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 3. ПРИЕМНИКИ ЛУЧИСТОЙ ЭНЕРГИИ ОИУПри проектировании оптико-электронного измерительного устройства системы управления важно правильно выбрать чувствительный элемент — приемник лучистой энергии (ПЛЭ) и обеспечить оптимальные условия его работы в зависимости от свойств и особенностей других элементов ОИУ [8], [11]. Приемники лучистой энергии характеризуются интегральной вольтовой, токовой или относительной омической чувствительностью; спектральной вольтовой или токовой чувствительностью; относительной спектральной чувствительностью; пороговой чувствительностью (пороговым потоком); способностью к обнаружению излучения; уровнем шумов; темновым сопротивлением; постоянной времени; частотной и энергетической характеристиками; рабочей температурой; конструктивными и эксплуатационными параметрами. Интегральной чувствительностью ПЛЭ называется отношение амплитуды величины, характеризующей реакцию приемника, к амплитуде синусоидально модулированного интегрального потока излучения
Для фотосопротивлений интегральную чувствительность удобно выражать через относительное изменение его омического сопротивления
где Спектральной вольтовой чувствительностью
Если выходной сигнал ПЛЭ, например фотодиода, измеряется в единицах тока, то удобно его характеризовать токовой чувствительностью (интегральной Соответствующие формулы имеют вид:
Относительной спектральной чувствительностью ПЛЭ называется отношение спектральных чувствительностей при двух длинах волн. Наиболее часто
где
Приведенной пороговой чувствительностью (пороговым потоком) При интегральной вольтовой чувствительности
В качестве критерия оценки приемников лучистой энергии применяется также шумовая эквивалентная мощность излучения
где
При
Способность ПЛЭ к обнаружению излучения улучшается с уменьшением эквивалентной мощности шумов. Поэтому для сравнительной оценки качества приемников более удобно использоваться величиной, обратной Ф.
называемый способностью ПЛЭ к обнаружению. Эту величину записывают иногда развернуто Темновым сопротивлением ПЛЭ называется его внутреннее омическое сопротивление величина Постоянной времени Частотной характеристикой ПЛЭ называется зависимость его чувствительности от частоты облучения. При экспоненциальном законе изменения выходного электрического сигнала в зависимости от облучающего потока частотные свойства ПЛЭ характеризуются следующими выражениями: при синусоидальной модуляции
при прямоугольной модуляции
где Такой характер зависимостей сохраняется для всех видов чувствительности (интегральной, пороговой, спектральной и т. д.). Для обеспечения надежной модуляции практически допустимой частотой облучения
и при прямоугольной модуляции
Следовательно, общее условие выбора максимально допустимой частоты модуляции имеет вид
Применение заниженной частоты модуляции нежелательно, так как это приводит к увеличению шумов и потере чувствительности. Энергетическая характеристика ПЛЭ отражает зависимость его чувствительности от уровня облученности. Эта зависимость, как правило, приближенно линейна только при потоках, близких к пороговой чувствительности. При значительном увеличении облученности чувствительность ПЛЭ уменьшается, так как его внутренние шумы возрастают. Внутренние шумы ПЛЭ являются случайными выходными напряжениями типа флуктуаций и обычно характеризуются среднеквадратичной величиной их амплитуды. Суммарный шум ПЛЭ является результатом сложения внешних шумов от флуктуаций излучения объекта и фонов и внутренних шумов приемника. Для обеспечения надежной работы ПЛЭ шум предварительного электронного усилителя должен быть существенно меньше его собственного шума, так как иначе чувствительность приемника не будет полностью использована. Входные элементы предварительного усилителя необходимо согласовать с сопротивлением ПЛЭ. Типы приемников лучистой энергии. По физическому принципу действия ПЛЭ являются чувствительными элементами, преобразующими лучистый поток, как правило, в электрический сигнал. Они разделяются на две группы: фотонные, основанные на изменении электрических свойств вещества чувствительной поверхности при освобождений электронов под воздействием фотонов определенной длины волны, и тепловые, основанные на изменении физических свойств чувствительной поверхности при изменении ее температуры под действием излучения. Фотонные ПЛЭ селективны, т. е. действуют в определенном спектральном диапазоне излучения, а тепловые — интегральны (неселективны), т. е. действуют под влиянием всех лучей, содержащих тепловую энергию. Как правило, селективные ПЛЭ менее инерционны. К фотонным ПЛЭ относятся следующие элементы: фотоэмиссионные (ФЭ), фоторезисторы (ФР), фотогальванические (ФГ), фотомагнитоэлектрические (ФЭМ). К тепловым ПЛЭ относятся: болометры, термоэлементы, термисторы, эвапорографы, оптико-пневматические, радиационные термопары. Пороговая чувствительность ФЭ, ограничиваемая в основном дробовым эффектом и тепловыми флуктуациями, рассчитывается по лриближенной формуле
где
Полезное выходное напряжение
где
Максимальная выходная мощность Тепловой шум
где к — константа Больцмана; Т — абсолютная температура в
Генерационно-рекомбинационный шум — при
где
V — объем фотопроводника в
Постоянная времени сернисто-кадмиевых и селенисто-кадмиевых Допустимая мощность рассеяния для сернисто-кадмиевых фотосопротивлений равна В отличие от вакуумных фотоэлементов и фотодиодов на основе германия и кремния, работающих, например, в том же диапазоне спектра, у ФР на основе кадмия отсутствует пропорциональность между фототоком и световым потоком. Световые характеристики селенисто-кадмиевых Фотогальванические ПЛЭ основаны на использовании полупроводниковых фотодиодов с р—n-переходом, обладающих односторонней проводимостью. Они работают в фотодиодном режиме с приложением внешнего напряжения, включенного в запирающем направлении (плюс к n-зоне) или в вентильном — без внешнего напряжения. При облучении фотодиода в нем возникает э. д. с., создающая ток, протекающий через нагрузку Полезный сигнал
где
1. Тепловой шум, определяемый в соответствии с формулой (IX. 38). 2. Дробовой шум, обусловленный дискретной природой протекающего через диод тока и зависящий от величины этого тока
3. Избыточный шум
где
А — коэффициент пропорциональности,
Интегральная пороговая чувствительность фотодиода
где
Координирующие приемники лучистой энергии КПЛЭ с непрерывной функциональной зависимостью выходного электрического сигнала от угловых координат объекта основаны на использовании бокового фотоэффекта, т. е. явления возникновения в полупроводнике с электронно-дырочным переходом типа сопротивлением
где
х — смещение изображения точечной цели от центра приемника, мм;
Может быть использована также формула
где
Рис. IX.21. Схема координирующего приемника лучистой энергии (с инверсным фотодиодом) Инверсная характеристика фотодиода
Рис. IX. 22. Характеристика инверсного фотодиода
Рис. IX.23. Компоновка координирующего приемника, модулирующей сетки и коммутаторов следящего прибора Этот приемник используют в оптической системе с полем зрения 3,6°, диаметром входного отверстия 118 мм и относительным отверстием
Рис. IX.24. Система обнаружения с многоэлементным ПЛЭ: а — схема системы; б — схема коммутатора переменного тока Координирующий многоэлементный [8] (мозаичный) приемник лучистой энергии показан на рис. IX. 24. Приемник 9 (см. рис. IX. 24, а) установлен в сканирующей оптической системе, состоящей из основного зеркала 2, корригирующей линзы 3, диафрагмы со светофильтром 7 и сканирующего зеркала 5. В фокальной плоскости установлен сеточный растр
Рис. IX.25. Мозаичная инфракрасная приемная трубка со сканирующим электронным лучом: а — схема конструкции (1 — сканирующий электронный луч, 2 — фокусирующие и отклоняющие катушки, 3 — электронная пушка, 4 — фотопроводящая поверхность); б — эквивалентная схема инфракрасной приемной трубки со сканирующим электронным лучом (1 — синхронизированный модулятор; 2 — элемент мозаики; 3 — распределенный RС-фильтр; 4 — сканирующий электронный луч); С — накопительная емкость; Е — синхронизированный источник переменного тока смещения Таким образом осуществляется сканирование всего поля обзора. Время сканирования всего поля обзора 0,75 сек. Растр 1 состоит из непрозрачных нитей с расстоянием между ними 0,0432 мм и предназначен для модуляции сканирующего лучистого потока с частотой 40 гц. Размер кружка аберрационного рассеяния оптической системы 1,2 мрад. Лучистый поток от точечного объекта модулируется с полной глубиной и создает на приемниках переменные токи несущей частоты. Протяженные фоны при сканировании не модулируются и создают постоянные напряжения, которые не пропускаются в коммутатор блокировочными конденсаторами Сигналы несущей частоты с приемника поступают на соответствующие резонансные колебательные контуры сохраняются в нем достаточно долго, чтобы коммутатор успевал «опросить» его и передать сигнал на выход усилителя У. Коммутатор работает с частотой 1200 гц и принимает сигналы из 30 параллельно настроенных резонансных контуров В инфракрасных головках самонаведения [7] применяются При технической реализации мозаичных инфракрасных трубок возникают существенные технологические трудности. Трубки имеют значительные габариты и большую стоимость, они также нуждаются в специальных высоковольтных блоках питания для отклоняющих обмоток электронной пушки. За рубежом ведутся разработки инфракрасных видиконов. Предполагается, что такие устройства будут иметь небольшие габариты, но для питания электронной пушки и отклоняющих обмоток потребуют значительных по габаритам высоковольтных блоков питания. ЛИТЕРАТУРА(см. скан)
|
1 |
Оглавление
|