Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов (1977) (1095911), страница 90
Текст из файла (страница 90)
Если обеспечить постоянство среднего значения потока излучения, проходящего через растр за его полный оборот, пачки импульсов будут симметричны относительно оси времени, как показано на рис. 154, б, и гармоника сигнала, связанная с равномерным фоном, будет отсутствовать. Это достигается изготовлением фазирующей части растра с прозрачностью, равной средней прозрачности модулирующего полукруга (50оо).
Такой растр не будет модулировать равномерный фоп. Его конструкции показаны на рис. 155, а и б. При измерении с помощью ИК-радиометров излучения тел, температура которых близка к температуре окружающей среды, необходимо считаться с влиянием дополнительных — побочных потоков излучения, падающих на приемник. Эти потоки обусловлены, во-первых, собственным излучением элементов оптической системы, во-вторых, излучением, отраженным или рассеянным оптическими злементами внутренней полости оптической головки радиометра, объектов и фона, находящихся вне поля зрения прибора.
Величина побочных потоков излучения изменяется с изменением температуры окружающей среды, следователыю, результаты измерений будут также зависеть от иее. Одна из возможных оптических схем сканирующего ИК-радио- метра приведена на рис. 348. Рассматриваемая схема отличается тем, что в ней отсутствует эталонный источник излучения. При наличии эталонного излучателя, как, например, в ранее упомянутой камере Барнса, на приемник поочередно направляется поток излучения от объекта и эталонного излучателя, что дает возможность производить измерения потоков методом компенсации, не заботясь о стабильности чувствительности приемника излучения и коэффициента усиления электронного тракта. В случае отсутствия излучателя сравнения повышаются требования к стабильности этих элементов, но зато облегчается возможность достижения более высокого быстродействия радиометра.
Эта возможность определяется тем, что для увеличения быстродействия необходимо расширение полосы пропускания электронного тракта несущей частоты сигнала, которая равна частоте прерывания модулятором потока излучения объекта. Повышение несущей частоты в основном должно достигаться путем увеличения скорости вращения диска модулятора, а не числа его ламелей, так как всегда имеет место паразитная модуляция, основная гармоника которой равна частоте вращения диска. Последующее подавление этой модуляции возможно при условии, если ее частота больше высших частот спектра сигнала, определяемых динамикой регистрируемых процессов.
Для достижения высоких скоростей вращения диска модулятора, при практически приемлемых затратах мощности, последний должен иметь небольшие размеры. Существенно уменьшить их удается лишь при установке модулятора как можно ближе к приемнику излучения, где диаметр прерываемого потока излучения минимален. По этим соображениям, в ряде случаев приходится отказываться от использования в оптической схеме эталонного изучателя сравнения и строить радиометр по схеме, приведенной па рис. 348. Следует отметить, что излучатель сравнения не избавляет ИК-радиометр от влияния побочных потоков излучения и необходим либо учет этого влияния, либо принятие специальных мер, его устраняющих. 2.2.
Влияние побочного излучения на работу радиометра Оценим степень влияния побочного излучения на работу радиометра, построенного по схеме, приведенной на рис. 348. Напряжение сигнала на зажимах приемника излучения при врагцеиип модулятора пропорционалыю разности потоков, падающих па приемник в моменты, когда модулятор пропускает ноток излучения объекта и когда этот поток перекрыт ламелью модулятора. Рассмотрим, из каких компонентов складывается эта разность, принимая во внимание только потоки, падающие на приемник в пределах апертурного угла и|, так как излучение, приходящее под углами, большими и|, не участвует в создании сигнала, вырабатываемого приемником, а действует как постоянная засветка, снижая его чувствительность. Когда модулятор пропускает излучение объекта, поток излучения, падающий на приемник, равен ~!) = Ф 6+(~) +Ц) где Ф„„ — подлежащий измерению поток излучения, испускаемый той частью объекта наблюдения, которая находится в поле зрения радиометра; Ф„, — поток излучения, определяемый собственным излучением сканирующего зеркала, а также большого и малого зеркал объектива; Ф„„- — падающий на приемник поток излучения, обусловленный зеркальным и диффузным отражением элементов оптической системы излучения, объектов и фона, находящихся вне поля зрения радиометра, а также зеркальным и диффузным отражением излучения внутренней полости прибора.
Если излучение объекта наблюдения перекрыто ламелью модулятора, то поток, падающий на приемник, равен Ф, =- Ф„, --~-- Ф„„ где Ф„, — поток, определяемый собственным излучением модулятора, Ф„, „- — поток излучения, отраженный модулятором. Разность потоков Ф, и Ф,, (сигнал на зажимах приемника нзлучепия пропорционален этой разности) равна Ф вЂ”.=.= »1), — Ф., =-: Ф„, ~ - Ф,, -~- Ф„„— Ф„,, — — Ф,„,. Напишем последнее выражение в виде Ф ==-Ф,6 '„Ф „„ где Слагаемые правой части могут бь,*ть представлены в следующем виде: Ф,» =- а„„Тов„,бй,~ (з|п~и) — з) п2а$), где а„„вЂ” площадь чувствительного элемента приемника излучения; То — коэффициент пропускания оптической системы; з„» — — нзлучательпая способность объекта; й„,- — эффективная энергетическая светимость черного тела, температура которого равна температуре обьекта, применительно к выбранному приемнику; Ф, .=- а,рй,, $е., з$п и~ + Зеа (ып и~ -- з$п'илИ где Й, — эффективная энергетическая светимость черного тела, температура которого равна температуре зеркала; а,, — излучательная способность зеркала„.
Фо, о = »»пррэепйп з1п И2» где р, = (1 — е,) — коэффициент отражения зеркала; а„— излучательная способность полости прибора; И, — эффективная энергетическая светимость черного тела, температура которого равна температуре внутренней полости прибора; » Ф»». с = »»праэйм з~п и1» где Й, — эффективная энергетическая светимость черного тела, температура которого равна температуре модулятора; Ф .
= — а„„е„р,р„й„(ып и, — ып из), где е — излучательная способность диафрагмы; р, — коэффициент отражения экрана; Я вЂ” эффективная энергетическая светимость абсолютного черного тела, температура которого равна температуре диафрагмы. Выражения для Ф,~, Ф, „Ф, „Ф„, „Ф„, получены при следующих допущениях: а) коэффициенты излучения объекта, зеркал и внутренней полости оптической головки в диапазоне чувствительности приемника постоянны; б) расстояние между радиометром и объектом не превышает нескольких метров и поглощением атмосферы можно пренебречь; в) потоками, попадающими на приемник излучения вследствие диффузного рассеяния зеркальными поверхностями излучения внешних и внутренних источников, можно пренебречь; г) величина потока, отраженного модулятором на приемник излучения, определяется энергетической светимостыо поверхности диафрагмы, тогда получим Ф䄄— — а„„~[а. з1п"-и,'+ Зе, ~ып'и; — Мп'и~)~ Й, + 2»» ~- р е„й„ып" и2 — а,й„з1п и» вЂ” е„о,рЯ,„1зЫ и~ — з1п из)1 ° Допустим, что температура всех элементов оптической головки одинакова и равна температуре окружающей среды.
Такое допущение возможно в том случае„если теплоемкости этих элементов близки, а температура окружающей среды изменяется медленно.. В этом случае й,. ==- й„==. й„, == йд, е ю Фпоп — ач,К; 1(еэ -.1 рзеп) 51п ие + Зев (з1П и1 — 3!и и2)— Я У / Я У вЂ” е,зп1 и1 — едр.,р, (зШ и~ — з1п из)1. Чтобы оценить влияние изменения температуры окружающен среды, найдем отношение приращений потоков Ф,б и Ф „ если температура окружающей среды и объекта одинакова и изменяется на одну и ту же величину, т. е.
Так как ЛФ„6 =- Ф;, — Ф и 1 = а„„тле б (з1п и~ — з1п и ) (Й и — Й б ~); 2 ЛФ„„, =-- Ф„,„~ — Ф „, ~ —.— а„р 1(е., + р,е„) з1п и~+ 2 ' . Я 'ъ Я ° + Зе~ (ып и1 — Б1п и~) — ед Яп и1— 2 ' . 2 — едр4~з(ып ив — з1п ие) (Йзе — Йза)~ (е,+п,е„) ып и.'+Зе,(е1п и',— яп и')— 2 ' / ° 2 ' - / дпд — е, е1п и,' — е„р,п,(ып-и,'— яп и,') г„~ -,(~~п' и, — е|п'и.,) Для рассматриваемого случая примем еоп:-=-1, е, =--0,1, р,= 1 — е, = — 0,9, Т„=-р,= 0,73, р,===0,9, е„=-0,8, и1 = — 22, и/ — — 11, и;~=- 3. Тогда, если е„=. 0,8, то ЛФ„,„/ЛФ ~ — — — 0,56; при е„= — 0,1Х Х ЛФд„/ЛФ„п == 0,48.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
