены около входного зрачка. Основной энергетической характеристикой протяженного излучателя является его яркость Е., (14.6а) Рис.14.2. К выводу(14.8) 414 415 Ю.Г. Якушвнков.
Теория и расчет оптико-электронных приборов Если в такой схеме соблюдается условие СО =! Ся от» АС = 1)/2 что при больших расстояниях ! до излучателя всегда имеет место, то видимая площадь ЛА излучающего протяженного источника в основ ном определяется размером СВ, т. е. она является проекцией площади полевой диафрагмы на плоскость излучателя. Из простейших геометрических соотношений видно, что проекция площади ЛА = 7('//' или ЛА = М~ „(', где Лк) „-"т///' — телесное уг- ловое поле ОЭП.
Если значение ?ТА подставить в формулы (14. 6) и (14. 7), то для этого случая получим ЬФ, = т, Ь,к/А к//'~=к«Ь«/кйоеп А,„! Е, = т, Ь, !7,// г. (14.8) При круглой форме входного зрачка /кФ', = т, т, Ц (лт//4)(1)//'), т.е. очевидна зависимость значений потоков и облученностей от отно- сительного отверстия системы, Величины ЛФ, и Е, не зависят от расстояния до излучателя при условии, что коэффициент пропускания среды не является функцией Е Если т, = /((), например т, = ехр (-ат,), то зависимость /кФ„ЛФ', и Е, от Т существует, хоть и не в столь явной форме, как в двух предыдущих случаях.
К полученным формулам полностью применимы рассмотренные выше преобразования при учете спектральной селективности излу- чения и пропускания, а также других факторов. Например, для про- тяженного излучателя — черного тела, имеющего температуру Т, при работе прибора в диапазоне Хт, ... Х можно записать «»' ~( —,) С,! «- [ р(!к) З~ «К к, Эта формула получена последовательной подстановкой в (14.8) ла значений Ь, =М,/и, М, = )М,хг(/с и формулы закона Планка (3 8) для величины М, .
Приведенные выше формулы могут быть использованы для на- хождения потоков или облученностей, создаваемых как источниками полезных сигналов, так и источниками помех или излучающими фо- нами. Соответствующее конкретным условиям работы ОЭП их сочета- ние составляет основу энергетического уравнения прибора. Структура оптического сигнела (потока, освещенности), посту- пающего на вход ОЭП, представлена на рис. 14.3.
Она соответствует Глава !2. Краткая классификация основных методов приема оптических сигналов фоточувствительный слой отдельных квантов излучения. Среднее число фотоэлектронов, возникающих в цепи приемника при попадании на него потока излучения Ф, и, =т)Ф,'Ьы, (12.4) где т) — квантовая эффективность фотоприемника; и — оптическая частота излучения; и — постоянная Планка. Если в качестве приемника используется фотоэлектронный умно- житель (ФЭУ), то каждый отдельный фотоэлектрон вызывает на аноде лавину электронов, число которых определяется коэффициентом усиления ФЭУ и которые заряжают его распределенную выходную емкость С (обычно С = 4...
20 пФ), Если С успевает разрядиться через нагрузку В до прихода следующей лавины электронов, то регистрируются неперекрывающиеся одноэлектронные импульсы, соответствующие приходу на фотокатод отдельных квантов излучения. Устанавливая определенный уровень срабатывания следующей за приемником электронной схемы, можно подавить значительную часть шумовых импульсов, возникающих вне фотокатода. Число регистрируемых в единицу времени квантов (скорость счета квантов) 1/и= и' задается неравенством и >ВС. При л' <ВС им.! -! .! нульсы перекрываются и на выходе регистрируется интегральный фототок, т.е. приемник работает в «токовом» режиме (прямой метод приема). Если достигнуто разрешение всех импульсов во времени, то вероятность появления и импульсов в единицу времени описывается законом Пуассона (число и флуктуирует около ис)! р(п,п,) = (п.)" ехр(:и«)/и! При этом отношение сигнал/шум тг — ? (п«т,) и, т [,.(и,ч-им).т,1 где т, — время измерения (длительность сигнала); п~ — среднее число фотоэлектронов, возникающих вследствие внутренних шумов и воздействия внешнего фона на приемник.
Если для срабатывания ОЭП необходимо, чтобы число электронов и, превысило некоторый порог игг то вероятность срабатывания определяется как р(п > и,,л,) = ) ([(и«)" ехр(-п«)т/п!1. 1! я т»ннк»» гп Г 385 ЮГ. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов Из последнего выражения можно получить число пс„,„, соответ ствующее заданной по техническим условиям вероятности р(л,п,), Подставив п,,„в формулу 112.4), можно найти значение потока, соответствующее заданной вероятности, и вести дальнейший энергетиче ский расчет по обычной методике.
Достоинством этого метода является то, что при счете импульсов используется вся энергия сигналов, в то время как при прямом и гетеродинном методах, осуществляемых с модуляцией сигнала, часть его энергии теряется. Дискретная регистрация каждого импульса позволяет исключить влияние шума, обусловленного умножительной системой фотоприемника. Однако при увеличении уровня полезного сигнала эффективность метода счета уменьшается вследствие увеличения вероятности наложения одного импульса на другой, что может произойти, если при длительности импульса т, наблюдается соотношение и т, > 1. По этой причине метод счета используется для приема слабых оптических сигналов. Перспективным направлением применения метода счета импульсов является оптическая локация, где интервал времени регистрации, в течение которого может появиться группа пришедших от излучателя 1отражателя) фотонов, мал по сравнению со средним интервалом времени между двумя одноэлектронными импульсами фона.
Очевидно, что уменьшить вероятность наложения импульсов друг на друга можно путем применения весьма малоинерционного приемника. Обычно для счета импульсов используют ФЭУ, что в режиме счета теоретически позволяет существенно снизить порог чувствительности. Однако реальные свойства фотоумножителей заметно ухудшают ожидаемый теоретический выигрыш, а иногда приводят и к проигрышу в чувствительности. Это объясняется тем, что не все ФЭУ обеспечивают достаточно большое усиление, необходимое для того, чтобы все одноэлектронные импульсы превышали уровень шумов.
Для распространенных катодов типа С1, С 11 и С20 число темповых отсчетов, вызванных термоэмиссией при 25' С и ограничивающих порог разрешения, составляет соответственно 10з...10, 102...102, 10'...10' импульсов в секунду с 1 см площади фотокатода. Повышение усиления за счет 2 увеличения нагрузки приводит к росту постоянной времени цепи приемника, что ухудшает временное разрешение импульсов. Повысить чувствительность ФЭУ, увеличивая питающее напряжение, также обычно не удается, так как при этом возрастает уровень шумов схемы.
Другими причинами, ограничивающими временное разрешение счетчика, являются флуктуации времени пролета электронов, кру- 386 Глава 12. Краткая классификация основных методов приема оптических сигналов тнзны фронта и формы импульсов. Разброс времени пролета в ФЭУ со скрещенными полями и в микроканальных ФЭУ составляет десятки пикосекунд Контрольные вопросы П При каких видах демодуляции можно осуществить гетероди нный метод приема? йб В каких звеньях ОЭП можно реализовать гетеродинированке? 3. Перечислите основные условия осуществления гетеродннного метода приема. 4. Что нужно сделать, чтобы обеспечить гомодинный прпем7 5.
Где в практике ОЭП используется гомодинный прием7 6. Что ограничивает чувствительность и максимальное значение отношения сигчал?шум при гетеродинном методе приема? Как оценить количественно зтп ограничгення7 7. Каковы достоинства и недостатки основнык методов приема сигналов, применяемых в ОЭП (прямого, гетеродинного, динамического)7 Ю,Г. Якушенков.
Теория и расчет оптико. электронных приборов Глава П Адаптация в оптико электронных приборах Глава 13. АДАПТАЦИЯ В ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРАХ 13.1. Общие сведения о применении адаптации в оптико-электронных приборах Адаптацией называется процесс целенаправленного изменения параметров и структуры всего прибора или отдельных его звеньев по мере поступления текущей информации об изменениях параметров входных сигналов, среды и самого прибора, имеющий целью оптимизировать один или несколько критериев качества прибора. Чаще всего под адаптацией подразумевают самонастройку, т.е. автоматическое изменение каких-либо параметров ОЭП, совершаемое в реальном масштабе времени. Однако под данное выше определение подходит и процесс неавтоматической подстройки параметров прибора, осуществляемый человеком-оператором. Хорошо известны процессы адаптации (самонастройки) в живой природе, например адаптация и аккомодация человеческого глаза.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
