Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 88
Текст из файла (страница 88)
14.4). Передающая система 1, имеющая яркость источника Ь,, коэффициент пропускания то, и площадь выходного зрачкаА „„, направляет пучок лучей на объект 2, находящийся на расстоянии 1, от нее. Часть потока, отраженного от объекта 2, попадает на входной зрачок площа- дьюА,„приемной оптико-электронной системы 3, находящейся на расстоянии ! от объекта. Поскольку в общем случае условия прохожде- Глава 14. Энергетические расчеты оптико-электронных приборов ния пучком путей т„и (г могут быть различны, обозначим через т„и т, соответствующие коэффициенты пропускания сред на единицу пути. Коэффициент пропускания приемной системы обозначим через т При больших расстояниях (! облученность в плоскости объекта 2 будет равна готт," 1;Аих е (г с! (г ! ! где Ь', = (иу и) 1;, л' и л — показатели преломления оптических сред по обе стороны объектива передающей системы; 1, — энергетическая яркость источника; 1, — осевая сила излучения передающей системы. После отражения потока объект 2 можно рассматривать как излучатель для приемной системы 3.
Яркость его по направлению а бу- дет 1.,„=г Е,/х, (14. 10) где г„— коэффициент яркости поверхности объекта 2, например, для диффузного ламбертова отражателя г„равен коэффициенту отражения поверхности объекта р. Применяя формулу типа (14.6), можно найти ЛФ,, поступающий на вход приемной системы от площадного излучателя: А А,„ ч тхг хп (г где Аг — видимая из входного зрачка площадь отражающей поверхности объекта. Подставляя в последнюю формулу значения 1,,„и Е„ 421 ЮГ.
Якушвнков. Теория и расчет оптико-электронных приборов выраженные в соответствии с (14.10) и (14.9), получаем АФ =т'ткт Р Авк ° и (14.11) я(1! 12) На выходе приемной системы„как и ранее, АФ'е=йф,т 2. Формула (14.11) для случая площадного излучателя имеет достаточно общий внд. В ряде конкретных применений ее можно видоизменить и порой упростить. Например, при 11= ( = й круглом выходном зрачке диаметра Р' передающей оптической системы, т.е. при А,„„=пР'7 4, при диффузном характере отражения поверхности объекта 2, т.е.
при г,=р„и тс,= те = т, поток ,»Ф — 12!т р7' Р'2 2 лх л е с! О! е Следует помнить, что при спектральной селективности излучения и пропускания необходимо учитывать спектральный характер коэффициентов т и г„, а также яркости источника Л,, т.е., например, формулу (14.11) для работы в спектральном диапазоне 11 ... 12 можно записать в виде А „А «1.!-.Л2,2 2 е!. ст, се, 01Л 1. П(!11) ., ' ' * Аналогично (14.11) можно получить формулы н при других пространственных соотношениях, например, когда объект 2 перекрывает все угловое поле приемной системы.
Выражения для потоков или облученностей, создаваемых помехами или фонами, находящимися в угловом поле приемной системы„ определяются так же, как и при пассивном методе работы ОЭП. В совокупности с выражениями для полезного сигнала, аналогичными (14.11), они служат для составления основного энергетического уравнения прибора. При активном методе работы для улучшения энергетических соотношений е системе, помимо таких мер, как увеличение яркости источника и диаметра выходного зрачка передающей оптической системы, весьма эффективным является увеличение коэффициента г .
Это возможно только в том случае, если разработчик может изменять конструкцию объекта 2. Например, в оптико-электронных дальномерах широко применяются уголковые отражатели, устанавливаемые на объекте, расстояние до которого измеряется. Эти отражатели (триппель-призмы) обладают свойством отражать попадающий на них поток в том же направлении, откуда этот поток пришел. Таким образом 422 Глава 14. Энергетические расчеты оптико-электронных приборов достигается заметное повышение уровня полезного сигнала, приходящего на входной зрачок приемной системы. Кроме того, возможно уменьшить угловое поле приемной системы, что способствует уменьшению потока от протяженных фонов, снижающих пороговую чувствительность всего прибора.
14.4. Расчет потерь потока ю оптической системе Определим выражение для всоэффициента пропускания оптической системы, который входит тв полученные а Э14.3 выражения. В оптической системе обычно основными являются потери из-за отражения на границах оптичесвких сред, из-за поглощения в материалах оптических деталей, а татсзке за счет виньетирования и диафрагмирования оптических пучкоы. Как известно из общей теор»хи оптических приборов [7, 18), коэффициент пропускания системы то, учитывающий потери на поглощение и отражение, можно вьхчислить по формуле 2=и еы!е л- Че о =П(1-рв)П('- -)' Пр" (14.12) л (Рл ~2),'Рл где Р— диаметр входного зрачка; кт — диаметр «слепого» пятна (кон- тррефлектора). 423 2-1 еы1 л=т где )ч — число поверхностей раздела; р„— коэффициент отражения на )т-й поверхности раздела оптических сред; р — число оптических сред, проходимых излучением; а, — вооэффициент поглощения на единицу пути лучей в тп-й оптической среде; ( — длина пути излучения в т-й среде; р,„— коэффициент отражения на и-й зеркальной поверхности; Х вЂ” число зеркальных поверхностей.
з Следует учитывать, что значения р„ао, р,„могут быть различными в разных участках оптичесхсого спектра. Помимо потерь на поглощеыие, отражение и виньетирование в передающей системе возможны потери вследствие несогласованности апертур отдельных ее компонент«он, например тела накала, конденсора и объектива. В приемной оптической системе также возможны потери за счет диафрагмирования.
Например, часть потока в зеркальных системах с контррефлекторами теряется на «слепом» пятне (центральной зоне) объектива. Коэффициент диафрагмирования в этом случае определяется как Ю.Г. Якушенкол. Теория и расчет оптико-злекгронных приборов 14.5. Расчет коэффициента полезного действия системы первичной обработки информации Одним из критериев качества СПОИ ОЭП может служить коэффициент т)„„, определяющий, какая доля полезного сигнала, поступающего на вход прибора, используется для создания выходного сигнала, несущего полезную информацию.
Этот коэффициент, называемый часто коэффициентом полезного действия СПОИ ОЭП или просто КПД ОЭП, удобно оценивать отношением мощностей (потоков излучения). Он зависит от ряда факторов, важнейшими из которых являются: потери потока в оптической системе, оцениваемые коэффициентом г)о; потери при модуляции и обработке модулированного сигнала (см. Э 93), учитываемые коэффициентом й„; потери из-за отсутствия надлежащего согласования параметров приемника с параметрами оптической и электронной систем, оцениваемые коэффициентом к),ы Таким образом, (14.13) Для пассивных систем под вш обычно понимается отношение потока Фшы приходящего на приемник, к потоку Ф, принятому оптической системой.
Коэффициент г), при пассивном методе работы прибора рассчитывают по формуле Ф р Ф к йл Здесь тч — коэффициент пропускания оптической системы; й,— коэффициент диафрагмирования, учитывающий возможное экранирование входного зрачка, а иногда и виньетирование (см. 314.4). Расчет коэффициента й„, учитывающего потери мощности сигнала при модуляции и детектировании, рассматривался в Э 9.3. В реальной конструкции по разным причинам иногда трудно оптимально согласовать параметры приемника с параметрами оптических и электронных звеньев. Это можно учесть коэффициентом ч),„. Рассмотрим, что определяет этот коэффициент. Одной из его составляющих является коэффициент й, учитывающий возможное несоответствие между площадью чувствительного слоя приемника и площадью сечения пучка в месте установки этого слоя А . Несмотря на то, что чаще всего стремятся к тому, чтобы размер сечения пучка в плоскости чувствительного слоя был меньше размеров площади приемникаА, иногда все же приходится идти на уменьшение А по сравнению с А (например, если необходимо уменьшить уровень шума приемника).
При этом без учета возможной неравномерности освещенности в сечении пучка иногда принимают й = АгА < 1. Глава 14. Энергетические расчеты оптико-злекгронных приборов другои составляющеи является коэффициент й, учитывающии соотношение между шумом электронной системы, приведенным к приемнику, — и, и собственным шумом приемника и, взятым в рассматриваемой полосе пропускания: 2 шп г л (и „+и, Наконец, следует учитывать тот факт, что уровень шума приемника на рабочей частоте модуляции — частоте сигнала (спектр мощности шума кр,) и на частоте, при которой производилась паспория приемника (чр ), может быть различным.
В этом легко убеис. 6.2 . диться, рассматривая типовой спектр шума приемника (см. рис.. ). Э оложение можно учесть с помощью коэффициента й = ~ (р то п который при белом шуме равен единице. Очевидно, что учет этих факторов необходим лишь при й < 1, й < 1, й < 1. Совокупность йг й и й образует коэффициент ц,„шй,й й,. При расчете КПД измерительных ОЭП необходимо иметь в виду, что для образования полезного сигнала, превышающего в заданное число раз уровень шумов, часто используется не весь поток, о раз ю ий иаображение источника в плоскости анализа, или не весь электрический сигнал в полосе пропускания прибора, а лишь неко ор его доля. Например, в высокоточных оптико-электронных угломерах с помощью описанных в гл.
5 и 7 компенсаторов и анализаторов регистрируют весьма малое смещение источника по угловому полю, составляющее небольшую долю его углового размера. При сдвиге изображения относительно анализатора сигнал на выходе прибора определяется не всем потоком, создающим изображение, а лишь частью, соответствующей изменению потока, проходящего через анализатор. Поэтому при подсчете КПД прибора необходимо умножать ц„„на коэффициент, учитывающий, какую долю всего потока составляет поток, образующий измеряемое приращение сигнала. Часто можно приближенно считать этот коаффициент равным отношению порога чувствительности прибора к величине линейного участка его выходной (статической) характеристики — зависимости между входным и выходным сигналами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
