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

51 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

64082. ІДЕНТИФІКАЦІЯ COLEOCHLAMYS-ПОДІБНИХ ВОДОРОСТЕЙ НАЗЕМНИХ БІОТОПІВ АНТАРКТИДИ 4.92 MB
  Мета роботи - провести морфологічну та молекулярно-генетичну ідентифікацію восьми штамів Coleochlamys-подібних водоростей колекції культур ACKU, ізольованих з наземних біотопів околиць української антарктичної станції «Академік В.І.Вернадський».
64083. Расчет эффективности реконструкции зоны ТР ООО «РСУ-6» 2.19 MB
  Целью автомобильного транспорта как сектора транспортного комплекса страны является удовлетворение потребности экономики и населения страны в грузовых и пассажирских перевозках при минимальных затратах всех видов ресурсов. Для этого требуется поддержание автомобилей в технически исправном состоянии.
64084. Методика определения платы за загрязнение окружающей природной среды 720.5 KB
  Загрязнение окружающей среды – привнесение в окружающую среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее физических, химических, биологических агентов и энергетических потоков, которые оказывают негативное воздействие на окружающую среду.
64085. Исследование системы распознаваний форм микрообъектов (на примере кристаллограмм) 5.27 MB
  Объектом исследования являются системы распознавания форм. В качестве предмета исследования мы выбираем разработку и исследование характеристик системы распознавания форм микрообъектов. Задачи: рассмотреть понятие системы распознавания...
64086. Анализ показателей деятельности предприятия ООО «МК ВЕК» 421.44 KB
  Хозяйственная деятельность любого предприятия организации связана с необходимостью осуществлять расчеты как внутри так и вне него. Многообразие расчетных операций хозяйствующего субъекта обусловливает необходимость их классификации по ряду признаков...
64087. Совершенствование пересмотра и обжалования постановлений по делам об административных правонарушениях в таможенном деле 8.1 MB
  В дипломном проектировании рассматривается ситуация когда либо нарушитель либо таможенный инспектор который вел дело до передачи на рассмотрение в вышестоящую инстанцию суд не согласен с вынесенным судом постановлением по делу об административном правонарушении и решает инициировать процедуры пересмотра либо обжалования данного судебного акта.
64088. Особливості обліку розрахунків з підзвітними особами на прикладі сільскогосподарського товариства з обмеженою відповідальністю «Україна 2001» відділ №9 175.02 KB
  У процесі фінансово-господарської діяльності у підприємства виникає потреба використовувати готівку грошові кошти для розрахунків з працівниками по відрядженнях видачі їм коштів на представницькі цілі для купівлі за готівковий розрахунок товарів...
64089. Строение электровоза ВЛ8, основные технические данные, характеристики, модификации, модернизации 267.26 KB
  Общий вид электровоза ВЛ8 Основные технические данные электровоза сле дующие: Род службы грузовой; Ток постоянный напряжение на токоприемнике 3000В; Сила тяги продолжительного режима 2975 кН...
64090. Оптимизация системы сбыта в томском филиале ООО «ДНС+Кемерово» 355.99 KB
  Не является исключением и система сбыта предприятия без которой невозможно комплексное управление предприятием. Сегодня отсутствие должного внимания к вопросам сбыта ведет к снижению эффективности управленческих решений.