1200

Энергетический расчет оптико-электронного прибора

Научная статья

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Для обеспечения работоспособности любого оптико-электронного прибора важно получить определенные энергетические соотношения между полезным сигналом и порогом чувствительности прибора. В качестве материала анализирующей призмы, при заданном диапазоне измерения коэффициента преломления.

Русский

2013-01-06

55 KB

49 чел.

Энергетический расчет оптико-электронного прибора

  Для обеспечения работоспособности любого оптико-электронного прибора важно получить определенные энергетические соотношения между полезным сигналом и порогом чувствительности прибора. Порог чувствительности прибора обычно определяется шумами.

    Для обеспечения устойчивой работы, при выбранном алгоритме функционирования, необходимо обеспечить равномерную засветку анализирующей площадки в рабочем угле поля анализа ωа.

  Линейные размеры площадки анализа определяются техническим заданием и равны 10х5мм, а угол анализа определяется на основании расчета оптической схемы с учетом выбора базовых компонентов. Такими компонентами являются: материал анализирующей призмы, приемник излучения, световод и источник излучения.

        В качестве материала анализирующей призмы, при заданном диапазоне измерения коэффициента преломления, выбрано стекло марки К8.  Тем самым определен необходимый рабочий угол равномерного освещения излучателя и рабочее поле зрения анализирующего объектива. Этот угол на входе призмы равен 17.895о или ±8.95о в плоскости изменения угла полного внутреннего отражения совмещенного с расположением фотоприемника.

      В качестве фотоприемника выбрана CCD линейка марки ILX 751B. Использование такого приемника позволяет обеспечить статистическое сканирование поля анализа, т.е. обеспечить поиск зоны ПВО или НПВО без использования подвижных механических узлов.

      Поперечный размер чувствительной площадки соответствует размеру отдельного пикселя 14Х14мкм. Что определяет очень маленькую величину рабочего поля анализа в поперечном направлении, а, следовательно, и слабое использование мощности источника излучения.

   Для обеспечения достаточного сигнал/ шум необходимо использовать сверхяркие светодиоды с оптическим согласованием для равномерной засветки анализирующей площадки. Оптическое согласование должно предусматривать равномерность по площади и полю в рабочем диапазоне. Иначе говоря, анализирующая площадка должна быть равномерно освещена 10х5мм и по полю в пределах телесного угла сечением 18°. Поэтому необходимо выбрать светодиод, имеющий сверхяркую интенсивность и достаточно большую площадь выходного зрачка. В этом смысле представляет интерес светодиод типа TLCS5100, который характеризуется силой света 7500мКд и углом поля зрения 18°. Однако форма его зрачка не соответствует требуемой и недостаточна для прямой засветки анализирующей площадки. Для трансформации формы используем волоконный световод с хаотической укладки волокна и неизменной площадью передней и задней зрачкам. Передний зрачок равен выходному зрачку светодиода и равен

Площадь анализирующей призмы с учетом угла падения равна 25мм2. Интенсивность светового потока на выходе равна интенсивности на входе с учетом пропускания световода. В зависимости от плотности укладки и относительно порванных относительного количества волокон пропускание меняется в диапазоне от 0.5-0.67. Для гарантированного обеспечения сигнал/ шум выбираем минимальное значение коэффициента пропускания. В таком случае интенсивность светового потока на анализирующей поверхности равна:

   Приемник излучения имеет паспортные данные, выраженные в единицах световой освещенности плоскости расположения линейки.

  Основные параметры приемника ILX 751B:

Чувствительность                                                                     Sc=40 В/лк*с

Неравномерность чувствительности по длине                      PRNU-2%

Максимальный выходной сигнал                                           Umax=1.8В.

Темновое выходное напряжение                                             Uт=0.3 мВ.

Неравномерность темнового сигнала                                     UΔUт=0.5 мВ.

Динамический диапазон                                                          6* 103

Максимальная экспозиция                                                      0.045 лк*с

Питание +9В                                                                              4ма (8max)

              +5В                                                                              1.8ma (5max)

Выходной импеданс                                                                  600 Ом

Выходной начальный уровень                                                +4В.

Особенностью работы приемников излучения типа выбранного, заключается в том, что сигнал и темновой ток отдельного пикселя накапливаются в течении четко стробируемого интервала времени. Именно поэтому чувствительность приемника задается в единицах экспозиции (В/ лк*с) и при этом ограничивается величина экспозиции максимальным уровнем 4.5*10-2 лк*с.

         Так как измеряемый прибор является измерительным, то для обеспечения максимальной разрешающей способности необходимо максимально использовать его динамический диапазон.

       В качестве базового источника света выбираем сверхяркий светодиод типа TLCS5100, который имеет зрачок ø5.1мм и интенсивностью излучения 7500 м Кд при угле поля зрения 18°. Этот угол соответствует диапазону изменения угла полного внутреннего отражения разработанной оптической схемой прибора.

        Для нахождения освещенности выходного зрачка светодиода найдем величину потока на его выходе.

                                                      

Где Iд – паспортная интенсивность светодиода, выраженная в Кд

       ω- телесный угол, в котором эта освещенность обеспечена.

                                             

Получаем, что величина потока излучения равна:

                                

Тогда освещенность выходного зрачка   СД, с учетом его площади SД будет

                       

      В случае, когда приёмная площадка приёмника излучения оптически совмещена с выходным зрачком СД и можно пренебречь потерями на оптическое преобразование, время для достижения максимальной экспозиции будет равно

                                     

   Реально, в структуре прибора  поток до прихода на приемник излучения проходит ряд необходимых или физически реально действующих оптических преобразований.

     Прежде всего, поток излучения должен заполнить полностью анализирующую площадку. Размер сечения потока для такого заполнения равен 10х5мм, площадь равна 50мм2. Площадь выходного зрачка существенно меньше и используемая оптическая система для согласования зрачков  приведёт к уменьшению эффективной яркости. Затем учитывая, что равномерность излучения по выходному сечению в паспорте на светодиод не гарантируется и для трансформации и согласования зрачков светодиода и оптической системы целесообразно использовать волоконо- оптическую систему с хаотической укладкой. Такие системы характеризуются коэффициентом пропускания 0.5÷0.6.

      Используемый алгоритм нахождения значения показателя преломления предполагает работу с только одной компонентой поляризации излучения СД, поэтому в оптической схеме присутствует поляризационный фильтр, который характеризуется коэффициентом пропускания 0,4

   Так как анализирующая система представляет собой коллиматор, то зная фокус его объектива и расходимость излучения на его входе можно найти  площадь засветки в его фокальной плоскости.

                             

     Освещённость приёмной площадки с учётом пропускания оптической системы может быть найдена в виде:

                           

     Зная требуемую величину экспозиции для получения максимального сигнала, найдём требуемое время экспозиции:

                              

    Согласно паспорту приёмника излучения, время экспозиции не должно превышать величину в 10мс, поэтому необходимо использовать светодиод в импульсном режиме. При сохранении средней мощности на СД во времени, возможно его форсирование более чем в 100 раз. При форсировании равном 100 время экспозиции будет равно 546мкс, что соответствует рекомендациям по использования приёмника излучения.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

43522. Оценка эффективности затрат на предупреждение аварии и обучение нештатных АСФ 521 KB
  Основная причина и прогнозирование масштаба аварии. Технологический способ локализации аварии. Расчет сил и средств локализации аварии. Задание на учение и решение руководителя по ликвидации аварии.
43523. Облік операцій з фінансової оренди (лізингу) підприємства 816.5 KB
  Виходячи з вищесказаного була вибрана тема курсової роботи – Облік операцій з фінансової оренди лізингу підприємства. Тема оренди та лізингу є однією з найбільш актуальних як для великих підприємств так і для невеликих фірм. Оскільки подібні угоди не допускають можливості дострокового припинення оренди правильне визначення величини періодичної плати забезпечує власникові повне відшкодування...
43524. Расчёт и конструирование асинхронных двигателей 730 KB
  Расчёт обмоток статора Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора Сердечники статора и ротора собраны из штампованных листов электротехнической стали толщиной Обмотка короткозамкнутого ротора и закорачивающие кольца выполняются алюминиевыми обмотка статора медной.
43525. Социальные конфликты современной России 162.5 KB
  Социальная неоднородность общества, различие в уровне доходов, власти, престиже и т.д. нередко приводят к конфликтам. Конфликты являются неотъемлемой частью общественной жизни. Это обуславливает пристальное внимание социологов к исследованию конфликтов.
43526. Многомерная модель базы данных и ее реализация на основе Microsoft SQL Server 479.5 KB
  Поэтому не удивительно то внимание которое сегодня уделяется средствам реализации и концепциям построения информационных систем ориентированных на аналитическую обработку данных. И в первую очередь это касается систем управления базами данных основанными на многомерном подходе МСУБД. Требования к средствам реализации систем оперативной и аналитической обработки данных.
43527. Организация отдыха детей и молодежи: технологии, опыт, проблемы 246.5 KB
  Правильно организованный отдых детей и молодежи обеспечит их разностороннее развитие и формирование личности, духовное, патриотическое, нравственное воспитание, укрепление здоровья, оздоровление организма и восстановление работоспособности. В современной России возникла проблема, касающаяся организации досуга и отдыха детей и молодежи
43528. Анализ и прогнозирование финансового состояния предприятия ООО «Зеркало-инфо» 455 KB
  Объектом исследования курсовой работы является ООО Зеркалоинфо предмет исследования – финансовое состояние предприятия. Цель курсовой работы – исследование финансового состояния предприятия ООО Зеркалоинфо выявление основных проблем финансовой деятельности. В первой главе работы проводится анализ финансового состояния предприятия.
43529. Анализ и прогнозирование финансового состояния предприятия СООО «Эмир Моторс» 467 KB
  Объектом исследования курсовой работы является СООО Эмир Моторс предмет исследования – финансовое состояние предприятия. Цель курсовой работы – исследование финансового состояния предприятия СООО Эмир Моторс выявление основных проблем финансовой деятельности. В первой главе работы проводится анализ финансового состояния предприятия.
43530. Расчет балки и ее характеристик 3.86 MB
  Для указанных схем определить собственные частоты и формы колебаний. Проверить ортогональность собственных форм колебаний. Определить амплитуды вынужденных колебаний под действием силы P(t) = P0cosΩt, приложенной в точке А. Построить эпюру динамических изгибающих моментов при частоте Ω = (γ/mδ)1/2