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

26620. ПРЕДУБОЙНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ЖИВОТНЫХ 3.68 KB
  ПРЕДУБОЙНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ЖИВОТНЫХ. Срок предубойного содержания зависит от состояния животных но он как правило не превышает 2 суток. Для животных переутомленных транспортировкой или длительными перегонами подвергавшихся воздействию неблагоприятных факторов голодание нарушение в водопое переохлаждение или перегрев действие атмосферных осадков и др. Во время предубойного содержания происходит восстановление физиологического состояния животных которое должно способствовать повышению резистентности организма и правильному протеканию...
26621. ПРИ КАКИХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ ЖИВОТНЫЕ НЕ ДОПУСКАЮТСЯ К УБОЮ И ПОЧЕМУ 5.77 KB
  ПРИ КАКИХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ ЖИВОТНЫЕ НЕ ДОПУСКАЮТСЯ К УБОЮ И ПОЧЕМУ Убой животных запрещается при подозрении или обнаружении у них сибирской язвы эмфиэематозного карбункула столбняка ботулизма чумы крупного рогатого скота чумы верблюдов бешенства злокачественного отека брадзота энтеротоксемии овец катаральной лихорадки крупного рогатого скота и овец синий язык африканской чумы свиней туляремии сапа эпизоотического линфангита мелиоидоза ложного сапа миксоматоза и геморрагической болезни кроликов а также гриппа птиц. При...
26622. РЕЖИМЫ И МЕТОДЫ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ МЯСА ПРИ ЦИСТИЦЕРКОЗЕ СВИНЕЙ И КРС 2.81 KB
  При обнаружении цистицерков на разрезах мышц головы и сердца производят дополнительно по два параллельных разреза шейных мышц в выйной области лопатколоктевых спинных тазовой конечности и диафрагмы. Если на 40 см2 разреза мышц головы или сердца и хотя бы на одном из разрезов мышц туши найдут более трех живых или погибших личинок тушу голову и внутренние органы кроме кишечника направляют на утилизацию. При обнаружении на 40 см2 разреза мышц головы или сердца более трех живых или погибших цистицерков и при отсутствии или наличии не более...
26623. САНИТАРНАЯ ОЦЕНКА ГРИБОВ 22.53 KB
  По своей пищевой ценности грибы подразделяют на IV категории: I белые грибы грузди грузди желтые рыжики; II подосиновики подберезовики маслята грузди осиновые дубовики волнушки польский гриб; III моховики козляки белянки серушки валуи сыроежки лисички опята шампиньоны строчки сморчки; IV скрипицы краснушки горькушки свинушки зеленушки рядовики вешенки. качество готовой продукции зависит не только от категории но и от того как хорошо грибы переработаны. Молодые грибы питательнее чем переросшие старые. Свежие...
26624. САНИТАРНАЯ ОЦЕНКА МОЛОКА ПРИ РАДИАЦИОННОМ ПОРАЖЕНИИ ЖИВОТНЫХ 1.66 KB
  САНИТАРНАЯ ОЦЕНКА МОЛОКА ПРИ РАДИАЦИОННОМ ПОРАЖЕНИИ ЖИВОТНЫХ. При загрязнении молока этими изотопами его можно очистить с помощью ионообменных смол 75 90. Из загрязненного молока рекомендуется вырабатывать сливочное и топленое масло переход радиоактивных веществ молока в сливочное масло не превышает 4 а в топленое 1 или сыр и творог кислотным способом переход радиоизотопов в готовый продукт не превышает 20 активности молока.
26625. САНИТАРНАЯ ОЦЕНКА МОЛОКА ПРИ ТУБЕРКУЛЕЗЕ И БРУЦЕЛЛЕЗЕ Ж/Х. ТУБЕРКУЛЕЗ 5.88 KB
  Молоко становится жидким с наличием хлопьев приобретает зеленоватожелтую окраску и соленый вкус. Если туберкулезом поражена молочная железа молоко голубоватого цвета. Молоко от животных больных туберкулезом кипятят в течение 10 мин и используют для откорма животных. Молоко от нереагирующих аллергически коров из неблагополучного по туберкулезу хозяйства пастеризуют непосредственно на ферме при температуре 90 С в течение 5 мин или при температуре 85 С в течение 30 мин.
26626. САН. ОЦЕНКА МЯСА ПРИ ИСТОЩЕНИИ, ЖЕЛТУШНОСТИ, ГИДРЕМИИ, БЛЕДНОЙ ОКРАСКЕ 8.29 KB
  При наличии дистрофических изменений в мускулатуре тушу вместе с органами направляют на утилизацию. При наличии дегенеративных изменений в мускулатуре тушу со всеми органами направляют на утилизацию. При положительном результате внутренние органы направляют на утилизацию а тушу на проварку. Если возбудителей токеиксинфекций не выделено то тушу и непораженные внутренние органы направляют на промышленную переработку.
26627. САНИТАРНАЯ ОЦЕНКА МЯСА ПРИ ОБНАРУЖЕНИИ В НЕМ САЛЬМОНЕЛЛ 4.92 KB
  САНИТАРНАЯ ОЦЕНКА МЯСА ПРИ ОБНАРУЖЕНИИ В НЕМ САЛЬМОНЕЛЛ. ПРОФИЛАКТИКА: избегать обсеменения мяса в процессе убоя и переработки; не допускать к убою утомленных животных а также подвергшихся перед убоем длительному голоданию свыше 24 часов перегреванию или переохлаждению; больных животных и сальмонеллоносителей следует убивать на санитарной бойне; осуществлять грамотный ветсан контроль при заготовках транспортировке убое скота переработке и хранении мясных туш; получении и переработке молока. при отсутствии патологических изменений...
26628. САНИТАРНАЯ ОЦЕНКА МЯСА ПРИ ПИРОПЛАЗМИДОЗАХ 4.32 KB
  Паразитируют в эритроцитах бабезии анаплазмы пироплазмы франсиеллы нутталии или в эритроцитах и клетках ретикулоэндотелиальной системы лимфоузлов печени селезенки костного мозга тейлерии а иногда в лейкоцитах и плазме крови. Характерны общая анемичность и желтушность увеличение печени и селезенки кровоизлияния на слизистых и серозных оболочках жидкая светлая кровь. При тейлериозе в лимфоузлах почках и печени обнаруживают небольшие бугорки плотные на ощупь с кровоизлияниями. Окончательный диагноз ставят на основании...