Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике 7.2. СПЕКТРОМЕТРЫ7.2.1. ЧувствительностьНаблюдение и измерение линий поглощения в сантиметровом диапазоне производятся с помощью специальных приборов — спектрометров. Выбор варианта их конструкции зависит от таких факторов, как рабочая частота, свойства исследуемого газа и характер требуемой информации. Основные элементы спектрометров следующие: поглощающая ячейка, перестраиваемый генератор сантиметрового диапазона, частотный модулятор для линий поглощения или генератора сигналов, детектор сантиметрового диапазона, усилитель продетектированного сигнала, индикатор сигнала, измеритель частоты. Факторы, определяющие предел, при котором еще возможно детектирование и измерение слабых линий поглощения, могут быть выражены коэффициентом прохождения мощности через согласованную волноводную поглощающую ячейку. При мощности на входе
а при наличии поглощения в газе
В случае волноводной ячейки эффективная длина I равна истинной длине, деленной на
Ячейка может иметь вид объемного резонатора, в котором происходит эффективное увеличение пути распространения волны. Можно показать [59], что если
Изменение мощности при прохождении волны через резонатор [234] имеет вид
Изменение мощности Небольшое поглощение мощности может, например, наблюдаться [206, 327] с помощью приемника, в который входят линейный детектор и видеоусилитель. Если — амплитуда напряжения сигнала на сопротивлении
При небольших изменениях V,
Амплитуда напряжения шумов приемника равна
Комбинируя (7.40) и (7.41), получаем критерий возможности детектирования
Дифференцирование выражения для мощности
дает
что вместе с (7.42) определяет
Найдем оптимальную длину поглощающей ячейки из условия максимума мощности на детекторе. Из уравнения (7.44) последняя равна
4 Рвхе с Комбинируя (7.36) и (7.46), получаем
Это выражение имеет максимум при длине ячейки
Подставляя (7.48) в (7.36), а затем в (7.45), получаем для коэффициента затухания, при котором еще возможно детектирование сигналов, следующее выражение:
Предположение, сделанное выше о независимости коэффициента шума приемника от уровня сигнала, означает, что такое рассмотрение справедливо только при малых мощностях. Когда имеется источник сравнительно большой мощности, то предпочтительнее сбалансированная система в сочетании с супергетеродинным приемником [206]. На рис. 7.4 показана мостовая схема [193] на двух Т-образных гибридных соединениях. Одно плечо образует волноводная ячейка поглощения, а в другом плече находятся устройства для окончательного баланса фазы и ослабления сигнала. Если применяется резонатор, то балансировка отраженного сигнала осуществляется аналогичным образом. Можно показать, что несбалансированная мощность опять определяется уравнением (7.46) и, так же как и раньше, из него следуют уравнения (7.47) и (7.48).
Рис. 7.4. Измерение поглощения мостовым методом. (См. [193].) Сигнал можно продетектировать, когда по величине он равен шуму приемника, так что
Отсюда, подставляя (7.47) в (7.48) и используя (7.50), имеем
Например, если
и
где М — добротность детектора. Для полупроводникового диода эта величина равна обычно 20. Приняв для остальных постоянных такие же значения, как и прежде, из (7.53) получим
где Для барретора типа
Рис. 7. 5. Форма сигнала линий поглощения. Верхние кривые показывают поглощение при качании частоты, нижние представляют собой записи, полученные на выходе: а — простое детектирование; б - модуляция источника; в — модуляция Штарка. Болометры оказались полезными и в миллиметровом диапазоне [95]. Типичная кривая поглощения, полученная при детектировании, показана на рис. 7.5, а. Эффект низкочастотного мерцания в полупроводниковых диодах может быть устранен, если усиливать сигнал на частотах Информация о газовом поглощении содержится в двух боковых полосах частот
Минимальное значение а, как и в (7.48), определяет
Множитель При модуляции источника [207, 234] небольшая частотная модуляция [439] генератора накладывается на более медленную качающуюся частоту. Если частота модуляции мала по сравнению с шириной линии, то мощность на выходе приемника пропорциональна наклону кривой поглощения, как это показано на рис. Высокочастотная модуляция может быть достигнута
|
1 |
Оглавление
|