Оптоэлектронные и квантовые приборы и устройства. Энергетический расчет пирометра (фотометра)

Свойства и характеристики оптического излучения. Расчет потока излучения, падающего на фоточувствительный элемент. Расчет амплитуды переменной составляющей сигнала и величины постоянной составляющей тока на выходе. Расчет порога чувствительности.

Рубрика Физика и энергетика
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 28.09.2011
Размер файла 868,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ЧИТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ЧитГУ)

Кафедра физики и техники связи

Курсовой проект

Оптоэлектронные и квантовые приборы и устройства

Энергетический расчет пирометра (фотометра)

Чита 2011

Содержание

Содержание

Введение

1. Исходные данные на проектирование

2. Оптоэлектроника как наука

3. История оптоэлектроники

4. Свойства и характеристики оптического излучения

5. Источники излучения

7. Расчет потока излучения, падающего на фоточувствительный элемент ПОИ

8. Расчет интегральной чувствительности ПОИ к излучению ИИ

8.1 Построение графиков

8.2 Расчет коэффициентов использования паспортного и заданного ПОИ

9. Расчет амплитуды переменной составляющей сигнала и величины постоянной составляющей тока на выходе ПОИ

10. Расчет напряжения и тока шума ПОИ в заданной полосе частот электронного тракта

11. Расчет порога чувствительности и обнаружительной способности ПОИ по отношению к излучению заданного ИИ

12. Расчет основных составляющих шумовой погрешности ОЭП и отношения сигнал/шум в заданной полосе частот электронного тракта 39

13. Сводные результаты расчетов

Заключение

Список использованных источников

Введение

Данный курсовой проект представляет расчет потока излучения, поступающего на приемник оптического излучения для схемы пирометра.

Принцип действия пирометров основан на измерении мощности теплового излучения непрозрачных тел, в инфракрасном диапазоне спектра. Для точного измерения температур различных нагретых поверхностей необходимо ввести коэффициент излучения. У различных материалов коэффициент излучения отличается и определен. Для того чтобы ввести коэффициент в пирометр, достаточно посмотреть его в таблице коэффициентов излучения.

К основным элементам оптоэлектронных устройств относятся источники излучения (некогерентного или когерентного), оптические среды и приемники излучения. Эти элементы в разных устройствах применяются как в виде различных комбинаций, так и виде автономных устройств и узлов с самостоятельными частными задачами. Оптоэлектроника отличается от вакуумной и полупроводниковой электроники наличием в цепи сигнала оптического звена (оптической связи). Поэтому достоинства оптоэлектроники определяются, в первую очередь, преимуществами оптической связи по сравнению с электрической, а так же теми возможностями, которые открываются в результате использования разнообразных физических явлений, обусловленных взаимодействием излучения с веществом. Оптоэлектроника синтезирует достижения ряда областей науки и техники: полупроводниковой электроники, квантовой электроники, физики фотоэлектронных приборов, электрооптики, нелинейной оптики, волоконной оптики, голографии, ИК техники и светотехники.

В курсовой работе выполнены следующие расчеты:

1. Рассчитан поток излучения, падающий на фоточувствительный элемент ПОИ при заданных параметрах оптической системы ОЭП.

2. Рассчитана интегральная токовая или вольтовая чувствительность заданного ПОИ к излучению заданного ИИ в энергетических величинах (А/Вт, В/Вт).

3. Рассчитана амплитуда переменной составляющей сигнала и величину постоянной составляющей тока на выходе ПОИ.

4. Рассчитано напряжение или ток шума ПОИ в заданной полосе частот электронного тракта.

5. Рассчитан порог чувствительности или обнаружительная способность ПОИ по отношению к излучению заданного ТТ на основании имеющихся справочных данных.

6. Рассчитаны основные составляющие шумовой погрешности и отношение сигнал/шум в заданной полосе частот электронного тракта.

1. Исходные данные на проектирование

В курсовом проекте рассматривается оптическая система: источник излучения (ИИ) удален на значительное расстояние (рисунок 1), приемное устройство состоит из объектива Об2, расположенного в его фокальной плоскости модулятора (М) и приемника оптического излучения (ПОИ).

Для упрощения расчетов коэффициент пропускания среды и оптической системы считаем не зависящим от длины волны: .

Частоту модуляции потока излучения заданного ИИ и эффективную шумовую полосу частот электронного тракта приемного устройства считаем равными: для тепловых ПОИ =12 Гц и =2 Гц.

Рисунок 1 - Структурная схема пирометра (фотометра): ИИ - удаленный источник излучения; - площадь излучающей поверхности ИИ; Об2 - объектив; ПОИ - приемник оптического излучения; М - модулятор; - заднее фокусное расстояние объектива; - расстояние между ИИ и приемным устройством (); - диаметр входного зрачка объектива Об2

Исходные данные на проект:

1. Источник излучения: черное тело с температурой 2000 К;

2. Приемник оптического излучения: ФР1-3;

3. Заднее фокусное расстояние объектива: 110 мм;

4. Диаметр входного зрачка объектива Об2: 50 мм;

5. Расстояние между ИИ и приемным устройством: 28 м;

6. Диаметр излучающей поверхности: 250 мм.

2. Оптоэлектроника как наука

Электроника - наука о взаимодействии электронов с электромагнитными полями и о методах создания электронных приборов и устройств, в которых это взаимодействие используется для преобразования электромагнитной энергии, в основном для передачи, обработки и хранения информации.

Оптика - раздел физики, в котором изучается природа оптического излучения, его распространение и явления, наблюдаемые при взаимодействии света и вещества.

Оптоэлектроника - направление электроники, охватывающее вопросы использования оптических и электрических методов обработки, хранения и передачи информации. Оптоэлектроника представляет собой этап развития радиоэлектроники и вычислительной техники, отличительной чертой которого является использование для обработки информации оптического излучения.

К оптическому излучению относится электромагнитное излучение в видимом диапазоне (с длиной волны 0,4 - 0,8 мкм), инфракрасном (0,8 - 103 мкм) и ультрафиолетовом (10-3- 0,4 мкм).

К основным элементам оптоэлектронных устройств относятся источники излучения (некогерентного или когерентного), оптические среды и приемники излучения. Эти элементы в разных устройствах применяются как в виде различных комбинаций, так и виде автономных устройств и узлов с самостоятельными частными задачами. Оптоэлектроника отличается от вакуумной и полупроводниковой электроники наличием в цепи сигнала оптического звена (оптической связи). Поэтому достоинства оптоэлектроники определяются, в первую очередь, преимуществами оптической связи по сравнению с электрической, а так же теми возможностями, которые открываются в результате использования разнообразных физических явлений, обусловленных взаимодействием излучения с веществом. Оптоэлектроника синтезирует достижения ряда областей науки и техники: полупроводниковой электроники, квантовой электроники, физики фотоэлектронных приборов, электрооптики, нелинейной оптики, волоконной оптики, голографии, ИК техники и светотехники.

Принципиальные достоинства оптоэлектронных приборов и устройств определяется следующими основными особенностями.

1. Частота электромагнитных колебаний в оптическом диапазоне много больше, чем в радиодиапазоне, а именно 1013-1015 Гц, что обуславливает высокую скорость передачи информации и высокую информационную емкость оптического канала связи. Для передачи обычного телевизионного сигнала требуется полоса частот ?? ? 8 МГц. В метровом диапазоне при значении несущей частоты ?0 ? 300 МГц, можно передать около десятка ТВ программ. В оптическом диапазоне при том же соотношении ??/?0 их число возрастает в миллион раз.

2. Оптическое излучение имеет малую длину волны (? 1 мкм). Следствием этого является: высокая плотность записи информации в оптических ПЗУ (?108 бит/см2); высокая концентрация оптического излучения в пространстве, так как минимальный объем, в котором может быть сфокусировано электромагнитного излучение составляет ~?3. По этой причине световоды могут быть на несколько порядков меньше волноводов СВЧ. Угловая расходимость луча ??, для оптического диапазона нетрудно сформировать узкую диаграмму направленности с угловым расхождением ? 1'. И если в СВЧ ( ? = 1 м) для этого необходима антенна диаметром - 100 м, то в оптическом - сферическое зеркало или линза меньших размеров.

3. Возможность двойной - временной и пространственной модуляции светового луча, что позволяет проводить параллельную обработку информации и получать объемное голографическое изображение.

4. Передача информации осуществляется фотонами - электрически нейтральными частицами, вследствие чего реализуется:

а) идеальная гальваническая развязка входа и выхода;

б) однонаправленность потока информации и отсутствие обратной связи;

в) невосприимчивость оптических каналов к воздействию электромагнитных полей, т.е. помехозащищенность, исключение наводок и паразитных связей;

г) многоканальность связи;

д) малое затухание сигналов.

5. Возможность непосредственного оперирования со зрительно воспринимаемыми образами, восприятия на входе и визуализации на выходе.

3. История оптоэлектроники

История оптоэлектроники опирается на ряд фундаментальных физических открытий в области генерации, приема и преобразования светового излучения.

К основным вехам в предыстории и развитии оптоэлектроники можно отнести следующие:

1864 - Дж. Максвелл получил основные уравнения электродинамики, позволившие успешно объяснить совокупность опытных данных по оптике - явлений дифракции, интерференции, рефракции и др., полученные ранее Х. Гюйгенсом, И. Ньютоном, О. Френелем, М. Фарадеем и др.

1873 - У. Смит экспериментально обнаружил явление фотопроводимости (внутренний фотоэффект).

1875 - Керр обнаружил электрооптический эффект.

1888 - А.Г. Столетов получил полное описание внешнего фотоэффекта, Ульянин обнаружил ЭДС в Se при облучении.

1905 - А.Эйнштейн предложил квантовую теорию фотоэффекта.

1905 - Гертель и Эльстед создали фотоэлемент.

1917 - А. Эйнштейн теоретически предсказал возможность получения вынужденного (индуцированного) излучения.

1917 - Начато промышленное производство фотоприемников на основе TaS.

1922 - О. Лосев обнаружил свечение в контакте металл - SiC (инжекционную электролюминесценцию).

1936 - Ж. Дестрио обнаружил свечение в кристалле ZnS по действием электрического поля (предпробойную электролюминесценцию).

1940 - В. А. Фабрикант сформулировал условия создания отрицательного поглощения (усиления излучения).

1947 - Д. Габор обосновал основные принципы голографии.

Начало 50-х. Созданы фотодиоды и фототранзисторы на р-п переходах

1954 - А.М. Прохоров, Н.Г. Басов и Ч. Таунс (США) создали молекулярный генератор на аммиаке (мазер).

1955 - Лебнер предложил объединить источники и приемники оптического излучения в одном корпусе (оптрон). Им же было предложено название - оптоэлектроника.

1956 - Открыта инжекционная электролюминесценция в р-п переходах на арсениде галлия.

1960 - Создан твердотельный лазер на рубине.

1961 - Создан газовый гелий-неоновый лазер.

1962 - Н.Г. Басовым показана возможность создания полупроводникового лазера.

1963 - И. Холлом (США) реализован арсенидгаллиевый лазер.

1962-1963 - Записаны лазерные голограммы на поверхности (Э. Лейт и

Ю. Упатниекс) и в объеме вещества (Ю.Н. Денисюк).

1962 - Созданы инфракрасные излучающие диоды на основе GaAs.

1964 - Созданы светодиоды на GaP, излучающие в видимом диапазоне

(красные, зеленые).

1963-1967 - Ж. И. Алферовым созданы полупроводниковые лазеры на гетеропереходах.

1965-1967 - Началось промышленное производство оптронов.

1966-1967 - Получены первые образцы низковольтных катодолюминесцентных индикаторов.

1966-1968 - Начат выпуск светодиодных и жидкокристаллических индикаторов.

1969 - Созданы многоэлементные матричные фотоприемники (ПЗС).

1966 - Као и Хокхем (Англия) показали возможность малого поглощения оптического излучения в стекле.

1970 - Капрон, «Корнинг глас компани», (США) начали выпуск промышленных световодов с малым поглощением - 20 ДБ/км.

1974 - Т. Иногучи (Шарп) создан первый тонкопленочный электролюминесцентный экран.

1978 - Показана возможность осуществления волоконно-оптической связи.

1997-1998 - Созданы и начали выпускаться светодиоды с синим, фиолетовым и белым цветом свечения.

На сегодняшний день реализована лишь небольшая часть перечня преимуществ оптоэлектроники. К перспективным направлениям развития оптоэлектроники можно отнести разработку оптических и оптоэлектронных микросхем, источников и приемников излучения на основе квантовых точек и ям в полупроводниковых структурах, волоконно-оптических датчиков и линий связи, голографических устройств, квантовых компьютеров и др.

4. Свойства и характеристики оптического излучения

Оптический диапазон в соответствии с определением Международной комиссии по освещению (МКО) включает в себя электромагнитные излучения с длиной волны ? от 1мм до 1 нм. Указанный диапазон достаточно широк, длинноволновая его часть - 0,1-1мм перекрывается с субмиллиметровыми радиоволнами, коротковолновая часть - 1-10 нм включает в себя мягкое рентгеновское излучение. Оптическое излучение подразделяется на видимое, инфракрасное (ИК) и ультрафиолетовое (УФ). Инфракрасное излучение иногда разделяют на ближнюю (?<3 мкм) и дальнюю (?>3 мкм) область.

Оптическое излучение характеризуется как волновыми, так и корпускулярными свойствами, что позволяет различным образом описывать его характеристики. При описании излучения как электромагнитной волны световой вектор (напряженности электрического поля) зависит от следующих параметров: E = e•E0•sin(?•t - ?•n•x/c + ?0), где е - единичный вектор, характеризующий направление поляризации волны, Е0 - амплитуда напряженности поля волны, ? = 2?? - циклическая частота колебаний, n - показатель преломления среды, с - скорость света в вакууме, ?0 - начальная фаза. Скорость распространения света в данной среде (v = c/n) зависит от величины показателя преломления (n2 = ?•?). Каждый из параметров электромагнитной волны - Е0, е, ?, v - может быть использован для модуляции оптического излучения.

При использовании корпускулярных свойств света для описания оптического излучения световой поток представляют потоком фотонов c энергией Еф=h?.

Для описания связи параметров оптического излучения используются следующие соотношения, выражающие частоту и энергию фотонов через длину волны: ? = 3•1014/?, Еф = 1,23/? = 4,1•10-15?, где размерность: ? в Гц, ? в мкм, Еф в эВ. Плотность потока фотонов связана с плотностью мощности излучения Nф=5•1015?Ризл, где размерность [Nф] = 1/с•см2, а [Ризл] = мВт/см2.

Оптическое излучение может быть когерентным и некогерентным. В общем случае луч света является суперпозицией электромагнитных волн. Некогерентное излучение возникает, когда каждый атом генерирует излучение независимо, направления поляризации и фазы волн (е, ?0) различны. Для когерентного излучения, когда колебания излучающих атомов согласованы, эти параметры постоянны. Для когерентного излучения возможно наблюдение явлений интерференции излучения, когда в результате сложения волн их амплитуда зависит от разности фаз. Для некогерентного излучения суммарное значение амплитуды не зависит от разности фаз.

Для описания возникновения и распространения излучения, а также взаимодействия излучения с веществом используются различные разделы оптики.

Геометрическая оптика использует понятие световых лучей для анализа процессов отражения и преломления. Волновая оптика использует описание света, как электромагнитных волн, для явлений интерференции, дифракции, рассеяния и др. Квантовая оптика рассматривает световой поток, как поток фотонов, для описания явлений фотоэффекта, лазерной генерации, фотохимии и др.

5. Источники излучения

Источниками излучения называют приборы, преобразующие электрическую энергию возбуждения в оптическое излучение заданного спектрального состава и пространственного распределения. Источники - основа любой оптоэлектронной системы, они определяют ее функциональные возможности, эксплуатационные и стоимостные характеристики, свойства остальных элементов - фотоприемников, пассивных оптоэлектронных элементов.

Любое излучение тела, в том числе и оптическое, сопровождается потерей энергии. Для обеспечения непрерывности излучения необходимо пополнять убыль энергии. По виду восполнения энергии различают два вида излучения: тепловое и люминесценцию.

Тепловое излучение возникает тогда, когда энергия, уносимая излучением, пополняется сообщением телу соответствующего количества тепла. Тепловое излучение существует для всех тел, температура которых отлична от нуля (Т?0), но интенсивность и спектр излучения зависят от их температуры.

Для абсолютно черного тела светимость описывается законом Стефана-Больцмана: ?т=?Т4, где ?= 5,67•10-12 Вт/см2•К4. Для серых тел спектральная плотность светимости ЕТ=АТ•?Т, где коэффициент АТ<1. Длина волны, соответствующая максимуму интенсивности излучения абсолютно черного тела, определяется температурой излучающего тела в соответствии с законом смещения Вина -- Т•?max = b = 2898 мкм•К. Если излучающий материал не соответствует абсолютно черному телу, то величина постоянной b имеет меньшее значение, зависящее от температуры. Для вольфрамовой нити в лампах накаливания - bw =2660 мкм•К.

Спектральная плотность светимости (Вт/см3) определяет распределение интенсивности излучения в зависимости от его спектрального состава. Для абсолютно черного тела в диапазоне от 0,5?max до 3?max сосредотачивается 90% всей мощности теплового излучения.

Полное описание свойств и характеристик теплового излучения основывается на использовании формулы Планка для спектральной плотности светимости абсолютно черного тела: E?T = 2?hc2?-5/(exp hc/?kT - 1), с учетом эмпирических параметров, учитывающих отклонение свойств используемых материалов от абсолютно черных тел.

Тепловое излучение широко используется в лампах накаливания, которые относительно редко используются в качестве источников излучения в оптоэлектронных устройствах. В то же время лампы накаливания являются до сих пор наиболее распространенными осветительными приборами. В вакуумной колбе источником теплового излучения является вольфрамовая нить, нагретая до температуры ~2450 К, ограниченной началом интенсивного испарения нити.

При этой температуре максимум интенсивности излучения соответствует инфракрасной области ?max = 1,1 мкм, т.е. лампы накаливания больше греют, чем светят. В связи с этим они имеют сравнительно низкую светоотдачу ?10 лм/Вт и КПД 1,6%. Более высокую эффективность имеют газонаполненные лампы накаливания, в которых стеклянные колбы наполнены инертным газом (N2, Ar2).

В них замедляется распыление нити, поэтому температура накала может быть повышена до 2700-2900 К, что обеспечивает уменьшение длины волны максимальной светимости и повышение светоотдачи до 20 лм/Вт и КПД до 3,5%.

К достоинствам ламп накаливания можно отнести низкую стоимость, высокую температурную и радиационную стойкость, высокую интегральную яркость ~ (1-10)•106 кд/м2 (для сравнения - яркость поверхности Солнца равна 1,5•1010 кд/м2). Недостатками ламп накаливания являются наличие вакуумной системы, широкий спектр излучения, значительная инерционность (10-2- 10-1 с), низкий КПД.

Более распространенным в оптоэлектронных источниках излучения является использование нетепловых источников излучения, использующих различные виды люминесценции.

Люминесценция - излучение, избыточное над тепловым и имеющее длительность значительно больше периода колебаний световой волны. Первая часть определения отделяет люминесценцию от теплового излучения, т.е. люминесценция является «холодным свечением» - энергия для излучения может подводиться любым нетепловым способом. В то же время необходимо учитывать, что любой вид люминесценции сопровождается и тепловым излучением тела, температура которого всегда отлична от нуля. Вторая часть определения позволяет отделить люминесценцию от процессов отражения света от поверхности и рассеяния излучения.

Люминесценция сопровождается передачей энергии телу нетепловыми способами, когда энергия частиц, в частности, электронов увеличивается, и этот избыток энергии расходуется на излучение фотонов. В веществе за счет энергии внешнего воздействия часть электронов с нижних равновесных уровней переходит на более высокие, затем возвращаются с испусканием фотонов, длина волны излучения определяется разностью энергий электронов - ?(мкм) = 1,23/(Е2-Е1) (эВ). Люминесценция подразделяется по способу подвода энергии на фотолюминесценцию, катодолюминесценцию, электролюминесценцию, радиолюминесценцию, хемилюминесценцию и др. В оптоэлектронике в источниках излучения используются в настоящее время в основном процессы электро-, катодо- и фотолюминесценции.

Явление электролюминесценции используется в твердотельных источниках излучения, где в качестве материалов применяются полупроводниковые вещества. В полупроводниках ширина запрещенной зоны, определяющей энергию перехода электронов, соответствует энергии квантов оптического диапазона. Соответственно, энергия возбужденных электронов должна совпадать по по рядку величины с энергией возбуждения и энергией излучаемых фотонов. Часто возбуждение электронов происходит в одном месте кристалла или во всем его объеме, а их квантовые переходы с излучением - в другом, поэтому в общем случае процессов люминесценции рассматриваются 3 основных процесса.

1. Возбуждение внешним воздействием, перевод электронов в возбужденное состояние.

2. Передача энергии центрам свечения, связанная с изменением пространственного и (или) энергетического положения возбужденных электронов.

3. Переход электрона, сопровождающийся излучением фотона.

Рисунок 2 - Излучательные переходы в запрещенной зоне полупроводника

К основным электронным переходам с излучением относятся следующие (рисунок 1):

Межзонные излучательные переходы (1) с излучением возможны лишь в прямозонных полупроводниках (например, GaAs и другие соединения А3В5 и их твердые растворы). Излучательные переходы 2, 3, 4 возможны в любых полупроводниках, но с участием примесных уровней. Примеси в этом случае носят название центров свечения или активаторов и в общем случае включают в себя системы, состоящие из комплексов дефектов и примесей, обеспечивающих излучательные переходы электронов. Излучательные переходы 1, 2, 3 включают в себя участие свободных носителей (электронов и дырок) в зонах проводимости и валентной, т.е. связаны с изменением проводимости полупроводника.

Данные процессы объединяются названием рекомбинационная люминесценция. Излучательные переходы электронов с возбужденного на основной уровень (4) происходят только лишь в пределах одного примесного центра, т.е. не связаны с изменением концентрации свободных носителей и проводимости полупроводника. В этом случае говорят о внутрицентровой люминесценции. Различные виды рекомбинационной и внутрицентровой люминесценции обладают разными характеристиками.

Кроме центров свечения в полупроводниках могут существовать примеси, образующие центры тушения (гашения), которые могут служить центрами безызлучательной рекомбинации, снижающими эффективность процессов излучения. Вероятность излучательных процессов с участием примесных центров возрастает с ростом их концентрации до определенного предела, с превышением которого эффективность генерации излучения уменьшается (концентрационное тушение). С ростом температуры полупроводника выход излучения также уменьшается (температурное тушение). При высоких уровнях возбуждения возможно появление Оже-рекомбинации, когда энергия электрона передается другим электронам в зоне проводимости, они переходят на более высокий уровень энергии без изменения их общей концентрации и значения проводимости полупроводника. Вероятность Оже-рекомбинации возрастает с увеличением концентрации свободных носителей заряда в полупроводнике.

Соотношение между числом излучательных и безызлучательных переходов определяет внутренний квантовый выход ?к, равный отношению числа фотонов к числу электронов, прошедших через полупроводник. Для некоторых видов люминесценции внутренний квантовый выход приближается к единице, особенно при достаточно низких температурах. Так как не все фотоны выходят из источника излучения, он характеризуется внешним квантовым выходом ?ке =?к•К0, где коэффициент К0 учитывает потери, связанные с отражением и поглощением света. Внутренний квантовый выход определяется тремя составляющими - ?к = N•?•P, где ? - доля рекомбинаций, происходящих в люминесцирующей области полупроводника, Р - доля излучательных рекомбинаций, N - число рекомбинаций, вызываемых одним электроном. Величина внутреннего квантового выхода уменьшается с ростом температуры. Внешний энергетический выход (КПД) люминесценции, определяется как ?е= ?кеh?/еV, где h? - энергия фотонов (Дж), еV - энергия электронов (Дж), прошедших разность потенциалов V. Аналогичный параметр - светоотдача характеризует эффективность источников излучения в видимом диапазоне - ?L = ФL/W, где ФL - световой поток излучения (лм), W - потребляемая источником мощность (Вт).

7. Расчет потока излучения, падающего на фоточувствительный элемент ПОИ

Для приемного устройства, изображенного на рисунке 1, с учетом того, что расстояние от ИИ до приемного устройства много больше размера излучающей поверхности ИИ и диаметра входного зрачка объектива, поток излучения, падающий на фоточувствительный элемент ПОИ:

, (1)

где - коэффициент пропускания среды и оптических систем;

- энергетическая яркость ИИ;

- расстояние от выходного зрачка объектива до рассматриваемого сечения пучка;

- площадь излучающей поверхности ИИ;

- площадь входного зрачка объектива приемного устройства.

Яркость ИИ в виде черного тела (ЧТ) следует определять, исходя из того, что пространственное распределение излучения ЧТ подчиняется закону Ламберта. Поэтому:

, (2)

где - энергетическая светимость ЧТ при данной температуре ;

- поток излучения ЧТ;

- площадь излучающей поверхности ЧТ.

Закон Стефана-Больцмана. Для абсолютно черного тела энергетическая светимость (мощность излучения с единицы площади на всех длинах волн) пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры тела:

(3)

Коэффициент пропорциональности =5,67?10-8 Вт?м-2?К-4 называют постоянной Стефана-Больцмана. Поток излучения с площади S черного тела равен

(4)

Откуда энергетическая яркость ИИ при температуре 2000 К

(Вт/м2)

Для поверхности в форме круга площадь поверхности

(м2)

(м2)

Тогда поток излучения, падающий на фоточувствительный элемент ПОИ

(Вт)

8. Расчет интегральной чувствительности ПОИ к излучению ИИ

Спектральное распределение энергетической светимости источника типа А считаем совпадающим с излучением ЧТ с температурой Т=2856 К.

8.1 Построение графиков

Строим следующие графики:

1. Относительное спектральное распределение энергетической светимости паспортного ИИ (данные берем из таблицы 1) представлено на рисунке 3

Рисунок 3 - Относительное спектральное распределение энергетической светимости паспортного ИИ

Таблица 1 - Значения функции Планка у=f(x) [3]

x

y

х

y

x

y

x

y

0,1

4,70?10-15

0,66

0,615

1,29

0,867

1,94

0,434

0,15

7,91?10-9

0,67

0,638

1,3

0,86

1,96

0,424

0,2

7,37?10-6

0,68

0,661

1,31

0,852

1,98

0,415

0,21

1,88?10-5

0,69

0,683

1,32

0,845

2

0,405

0,22

4,37?10-5

0,7

0,704

1,33

0,838

2,05

0,383

0,23

9,31?10-5

0,71

0,725

1,34

0,83

2,1

0,362

0,24

1,85?10-4

0,72

0,745

1,35

0,82

2,15

0,341

0,25

3,45?10-4

0,73

0,764

1,36

0,815

2,2

0,323

0,26

6,10?10-4

0,74

0,783

1,37

0,808

2,25

0,305

0,27

1,02?10-3

0,75

0,801

1,38

0,8

2,3

0,289

0,28

1,62?10-3

0,76

0,817

1,39

0,793

2,35

0,273

0,29

2,54?10-3

0,77

0,834

1,4

0,785

2,4

0,258

0,3

3,80?10-3

0,78

0,849

1,41

0,778

2,45

0,245

0,31

5,50?10-3

0,79

0,862

1,42

0,77

2,5

0,232

0,32

7,74?10-3

0,8

0,877

1,43

0,763

2,55

0,22

0,33

0,0106

0,81

0,89

1,44

0,755

2,6

0,208

0,34

0,0142

0,82

0,903

1,45

0,748

2,65

0,198

0,35

0,0187

0,83

0,914

1,46

0,74

2,7

0,187

0,36

0,0241

0,84

0,925

1,47

0,733

2,75

0,178

0,37

0,0305

0,85

0,934

1,48

0,725

2,8

0,169

0,38

0,038

0,86

0,943

1,49

0,718

2,85

0,161

0,39

0,0467

0,87

0,952

1,5

0,71

2,9

0,153

0,4

0,0565

0,88

0,959

1,51

0,703

3

0,138

0,41

0,0665

0,89

0,966

1,52

0,696

3,1

0,126

0,42

0,08

0,9

0,972

1,53

0,688

3,2

0,114

0,43

0,0936

0,92

0,983

1,54

0,681

3,3

0,104

0,44

0,108

0,94

0,99

1,55

0,674

3,4

0,0947

0,45

0,124

0,96

0,996

1,56

0,667

3,5

0,0866

0,46

0, 142

0,98

0,999

1,57

0,659

3,6

0,0797

0,47

0,16

1

1

1,58

0,652

3,7

0,0726

0,48

0,18

1,02

0,999

1,59

0,645

3,8

0,0667

0,49

0,2

1,04

0,996

1,6

0,638

3,9

0,0614

0,5

0,222

1,06

0,992

1,62

0,624

4

0,0565

0,51

0,244

1,08

0,986

1,64

0,61

4,5

0,0383

0,52

0,267

1,1

0,979

1,66

0,597

5

0,0268

0,53

0,291

1,12

0,97

1,68

0,58

6

0,0142

0,54

0,315

1,14

0,961

1,7

0,571

7

0,20?10-3

0,55

0,339

1,16

0,951

1,72

0,558

8

0,05?10-3

0,56

0,365

1,18

0,94

1,74

0,546

9

0,27?10-3

0,57

0,39

1,2

0,928

1,76

0,534

10

0,20?10-3

0,58

0,415

1,21

0,921

1,78

0,522

20

1,6?10-4

0,59

0,441

1,22

0,915

1,8

0,51

30

3,2?10-5

0,6

0,466

1,23

0,908

1,82

0,498

40

1,0?10-5

0,61

0,492

1,24

0,902

1,84

0,487

50

4,3?10-6

0,62

0,517

1,25

0,895

1,86

0,476

?

0

0,63

0,542

1,26

0,888

1,88

0,465

-

-

0,64

0,567

1,27

0,881

1,9

0,455

-

-

0,65

0,615

1,28

0,874

1,92

0,444

-

-

2. Относительного спектрального распределения энергетической светимости заданного ИИ (рисунок 4)

Спектральное распределение излучения АЧТ описывается законом Планка

, (5)

где Вт•с2 - постоянная Планка;

- длина волны, мкм;

см•с-1 - скорость света;

Вт•см-2• мкм4;

Вт•с• К-1 - постоянная Больцмана.

мкм•К

Рисунок 4 - Спектральное распределение излучения АЧТ при 2000 К

3. Относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения по данным таблицы 2 (рисунок 5)

Таблица 2 - Относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения для дневного зрения [3]

?, нм

300

400

500

600

700

0

-

0,0004

0,323

0,631

0,0041

10

-

0,0012

0,503

0,503

0,0021

20

-

0,0040

0,710

0,381

0,00105

30

-

0,0116

0,862

0,265

0,00052

40

-

0,023

0,954

0,175

0,00025

50

-

0,038

0,995

0,107

0,00012

60

-

0,060

0,995

0,061

0,00006

70

-

0,091

0,952

0,032

0,00003

80

0,000039

0,139

0,870

0,017

0,000015

90

0,00012

0,208

0,757

0,0082

-

Рисунок 5 - Относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения для дневного зрения

4. относительной спектральной характеристики чувствительности заданного ПОИ (ФР1-3) (рисунок 6).

ФР1-3 фоторезистор на основе сульфида свинца предназначены для применения в качестве приемников и датчиков инфракрасного излучения в составе оптико-электронной аппаратуры, систем фотоэлектрической автоматики и телемеханики, в радиометрах и измерительных приборах, работающих в диапазоне длин волн от 0,4 до 3,6 мкм.

Рисунок 6 - Спектральная характеристика чувствительности заданного ПОИ (ФР1-3) [1]

8.2 Расчет коэффициентов использования паспортного и заданного ПОИ

Коэффициенты использования и излучения паспортного () и заданного () ИИ заданным ПОИ. С учетом того, что приняли =1:

(6)

(7)

КПД глаза и для излучения паспортного и заданного ПОИ (с учетом того, что приняли =1):

(8)

(9)

Ход расчета отразим в таблице 3.

Из таблицы 3

Таблица 3 - К расчету коэффициентов использования излучения паспортного и заданного ИИ заданным ПОИ

, мкм

0

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,1

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,2

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,3

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,4

0,06

0,06

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,5

0,22

0,67

10,00

0,32

2,22

6,67

0,07

0,22

0,6

0,47

2,96

16,00

0,63

7,46

47,28

0,29

1,86

0,7

0,70

7,59

20,00

0,00

14,08

151,84

0,00

0,03

0,8

0,86

14,09

32,00

0,00

27,58

450,79

0,00

0,00

0,9

0,97

21,25

43,00

0,00

41,54

913,94

0,00

0,00

1

1,00

27,94

53,00

0,00

52,95

1480,99

0,00

0,00

1,1

0,99

33,41

62,00

0,00

61,13

2071,43

0,00

0,00

1,2

0,93

37,35

70,00

0,00

64,96

2614,41

0,00

0,00

1,3

0,86

39,77

80,00

0,00

68,80

3181,51

0,00

0,00

1,4

0,79

40,86

90,00

0,00

70,65

3677,08

0,00

0,00

1,5

0,71

40,87

98,00

0,00

69,58

4005,13

0,00

0,00

1,6

0,64

40,07

100,00

0,00

63,80

4006,80

0,00

0,00

1,7

0,57

38,69

100,00

0,00

57,10

3868,96

0,00

0,00

1,8

0,51

36,93

97,00

0,00

49,47

3582,04

0,00

0,00

1,9

0,46

34,94

92,00

0,00

41,86

3214,21

0,00

0,00

2

0,41

32,83

86,00

0,00

34,83

2823,52

0,00

0,00

2,1

0,36

30,70

80,00

0,00

28,96

2455,70

0,00

0,00

2,2

0,32

28,59

72,00

0,00

23,26

2058,47

0,00

0,00

2,3

0,29

26,55

64,00

0,00

18,50

1699,37

0,00

0,00

2,4

0,26

24,61

58,00

0,00

14,96

1427,38

0,00

0,00

2,5

0,23

22,78

50,00

0,00

11,60

1138,84

0,00

0,00

2,6

0,21

21,06

44,00

0,00

9,15

926,66

0,00

0,00

2,7

0,19

19,46

38,00

0,00

7,11

739,59

0,00

0,00

2,8

0,17

17,98

32,00

0,00

5,41

575,44

0,00

0,00

2,9

0,15

16,62

27,00

0,00

4,13

448,61

0,00

0,00

3

0,14

15,36

23,00

0,00

3,17

353,17

0,00

0,00

?

13,45

673,966

1537

0,959

854,254

47919,87

0,369

2,112

оптический излучение амплитуда чувствительность

Интегральная токовая или вольтовая чувствительность заданного ПОИ к излучению заданного ИИ в энергетических величинах (А/Вт, В/Вт):

(10)

или

(11)

где - интегральная чувствительность ПОИ к излучению паспортного ИИ в световых величинах;

- интегральная чувствительность ПОИ к излучению паспортного ИИ в энергетических величинах.

Если параметры ИИ были заданы в световых величинах и был рассчитан световой поток , падающий на ПОИ, то необходимо рассчитать соответствующий поток излучения:

(12)

Для ПОИ ФР1-3 =240 В/Вт (не менее) [1]

(В/Вт)

9. Расчет амплитуды переменной составляющей сигнала и величины постоянной составляющей тока на выходе ПОИ

При синусоидальной модуляции поток излучения, падающий на ПОИ, описывается выражением

(13)

где - постоянная составляющая потока излучения;

- амплитуда переменной составляющей потока излучения.

Постоянная составляющая потока излучения может быть обусловлена наличием фоновых засветок от окружающих объектов, а также средним значением потока излучения исследуемого ИИ.

Если излучение фона отсутствует или пренебрежимо мало, а глубина модуляции исследуемого излучения составляет 100%, то

(14)

(Вт)

Поток излучения, падающий на ПОИ, обуславливает возникновение тока, проходящего через ПОИ и называемого фототоком:

(15)

где - токовая чувствительность ПОИ.

Фототок складывается с темновым током ПОИ , а обе эти составляющие образуют общий ток ПОИ:

(16)

При синусоидальной модуляции потока излучения

(17)

Темновой ток и постоянная составляющая фототока образуют постоянную составляющую тока:

(27)

Амплитуды переменных составляющих фототока и напряжения фотосигнала:

; (18)

где - вольтовая чувствительность ПОИ;

- сопротивление нагрузки ПОИ.

ПОИ ФР1-3 выпускается на нагрузку 47 кОм, 68 кОм, 100 кОм, 150 кОм, 220 кОм и 330 кОм.

Для =100 кОм:

Темновой ток в паспортных данных не определен =0

=214,62 (В/Вт)

(А)

(А)

Амплитуда переменной составляющей тока равна постоянной составляющей тока, потому что излучение фона отсутствует или пренебрежимо мало, а глубина модуляции исследуемого излучения составляет 100% .

Амплитуда переменной составляющей сигнала (напряжения или тока) определяется только излучением ИИ, а величина постоянной составляющей общего тока зависит от множества внешних факторов: изменения уровня фона, изменений темнового тока, которые могут быть обусловены изменением температуры ПОИ и т.д. Исходя из изложенного, для передачи информации в ОЭП используются, как правило, только модулированные потоки излучения, либо осуществляется модуляция исследуемых потоков излучения.

10. Расчет напряжения и тока шума ПОИ в заданной полосе частот электронного тракта

Кроме переменной составляющей фототока на выходе ПОИ всегда присутствуют флуктуации общего тока, называемые шумами. Шумы существуют как при наличии, так и при отсутствии фотосигнала так как они обусловлены физическими процессами, происходящими в ПОИ.

Наличие шумов затрудняет обнаружение слабых сигналов, а также приводит к погрешности измерения параметров сигнала: амплитуды, частоты, фазы, времени появления импульсов излучения.

Шумы характеризуются средними квадратическими значениями флуктуации общего тока ПОИ в заданной полосе частот или средними квадратическими значениями флуктуации напряжения на заданной нагрузке в цепи ПОИ в заданной полосе частот.

В справочной литературе и в паспортах ПОИ приводится один из следующих параметров, характеризующих шумы ПОИ: порог чувствительности ; порог чувствительности в единичной полосе частот ; удельный порог чувствительности ; обнаружительную способность ; удельную обнаружительную способность .

Из определений перечисленных параметров следует, что среднее квадратическое значение напряжения или тока шума ПОИ в заданной полосе частот электронного тракта на частоте , на которой производилась аттестация ПОИ, может быть найдено с помощью следующих выражений:

(19)

(20)

где - эффективная шумовая полоса частот электронного тракта разрабатываемого прибора;

- эффективная шумовая полоса частот электронного тракта установки, на которой производилась аттестация ПОИ;

- геометрическая светочувствительная площадь ПОИ.

Стандарты рекомендуют производить аттестацию ПОИ на внутреннем фотоэффекте при частоте модуляции сигнала =800 Гц, а ОПИ на внешнем фотоэффекте - при =1000 Гц. Рекомендуется выбирать =0,2. Эти рекомендации действуют в тех случаях, когда ТУ на конкретные типы ПОИ не предусматривают иных значений и .

При использовании выражений (19) и (20) следует подставлять значения интегральной вольтовой и токовой чувствительности, а также шумовых параметров ПОИ по отношению к излучению одного, например, паспортного ИИ.

Для ФР1-3 удельная обнаружительную способность [1], =1·8=8 мм2=0,08 см2 (рисунок 7). Тогда напряжение и ток шума

(В)

(А)

Рисунок 7 - Фоторезистор ФР1-3

11. Расчет порога чувствительности и обнаружительной способности ПОИ по отношению к излучению заданного ИИ

Шумовые параметры ПОИ приводятся в паспортах и справочниках, по отношению к излучению того же ИИ, что и чувствительность.

Величины порога чувствительности или обнаружительной способности заданного ПОИ к излучению заданного ИИ в энергетических величинах (Вт, Вт-1) равны

; ;(21)

;

где и - порог чувствительности ПОИ к излучению паспортного ИИ в световых (лм) и энергетических (Вт) величинах соответственно;

и - обнаружительная способность ПОИ к излучению паспортного ИИ в световых (лм-1) и энергетических (Вт-1) величинах соответственно.

Аналогично выглядят формулы для расчета порога чувствительности в единичной полосе частот (Вт•Гц-1/2), а также удельной обнаружительной способности ( Вт•Гц-1/2•см).

Порог чувствительности ПОИ по отношению к излучению заданного ИИ в заданной полосе частот электронного тракта может быть найден из соотношений

(22)

Для ФР1-3 в паспортных данных задана только удельная обнаружительную способность [1]. Тогда удельная обнаружительная способность ПОИ к излучению паспортного ИИ

12. Расчет основных составляющих шумовой погрешности ОЭП и отношения сигнал/шум в заданной полосе частот электронного тракта

В справочниках отсутствуют сведения о шумовых параметрах некоторых ПОИ. Приблизительную их оценку можно получить, воспользовавшись известными теоретическими формулами для расчета составляющих шумов соответствующих типов ПОИ.

Основными составляющими шумов фоторезисторов являются токовый, генерационно-рекомбинационный и тепловой шумы.

Токовый шум ( - шум) обусловлен технологией изготовления фоточувствительного слоя, состоянием поверхности, качеством контактов и токами утечки. Средние квадратические значения тока и напряжения токового шума в узкой области частот описывается выражениями:

, (23)

где - постоянная, зависящая от материала ПОИ (=3•10-12…3•10-7; для сернисто-свинцовых фоторезисторов 10-11);

- среднее значение тока ПОИ, определяемое формулой (17);

- среднее значение частоты в полосе частот;

- сопротивление ПОИ.

Теоретический расчет генерационно-рекомбинационного шума не представляется возможным, так как не известны такие параметры, как время жизни носителей , концентрация носителей , объем фотослоя для конкретных типов ПОИ.

Тепловой шум возникает вследствие хаотического движения свободных электронов в ПОИ. Спектр теплового шума - равномерный (белый). Среднее квадратическое значение шума в полосе частот можно рассчитать по формуле Найквиста:

, (24)

где - постоянная Больцмана (1,38•10-23 Дж•К-1);

- температура ПОИ.

Основными составляющими шума фотодиодов являются токовый, дробовый и тепловой шумы.

Токовый шум сказывается в основном на низких частотах (? 1 кГц).

Дробовый шум возникает вследствие флуктуаций во времени числа электронов, образующих электрический ток. Среднее квадратическое значение дробового шума в полосе частот

, (25)

где - заряд электрона (1,6•10-19 Кл).

(А)

(В)

Основной составляющей шума электровакуумных фотоэлементов и фотоумножителей является дробовый шум, который для электровакуумных фотоэлементов рассчитывается по формуле (25), а для фотоумножителей, с учетом влияния динодов (динод - электрод в фотоэлектронном умножителе и некоторых других электровакуумных приборах, cлужащий для усиления электронного потока за счёт вторичной эмиссии электронов):

(26)

где - суммарный ток фотокатода;

- коэффициент усиления фотоумножителя по току;

- коэффициент, учитывающий увеличение дробового шума за счет динодного умножения (=0,3…4, а для фотоумножителей с электростатической фокусировкой =1,5).

Шумовая погрешность ОЭП определяется не только собственными шумами ПОИ, но и наличием внешних засветок, схемой включения ПОИ, шумами сопротивления нагрузки и первых каскадов предварительного усилителя.

В качестве примера рассмотрим схемы включения ПОИ и предварительный усилитель на основе полевого транзистора (рисунок 8).

Сопротивление нагрузки , как правило, выбирают равным темновому сопротивлению ПОИ , если ? 2 МОм, или принимают = 2 МОм, если > 2 МОм (для фотодиодов, фотоэлементов, фотоумножителей). Пироэлектрические ПОИ и полупроводниковые боломатры (приборы для измерения энергии излучения) включаются в цепь с сопротивлением нагрузки до 50…200 МОм.

При выборе сопротивления нагрузки следует учитывать также постоянную времени инерционного контура, образованного сопротивлением нагрузки и емкостью инерционного контура , образованной емкостью ПОИ , емкостью монтажа и входной емкостью предварительного усилителя :

= (27)

Рисунок 8 - Схемы включения ПОИ и предварительный усилитель на полевом транзисторе: а - фоторезистор; б - фотодиод в фотодиодном режиме; в - фотодиод в фотогальваническом режиме; г - фотоэлемент

Емкость монтажа =(1…5) пФ, емкость полевого транзистора =(2…10) пФ. При таких параметрах и при невысокой частоте модуляции ( кГц) инерционность системы в ряде случаев определяется временем установления нормированной переходной характеристики (постоянной времени) ПОИ .

Постояннае времени фоторезисторов и фотодиодов приводятся в справочной литературе, а постоянные времени фотоумножителей (1…5 нс) и фотоэлементов (10-12 нс) пренебрежимо малы.

С учетом изложенных соображений сопротивление нагрузки и постоянная времени должны удовлетворять условиям:

; (28)

Здесь следует использовать величину чувствительности ПОИ к падающему на него в данном ОЭП излучению заданного ИИ.

Суммарные значения тока и напряжения шума ПОИ с учетом дробового шума фототока:

(31)

(32)

(А)

(В)

Аналогично можно учесть и другие составляющие шума для условий конкретной задачи.

Кроме собственных шумов ПОИ при расчете ОЭП следует учитывать тепловой шум резистора нагрузки и шум активного элемента предварительного усилителя.

Среднее квадратическое значение теплового шума резистора нагрузки в полосе частот :

, (33)

где - температура резистора нагрузки.

Величина шума активного элемента предварительного усилителя может быть взята в справочниках на соответствующие элементы техники. При этом следует учитывать схему включения.

Для полевых транзисторов характерной составляющей является тепловой шум канала, который характеризуется эквивалентным шумовым сопротивлением:

(34)

где - крутизна вольт-амперной характеристики полевого транзистора (типовое ее значение - ?(1…3)•10-3 А/В).

Среднее квадратическое значение напряжения шума полевого транзистора в полосе частот , приведенное к его выходу

, (44)

где - температура полевого транзистора.

Суммарное значение тока и напряжения шума ПОИ, входной цепи и предварительного усилителя в эффективной полосе частот электронного тракта:

(35)

(36)

Пользуясь рассчитанными ранее значениями амплитуд переменных составляющих потока излучения , фототока и напряжения фотосигнала , а также порога чувствительности ПОИ по отношению к излучению заданного ИИ в заданной полосе частот электронного тракта и тока шума или напряжения шума , можно рассчитать отношения сигнал/шум без учета () и с учетом () влияния входной цепи и предварительного усилителя:

; (37)

13. Сводные результаты расчетов

В ходе выполнения курсового проекта мы изучили и применили методику расчета потока излучения, поступающего на приемник оптического излучения для схемы пирометра (фотометра); порядок пересчета справочных параметров приемника оптического излучения в параметры для излучения реального источника излучения; порядок расчета шумов приемника оптического излучения и шумовой погрешности для двух типов ОЭП. Результаты расчетов представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Сводная таблица результатов расчетов, проведенных в проекте

Показатель

Обозначение

Ед. изм.

Величина

Поток излучения, падающий на фоточувствительный элемент ПОИ

Вт

0,035

Коэффициент использования паспортного ИИ заданным ПОИ

-

63,5

Коэффициент использования заданного ИИ заданным ПОИ

-

71,1

КПД глаза для излучения паспортного ПОИ

-

0,027

КПД глаза для излучения заданого ПОИ

-

0,003

Интегральная вольтовая чувствительность заданного ПОИ к излучению заданного ИИ

В/Вт

214,62

Амплитуда переменной составляющей сигнала

А

Постоянной составляющая тока на выходе ПОИ.

А

Напряжение шума в заданной полосе частот электронного трактаъ

В

Ток шума в заданной полосе частот электронного трактаъ

А

Удельная обнаружительная способность ПОИ к излучению паспортного ИИ

Дробовый шум фототока

А

В

Суммарное значение тока шума с учетом дробового шума

А

Суммарное значение напряжения шума с учетом дробового шума

В

Заключение

Оптоэлектроника представляет собой перспективное направление микроэлектроники и относится к разделу функциональной электроники.

Для решения поставленных задач в оптоэлектронных устройствах используются информационные сигналы в оптической и электрической формах, но определяющими являются оптические сигналы - именно этим достигается то качественно новое, что отличает оптоэлектронику. Нередко оптоэлектронное (по форме) устройство фактически является оптическим, а электроника выполняет хотя и необходимые, но все же вспомогательные функции. Иными словами, в этих случаях оптоэлектроника - это оптика, управляемая электроникой.

Использование оптоэлектронных приборов облегчает решение проблемы и обеспечивает параллельную обработку больших объемов информации при использовании временной и пространственной модуляции светового луча.

Существует два основных способа измерения температуры - контактный и бесконтактный. Приборы для бесконтактного контроля, работающие по ИК - технологии - пирометры являются, безусловно, наилучшим выбором для промышленного применения, благодаря их повышенной точности и возможности измерять температуру горячих, движущихся или труднодоступных объектов с безопасного расстояния.

Это делает пирометры незаменимыми для контроля температур в случаях, когда физическое взаимодействие с контролируемым объектом невозможно из-за высоких температур, либо когда измерение температуры связанно с опасностью, например в химической промышленности, электроэнергетике, на опасных производствах.

Развитие технологии пирометрии и относительно невысокая цена пирометров сделало их доступными и массовыми приборами. Благодаря невысокой цене, безусловному удобству применения пирометров, наглядности и высокой скорости определения температуры, безопасности измерений, пирометры нашли широкое применение во многих отраслях.

Пирометр (бесконтактный термометр) - прибор для бесконтактного измерения температуры тел в диапазоне от -50 °С до 3000 °С. Пирометр позволяет мгновенно измерять температуру объекта дистанционно, как с близкого, так и с достаточно большого расстояния - от 10 сантиметров до 50 метров. Для этого нужно просто направить пирометр на объект и нажать кнопку.

Список использованных источников

1. Аксененко М.Д., Бараночников М.Л. Приемники оптического излучения. Справочник. - М.: Радио и связь, 1987.

2. Бегунов Б.Н., Заказнов Н.П. Теория оптических систем (учебное пособие для втузов). - М.: Машиностроение, 1983. - 488с.

3. Коротаев В.В., Мусяков В.Л. Методические указания к курсовой работе по курсу «Источники и приемники излучения». - Л. : ЛИТМО, 1991. - 26 с.

4. Коротаев В. В., Мусяков В. Л. Энергетический расчет ОЭП / Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию. - СПб: СПб ГУ ИТМО, 2006, 44 с.

5. Иванов В.И. и др. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы. Справочник/ В.И. Иванов, А.И, Аксенов, А.М. Юшин. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

6. Парвулюсов Ю.Б., Родионов С.А., Солдатов В.П. и др. Проектирование оптико-электронных приборов: Учебник. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Логос, 2000. - 488 с.

7. 10. Якушенков Ю.Г. Проектирование оптико-электронных приборов. - М. Логос, 2000.

8. Якушенков Ю.Г. Теория и расчёт оптико-электронных приборов : Учебник для вузов. - М. : Логос, 2004.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Расчет потока излучения, падающего на фоточувствительный элемент приемника оптического излучения. Вычисление интегральной чувствительности ПОИ к излучению источника. Определение отношения сигнала или шума в заданной полосе частот электронного тракта.

    курсовая работа [671,2 K], добавлен 28.09.2011

  • Технические данные турбогенераторов, трансформаторов и асинхронных электродвигателей. Расчет ударного тока и начального значения периодической составляющей тока при трехфазном коротком замыкании. Определение значения апериодической составляющей тока.

    контрольная работа [1018,1 K], добавлен 14.03.2012

  • Расчет трехфазного короткого замыкания. Определение мгновенного значения апериодической составляющей тока. Однофазное короткое замыкание. Определение действующего значения периодической составляющей тока. Построение векторных диаграмм токов и напряжений.

    контрольная работа [196,9 K], добавлен 03.02.2009

  • Расчет и график напряжения на выходе цепи. Спектральная плотность сигнала на входе и выходе. Дискретизация входного сигнала и импульсная характеристика цепи. Спектральная плотность входного сигнала. Расчет дискретного сигнала на выходе корректора.

    курсовая работа [671,8 K], добавлен 21.11.2011

  • Характеристики полупроводниковых материалов и источников излучения. Соединение источника с волокном. Конструкции одномодовых лазеров, особенности РБО-лазеров. Расчет параметров многомодового лазера с резонатором Фабри-Перо. Светоизлучающие диоды (СИД).

    реферат [561,8 K], добавлен 11.06.2011

  • Типы источников излучения, принципы их классификации. Источники излучения симметричные и несимметричные, газоразрядные, тепловые, с различным спектральным распределением энергии, на основе явления люминесценции. Оптические квантовые генераторы (лазеры).

    реферат [1,8 M], добавлен 19.11.2010

  • Расчет действующего значения периодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания. Определение тока прямой, обратной и нулевой последовательности, аварийной фазы, поврежденных фаз. Изучение схемы электроснабжения и типов электрооборудования.

    курсовая работа [509,6 K], добавлен 08.06.2011

  • Расчет токов и напряжений симметричного КЗ. Расчет токов и напряжений несимметричного КЗ, вид указывается в задании. Расчет токов симметричного КЗ с использованием ПК. Значения периодической составляющей тока и напряжения в месте несимметричного КЗ

    методичка [1,5 M], добавлен 05.10.2008

  • Определение аналитическим путём и методом расчетных кривых начального значения периодической составляющей тока. Расчет величины тока при несимметричном коротком замыкании. Построение векторных диаграммы токов и напряжений в точке короткого замыкания.

    практическая работа [2,5 M], добавлен 20.10.2010

  • Определение начального сверхпереходного тока при трехфазном коротком замыкании. Расчет периодической слагающей тока. Определение сопротивления прямой последовательности при коротком замыкании и действующих значений периодической составляющей тока.

    курсовая работа [1005,0 K], добавлен 14.04.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.