Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов (1977) (1095911), страница 47
Текст из файла (страница 47)
гр (Л) (1Л о () ~) Р') = '-' пах',~~ Р'). Зная крутизну приемника при облучении его источником заданного спектрального состава 5, коэффициент использования излучения этого источника ф и относительное спектральное распределение крутизны Й (Х), можно найти абсолютное значение ойгктральной крутизны приемника з ц =(ира(л). ' 9 еоогнигшнии е решением 9-й (1948 г.) и 13й (1967 г.) Генернньньгх ионФеренций по мерам н весам люмен — единица снегового потока определяемая как св. н к световой поток, излучаемый в телесном угле 1 ср равномерным точечным источником с силой света в 1 кд.
Кандела — единица силы света, оп еделяемая нове х как сила света, излучаемого в перпендикулярном направлении 1/р600 000 м верхности абсолютно черного тела при температуре затвердевапия платины и д~~лении 101 325 Н1м'. Яркость Ль1Т при 2042 К равна 0,6 кд мм ~. Пусть крутизна приемника определена по отношению к источнику, относительное спектральное распределение излучения которого равно ~р, (Х). Тогда интегральная крутизна ~«п«ах — $1'-«юпах. Соответственно для источника с распределением ср (Х) имеем Ч«2 (~') ~ (М ~' О 8, =- ««пах 52Жп«ах ° Ч«2 Р) ~~' о Следовательно, можно найти 8а = ««Яай1) где ф, и ф, — коэффициенты использования излучения первого и второго источников одним и тем же приемником.
Если интегральная чувствительность приемника по отношению к источнику с распределением ~р,(Х) измерялась, кроме того, по воздействию на него светового потока этого источника, то необходимо учесть переход от энергетических единиц к световым. Тогда получим < р1 (Х) А (Х) сй Я 8 -' 680 ~р1(Х) о (Х) Ю ~,«,(Х) Й(Х) гб. о Я,— -— фа'(Х) Ю о Следовательно, ~Ра(Х)Й(ЦНХ ~Р1(Цо(Х) ИХ З, = 68ОЯ, ~ «~(«>а, ~ «,р««р«а о о умножив и разделив последнее выражение на ) ~р, ()) с(Л, найдем о ) е,(х)а(А)их ) е,().)о(),)юО.
3,= 6803 ' о)а (~о) ~~), о), (~),) ~~с о о (г1 (Ц дХ во о,®~Р,1 ~~ =6805, ~' о 'Ь Обозначим тогда 0 = Ф Яп„„. ЛХ,Ф. Полученное выражение можно истолковать так, как это сделано выше (см. также рис. 223). В случае неселективного (теплового) приемника й(Х) = 1 и эффективная спектральная ширина полосы пропускания теплового приемника где о = $р †относительн световая эффективность излучения.
Если, например, 5, выражена в В/лм, то 8, — В/Вт. Наряду с коэффиииентом излучения для оценки эффективности использования приемником падающего потока может рассматриваться введенное автором и нашедшее широкое применение понятие эффективной спектральной ширины полосы пропускания приемника излучения ЛХ,~.
Физический смысл этои величины состоит в том, что действие на селективный приемник излучения с заданным спектральным распределением эквивалентно действию излучения с постоянной спектральной плотностью на приемник, имеющий прямоугольную спектральную характеристику с раствором ЬХ„>. Действительно, сигнал, вырабатываемый приемником, Поскольку максимальное значение спектральной плотности энергетическои светимости АЧТ (Вт см .мкм 1) Лх тпах — МТ 12З 10 Т э то лчт лчт лчт Йэф = ЙХ тах Мзф что соответствует определению эффективной спектральной ширины полосы пропускания.
При регистрации приемником контрастного абсолютно черного излучения, т. е. разности излучений двух последовательно визируемых абсолютно черных источников близкой температуры, можно найти разность светимостей, выраженную в эффективных единицах: ~лчт ~ 1~1лчт~ ® ~~„ где ИЬт = (с2ВТ) Яхт (Ь77Т); К~и' — спектральная плотность энергетической светимости более холодного тела, имеющего температуру Т; с,=14 388 мкм- К вЂ” вторая постоянная формулы Планка; Й (Ц вЂ” относительное спектральное распределение крутизны (чувствительности) приемника излучения. Полученную формулу можно представить в виде ~И ф .=-$ ' (4о'Т ЛТ), где коэффициент $лчт показывает, какая часть полного контрастного излучения двух абсолютно черных источников используется данным приемником.
Можно найти, что $лчт =0.82 ) Ч'Ачт®1~Р) гДе 1Рлчт (Х) = Р„„,, ~РА „,. лчт лчт Входящий в выражение для $лчт интеграл можно по аналогии с предыдущим назвать относительной или логарифмической спектральной шириной полосы пропускания приемника излучения: (Л!пЦ„Ф вЂ” — 1 7дч,р,1ЙЯ ~ =-17л,р,1Й1~1И1пк. 0 о т. е коэффициент использования контрастного излучения можно выразить следующим образом: ~лчт = 0,82 (Л 1п А)зф.
287 Для теплового приемника эффективная логарифмическая спектральная ширина полосы пропускания соответствует относитель ной величине раствора кривой планковского распределения излу. чения и равна (Л 1п~")ц~,е~ = ~ ЧАчт(Х) Л 1пХ~ 1,22. о В этом случае =082 122=1 Лй~~ф — Лй~'~ — 4оТзЛТ т. е. имеет место известная формула, получаемая из закона Стефана — Больцмана путем дифференцирования.
Величина эффективной логарифмической спектральной ширины полосы пропускания для теплового приемника, равная 1,22, практически никогда не достигается, прежде всего Значения АХ,ф и (Ь!пуф из-за ослабления излучедли некотоРых пРиемников излУчениЯ ния в атмосфере. Вычи- сления показывают, что даже при очень небольших м ф.~о дь |и х) ф-~о т, ~с 20 100 чувствительного слоя. Наиболее полное представление о селективных свойствах приемника излучения может дать его спектральная характеристика — распределение спектральной (монохроматической) 1500 1220 1360 1220 1180 1220 932 1220 780 1220 655 1220 570 1220 0,05 0,15 0,16 0,52 0,65 2,34 5,0 16,8 13 56 27 122 48 203 28 57 44 90 75 174 13? 354 180 515 193 630 203 46 850 68 127 104 180 161 338 197 424 202 512 196 480 100 167 124 238 190 357 218 565 320 708 331 803 332 843 расстояниях между источником, имеющим температуру 300 К, и приемником (Л1пХ),ф „,„„= 0,83.
Если же между источником и приемником находится 400-метровый слой атмосферы, то эта величина снижается до 0,53. Значения эффективной спектральной ширины полосы пропускания М,ф и эффективной логарифмической спектральной ширины полосы пропускания для некоторых приемников излучения при отсутствии ослабления излучения в атмосфере приведены в табл. 14. Рядом с обозначением приемников в скобках указана температура Ю (.~ О О ж ~ ж ~-) 63 С~ Г ~ о 63 о® ~о О М. М.
Иирошпиков в:.~ с>ОЪ Ф Ф~Ф~ С „С ~ щ Ф"-~ ~ ~~4 ~,, ° ~ко Ж Ж" ъ М» ~ ~ ~ д М.—. ~з~ $ ~ ~ щ.~~.Ь й,~~.~ ~ ~>Й» -Ь~ Х~ ~Э~ ао е) се Ж ~ С.~ С~~:~., * ФО Ж~Ж ~~„~. Ф х $ Д,=,а (~~ ~ О ~" ~» ~'" кХИЭ с) С~) ~ ~ ~'~ с~ ~М .„„ фд~,~Ьсэл'~г Р~~О~~Ю~О~$ .' о~а.~М О ж оа '. со~' $ ~,.Ц $я Ю,О:.-",ЬГ Е-~ ~ж О. ~, о ~ ~~~ ~ »~ ~ к д. с> ~ с~ ~й.~» ~ „Ц р ~~О ,~ „~ э~ ~ ~ ~~ ~", <:> 2 2 а Одс сл в с~ ь'О Я~жд „й. с~ Жд~ ц~ ~еоое Ж (» ~~„~„.-.
Й, Ю .~, ~-. ~~ ~ ~'~ (Ъ~ д ~ ~р, ° $' дЮ'„-, ~~, ~~ х " о 4~ с0 ~ ф с~ (~ ДХ2 ~ З~ о с~. и ~ й. ~ Юц О~Ъ Ф:с;р,~. С~~ 3,"~ ~Х с~ с:3 с~ дифференциальной крутизны (чувствительности) по длинам волн. Измерение этой характеристики осуществляется с помощью монохроматора, который позволяет выделить излучение в очень узкой спектральной полосе, центрированной относительно любой заданной длины волны, Это излучение с помощью зеркала направляется то на исследуемый приемник, то на приемник сравнения, имеющий одинаковую чувствительность на всех длинах волн.
Важнейшим требованием к измерениям является малое рассеянное излучение, что заставляет обычно использовать двойной монохроматор. Основное требование к приемнику сравнения заключается в том, чтобы приемник был действительно черным, т. е. чтобы его чувствительность не зависела от длины волны. В качестве приемника сравнения обычно используется термоэлемент, однако значительно лучшие результаты можно получить с оптико-акустическим приемником, разработанным в ГОИ М. Л. Вейнгеровым и Н. А. Панкратовым.
В процессе измерений крутизна исследуемого приемника для каждой длины волны сравнивается с крутизной (чувствительностью) приемника сравнения. На рис. 224 приведены данные об относительном спектральном распределении крутизны некоторых приемников. 5 3. ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИЕМНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ Частотной характеристикой приемника излучения называют зависимость его дифференциальной крутизны (чувствительности) от частоты модуляции потока излучения: э" = ~ (/).
Обычно частотная характеристика выражается в относительных единицах." й (/) = ~ (/И0> где 3 (0 и 5„— значения дифференциальной крутизны (чувствительности) на частотах модуляции 1 и / 0 соответственно. Частотная характеристика отражает динамические свойства приемника — его способность реагировать на быстрые изменения потока излучения, При графическом изображении частотных характеристик приемников излучения часто используют логарифмический масштаб. В этом случае соответствующую терминологию заимствуют из акустики: если частоты модуляции отличаются друг от друга в два раза, говорят, что они отличаются на октаву, если в 10 раз — на декаду. Сигналы, вырабатываемые приемником, отличаются друг от друга на один децибел, если 20 1д(и,/и,) = = 1, т. е.
и,/и, = 1,12. Если сигналы отличаются на 3 дБ, т. е. 20 !д (и,/и,) == 3, то и,/и, = 1,41 или и,/и, = 0,707. Частотная характеристика приемника излучения, выраженная в относительных единицах и логарифмическом масштабе, записывается следующим образом: й „а = 20 1а Щ), или А„„„(а) = — 20 1а й (а), где со = 2ч~. рассмотрим некоторые специфические вопросы, связанные с частотными характеристиками приемников излучения. 3.1. Апериодическое звено — простейший эквивалент приемника излучения с точки зрения его частотной характеристики В наиболее простом случае эквивалентом приемника излучения с точки зрения его частотной характеристики является апериоднческое звено (рис. 225).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
