5. Энергетическийисветовойпотокиизлучения

Какговорилосьвпараграфе5.1,приемникиизлученияхарактери-зуютсяспектральнойчувствительностью,т.е.зависимостьювыходногосигналаотдлиныволныпадающегоизлучения.Втожевремятела,нагретыедоразныхтемператур,излучаютвразличныхспектральных

диапазонах.Очевидно,чтодляэффективногоприемаизлучениянужновыбиратьФЭПП,спектральнаяобластьчувствительностикоторогомаксимальносогласованасинтересующимпользователяспектраль-нымдиапазономизлученияисточника.Втожевремядляопределенияхарактеристикприемниковнужнопотомужепринципувыбиратьис-точникизлучения.

Дляаттестацииприемниковизлученияобычноиспользуютсясле-дующиеэталонныеисточники:

• дляфотоэлементовсвнешнимфотоэффектомиприемников,чувствительныхвультрафиолетовойивидимойобластяхспектра,–

источникитипаА(2855,6К),типа В(4800К)итипаС(6500К);

• дляприемников,чувствительныхвинфракраснойобластиспек-тра, –абсолютночерноетелостемпературой373,500,1273Квзави-симостиотспектральногодиапазоначувствительностиприемникови

областиихприменения.

Посколькувсеэталонныеисточникиизлучаютвширокомдиапазо-недлинволн,измеряемыйсигналотприемниковизлученияявляетсяинтегральнойреакциейприемника.Рассмотрим,какможноопределить

интегральнуювольтовуючувствительность

^Sинт

дляприемникаизлу-

чениясизвестноймонохроматической(спектральной)чувствительно-стьюS_привоздействиинанегоизлучениемотопределенногоисточ-ника.

Пустьспектральнаяплотностьэнергетическогопотокаизлучения

отданногоисточникаравна

Ф_э.Тогдаполныйпоток,излучаемый

источникомипопадающийнаприемник,равен:



Ф_э_Ф_эd.

0

Вмаксимумекривойспектральнойплотностиизлученияпри

_1m

(рис.5.13)значениеспектральнойплотностипотокаравно

Ф_эm.Можноввестифункциюотносительногоспектральногораспре-деленияплотностиизлучения:

^^^Ф_э

^Фэm^.

Такжеможноопределитьиотносительнуюспектральнуючувстви-тельностьприемникаизлучения:

^s^S_

^Sm^.

Нарис.5.13даныотносительные(приведенныекмаксимуму)кри-выеспектральнойчувствительностиприемникаизлученияиспек-тральнойплотностиизлученияисточника.

s(λ),φ(λ)

^s(λ) s(λ)(λ)

φ(λ)

^λ1m

λ_2m λ

Рис.5.13.Относительныекривыеспектральной^{чувствительности приемника излученияs(})^{,спектральной}плотностиизлученияисточникаи ихпроизведения:

_1m–максимум излученияисточника;_2m–максимумчувствительностиприемника

Сигналприемникаизлученияотпотокадляинтервалаволнотдо

• dбудетравенпроизведению

S_Ф_эλ.Длятогочтобыполучить

сигналотвсегопадающегопотока,нужнопроинтегрироватьэтопро-изведениеповсемдлинамволнот0до∞.Величинападающегопотокабылаопределенаранеекакинтегралотспектральнойплотностиэнер-гетическогопотокаизлученияповсемдлинамволн.Таккакинте-гральнаячувствительностьприемникаестьотношениесигналакпа-дающемупотокуизлучения,тоонаравна



_S_Ф_эλd

S⁰

_ ,

_Ф_эλd

0

гдевсевеличиныпредставляютсобойабсолютныеспектральнуючув-ствительностьиспектральнуюплотностьпотока.Заменяяихотноси-тельнымивеличинами,получаем



_^s^^^d

SS_m⁰





_^^^d

0

S_m^,

где

_^s^^^d

⁰



_^^^d

0

–коэффициентиспользованияизлучениядан-

нымприемником.

Каквидноизэтогоопределенияирис.5.13,коэффициентисполь-зованиязависитотвзаимногорасположениякривыхспектральнойплотностипотокаизлученияиспектральнойчувствительностиприем-ника.Еслиэтикривыенеперекрываются,токоэффициентиспользова-нияиинтегральнаячувствительностьприемникаподанномуизлуча-телюравнынулю.

Для АЧТ справедливы следующие соотношения. Так как

_{АЧТ} АЧТ АЧТ

 R_

^Rm



,то







_RАЧТ_d

4

_^^^{d00}

где^4400Кмкм.



R

АЧТ

m

_T

T⁵

^,

T

ТогдакоэффициентиспользованияизлученияАЧТданнымприем-никомравен

_Т 

0

  s

 

d.

АЧТ

4400^

_АЧТ

Воздействиеизлучениясложногосоставанаданныйприемникможнозаменитьвоздействиемэффективногопотокаизлучениянапри-емник,которыйимеетнезависимуюотдлиныволнычувствительность,

иприэтомсигналостаетсятакимже.Очевидно,чтотакойэффектив-ныйпотокизлученияравен

Ф_эфξФ_э,

гдеФ_э–действительныйпотокизлучениясложногосостава.

СВЕТОВОЙПОТОК

Введениеэнергетическогопотокаизлученияисвязанныхснимве-личин–энергетическойсилысвета,освещенности,яркости–позволя-етполностьюописатьреакциюлюбогоприемникаизлученияналюбойисточникизлучения.Однакопараллельносэнергетическойсистемойединицсуществуеттакназываемаясветовая(фотометрическая)систе-ма.Вэтойсистемеединицасилысвета–кандела(кд)–определяетсякаксиласвета,излучаемаявперпендикулярномнаправленииповерх-ностьюплощадью1/600000м^{2абсолютно}черноготелапритемпера-турезастыванияплатиныидавлении101325Н/м²,аединицасветово-гопотока–люмен(лм)–определяетсякаксветовойпоток,излучаемыйвтелесномугле1срравномернымточечнымисточникомссилойв 1кд.

Фотометрическаясистемаединициспользуетсяприхарактериза-цииприемниковизлученияввидимомдиапазонеспектраисвязанасоспособностьюглазачеловекавосприниматьизлучение.Действительно,глазчеловека(вширокомсмысле)представляетсобойприемникизлу-ченияивоздействиенанегоизлученияможноописатьтакже,какэтобылосделановыше,введяэффективныйпоток,воспринимаемыйгла-зомчеловека.Такойэффективныйпоток,измеряемыйвсветовыхват-тах,можнозаписатькак

гдеФ_э

св

Ф Ф,

эф глэ

• полныйэнергетическийпотокизлучениявовсемспектраль-

номдиапазоне,а

^гл

• коэффициентиспользованияполногопотока

глазомчеловека.Какидлялюбогоприемника



_^v^^^d

_гл⁰

_ ,

_^^^d

0

где

^v

–относительноеспектральноераспределениечувстви-

тельностиглаза,котороеназываюттакжефункциейотносительнойвидностиглаза,илинормализованнойфункциейотносительнойспектральнойсветовойэффективностиизлучениядлястандартногофотометрическогонаблюдателя.Этафункциядлядневногоиночногозренияприведенанарис.5.14.Длярасчетовиспользуюттаблицысоспектральнойзависимостьюфункцииотносительнойвидностиглаза.

1,0

Фиоле-товый

Си-ний

Голу-бой

Зеле-ный

Жел-тый

Оран-

_жевый Красный

v(λ),v΄(λ)

0,8

0,6

0,4

0,2

v΄(λ)

v(λ)

0

0,4 0,44 0,480,52 0,56 0,6 0,64 0,680,72

λ,мкм

Рис.5.14.Функцияотносительнойвидностиглазапримени-тельнокдневномуv()иночномуv^()зрению

ВсоответствиисгосстандартомвРоссиисветовыевеличиныопре-

деляютсяспомощьюфункцииv()

длядневногозрения.Максимум

этойфункциинаходитсяпри

0,555

мкм.Коэффициентиспользо-

ванияглазомпотокаизлученияназываюттакжеотносительнойсве-товойэффективностьюиобозначаютбуквойv:

v_гл.

СвязьмеждусветовымпотокомF,лм,иэнергетическимпотоком

Ф_э,Вт,выражетсяследующимобразом:

^FSглmax^Фсв^Sглmax^Фэ^v,

где

^S_глmax^680лм/Вт–максимальноезначениеспектральнойсве-

товойэффективностиизлучения.

Окончательно:

F680Ф_эv680Ф_э



_^v^^^d

0 _.



_^^^d

0

Такимобразом,еслиизвестныэнергетическийпотокизлученияиегоспектральноераспределение,необходимосначалаопределитьот-носительнуюсветовуюэффективностьv,азатем–световойпоток.

Полученныесоотношениядаютпростыеформулыдляпересчетапараметровприемниковизлученияизсветовыхединицвэнергетиче-скиеинаоборот.Отношениесветового потокакэнергетическому:

^F680v.

Ф_э

Таккакчувствительностьприемникаравнаотношениюсигналак

величинепотокаvFили

vФ_э,то,есливеличиначувствительности

измеренапосветовомупотоку,дляпереводавэнергетическуюсистемуэтувеличинунужноумножитьна680v.Тожесамоенужносделатьидлявеличиныобнаружительнойспособности,таккаконапропорцио-

нальнаvFили

vФ_э.Втожевремяприпереводеизсветовыхеди-

ницвэнергетическиевеличинупороговогопотоканужноподелитьна

680v[5.4].