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

31272. Складання схеми електропостачання цеху 1.7 MB
  На вибір схеми і конструктивне виконання цехової мережі впливають такі фактори як категорія надійності живлення ПЕЕ розміщення на території цеху номінальні струми і напруги. Такі схеми виконують за допомогою комплектних шинопроводів типу ШРА на струми до 630А додатки 1 табл.8 Визначення повної розрахункової потужності і розрахункового струму : . Застосовування вимикачів навантаження які здатні відключати робочі струми трансформаторів замість силових вимикачів невеликої та середньої потужності здійснюється з метою зниження...
31273. Методичні вказівки щодо виконання лабораторних робіт з навчальної дисципліни „Моделювання електромеханічних систем” 1.02 MB
  Розрахунок перехідних характеристик на моделі та визначення параметрів передавальної функції електромеханічної системи 34 Список літератури 37 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ Мета дисципліни Моделювання електромеханічних систем полягає в підготовці інженерів широкого профілю здатних самостійно і творчо розвязувати задачі проектування дослідження налагодження й експлуатації сучасних автоматизованих електроприводів і систем автоматизації промислових установок і технологічних комплексів у будьяких галузях народного господарства. Внаслідок проведення...
31274. Математичні методи в обчисленнях на ЕОМ. Методичні вказівки щодо практичних занять і самостійної роботи 3.62 MB
  Практичне заняття № 2 Розвязання систем лінійних алґебраїчних рівнянь. Практичне заняття № 3 Розвязання нелінійних рівнянь та їх систем. Розвиток інформаційних технологій і широке впровадження математичних методів в інженерні дослідження висувають підвищенні вимоги до підготовки інженерів з електромеханіки. Дисципліна Математичні методи в обчисленнях на ЕОМ орієнтує студентів на використання сучасного прикладного програмного забезпечення під час розвязання різноманітних інженернотехнічних задач.
31275. Математичні методи в обчисленнях на ЕОМ 4.9 MB
  Практичне заняття №1 Інтерполяція функції. 5 Практичне заняття №2 Апроксимація функції. Інтерполяція функції МЕТА: вивчення методів та придбання навичок інтерполяції функцій засобами пакету MathCAD Рекомендації щодо обробки результатів При експериментальному вивченні явища необхідно розвязувати такі задачі: знайти аналітичний вираз для функції що задана таблицею або графіком; обчислити значення функції що задана таблицею у мимовільній точці деякого відрізку. Нехай для функції що задана вузлами необхідно знайти значення функції...
31276. МІКРОПРОЦЕСОРНІ ПРИСТРОЇ 993.5 KB
  Remove Видаляє клавішний макрос. Size move Ініціює переміщення і зміну розмірів вікна. Проста програма з трьома сеґментами ;Вкажемо відповідність сеґментних реґістрів сеґментам assume CS:code DS:data ;Опишемо сеґмент команд code segment ;Відкриваємо сеґмент коду begin: mov AXdata ;Початкова ініціалізація mov DSAX ;сеґментного реґістра DS на сеґмент ;даних ;Виведемо на екран рядок тексту mov АН09h ;Функція DOS виведення на екран mov DXoffset msg ;Адреса де зберігається ;рядок що виводиться на екран int 21h...
31277. МІКРОПРОЦЕСОРНІ ПРИСТРОЇ В ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ СИСТЕМАХ 829 KB
  050702 ЕЛЕКТРОМЕХАНІКА КРЕМЕНЧУК 2011 Методичні вказівки щодо самостійної роботи з навчальної дисципліни Мікропроцесорні пристрої в електромеханічних системах для студентів денної та заочної форм навчання у тому числі скорочений термін навчання за напрямом 6. Гладир Кафедра систем автоматичного управління та електропривода Затверджено методичною радою Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського Протокол №____ від__________ Заступник голови методичної ради______________ доц.21 ВСТУП Дисципліна Мікропроцесорні...
31278. ОСНОВИ АВТОМАТИЗОВАНОГО ПРОЕКТУВАННЯ ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИХ ПРИСТРОЇВ І ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ СИСТЕМ. Методичка 13.69 MB
  Принципова схема печатної плати 13 8 Розробка печатної плати електричної частини електротехнічного пристрою електромеханічної системи в пакеті Р САD 14 8.1 Вибір і обґрунтування конструкції печатної плати 14 8.2 Розробка принципової електричної схеми печатної плати в редакторі Schematic 16 8.5 Трасування печатної плати у середовищі пакета PCAD 20 9 Висновки 21 10 Перелік використаної літератури 21 11 Додатки 22 Список літератури 23 Додаток А Зразок оформлення титульної сторінки 24 Додаток Б Зразок завдання на курсову роботу 25 ВСТУП...
31280. ОСНОВИ АВТОМАТИЗОВАНОГО ПРОЕКТУВАННЯ ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИХ ПРИСТРОЇВ І ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ СИСТЕМ 4.6 MB
  Методичні вказівки щодо виконання лабораторних робіт з навчальної дисципліни „Основи автоматизованого проектування електротехнічних пристроїв і електромеханічних систем” для студентів денної та заочної форм навчання зі спеціальності 6.092200 – „Електромеханічні системи автоматизації та електропривод” (у тому числі скорочений термін навчання)