5 Попередній енергетичний розрахунок

Вихідні дані:

1.Джерело випромінювання ­­– лампа типа ТРШ 1500-2300

-розмір випромінюючої ділянки 2×2,3 мм²;

-колірна температура T=1500K.

2.Вікна кювети:

-матеріал КО1;

-товщина d= 2мм.

3.Приймач випромінювання ФУО 614-5 який має такі

параметри:

-розмір чутливої площадки 1×1 мм;

-інтегральна вольтова чутливість для джерела з T=573 К;

S_e= В /Вт;

-питома виявляюча здатність D^*=2,5×10⁹ см×Гц^1/2/Вт.

5.1 Енергетичий розрахунок робочого кналу

Розрахунки проводемо відповідно до рекомендацій приведених в методичі [4].

5.1.1 Розрахунок велечини світлового потоку випромінювання тілом розжарювання при колірній температурі Т=500К в тілесноому куті ω,в спектральному діапазоні від λ₁=4,15мкм до λ₂=4,42мкм.

Визначимо величину променевого потоку повного випромінювача (АЧТ) з площею випромінюючої поверхні s_дж при температурі T_K в спектральному інтервалі Δλ = λ₁ – λ₂.

Доля повного променевого потоку , що припадає на спектральний інтервал Δλ, може бути визначена за формулою :

де r(λ,T)- функція спектральної густини випромінюванності АЧТ при температурі T .

Якщо через x₁ і x₂ позначити значення аргументу x, що відповідають межам інтервалу λ₁ і λ₂ , то отримаэмо:

Якщо ввести позначення:

Тоді можна записати:

Ф’_АЧТ=[z(x₂)-z(x₁)] Ф_АЧТ (5.5)

Визначаємо довжину хвилі максимального випромінювання АЧТ нагрітого до температури T_K за законом Віна:

Розрахуємо λ_max для температури 1500K:

Z(x₁)=0,758

Z(x₂)=0,787

Ф’_АЧТ=(0,787-0,758) 1500⁴ 5,67 10^-12 0,046=0,03855 Вт.

Для переходу від АЧТ до реальної лампи розжарювання необхідно ввести коефіцієнт сірості ε(λ,T),тобто можна записати:

Ф’_дж=Ф’_АЧТ ε(λ,T) (5.7)

Підставляючи наші значення у формулу дістанемо:

ε_w(λ,T)=0,077

Ф’_дж=0,077 0,03855=2,968 10^-3 Вт.

ε_w(λ,T) визначаємо за відповідними таблицями для даної температури і cередньої довжини хвилі.

4.1.2 Розрахунок потоку випромінювання ,що падає на приймальну площадку фотоприймача.

На приймач падає лише частина випромінювання від нитки розжарювання при колірній температурі 1500K і рівна:

де -потік випромінювання реального джерела при 1500K ,що падає на коліматорну лінзу;

-пропускання оптичної схеми;

k_уз. –коефіцієнт узгодження площі джерела випромінювання із площею приймача випромінювання і визначається за наступною формулою:

Відповідні площі для нашого випадку зображені на рис.5.1

Рис 5.1 Визначення коефіцієнта узгодження.

Підставивши наші значення одержимо:

Визначемо пропускання оптичної системою за наступною формулою:

(5.10)

де -сумарний коефіцієнт пропускання системи;

-оптичний коефіцієнт пропускання матерялу;

-загальний коефіцієнт пропускання оптичної системи обумовлене

френелівським відбиванням;

–інтегральний коефіцієнт пропускання світлофільтра.

Оскільки всі матеріали оптичної системи виготовлені з одного матерялу,то визначемо як:

(5.11)

(оскільки в [1,с.2] приведено пропускання та коефіцієнт послаблення

матерялу для зразка товщиною 10мм.)

де к_м-коефіцієнт послаблення матеріалу для робочої довжини хвилі;

d_о.с.-сумарна товщина оптичних елементів по осі(крім оптичних фільтрів).Для того щоб визначити пропускання оптичного матерялу КО1 з урахуванням поглинання та розсіювання в ньому розрахуємо показник послаблення для зразка товщиною 10мм. Пропускання якого наведино в [методичці 4]. Розрахункову довжину хвилі обераємо по середині робочого фільру λ_р=4,27мкм.

d_о.с=2 d_в.к.+d_л.кол.+d_л.о.=2×2+3,5+3,5=13мм.

Товщина лінз прийнята приблизно оскільки вони нам ще не відомі.

Тоді пропускання оптичної систети зарахунок поглинання в матеріалі буде дорівнювати:

Розрахуємо втрати на відбивання на одній поверхні:

Де m-кількісь меж розділу середовища.Отже отримаємо:

Інтегральний коефіцієнт пропускання робочого світлофільтру визначається наступним виразом:

В іншій формі запису :

де S_ф –площа під кривою спектру,а S₁- площа прямокутника обмеженого координатами λ_max та λ_min.

S₁ = (4,07-4,57) =0,52 мкм

S_ф = 0,184 мкм

Тоді сумарний коефіцієнт пропускання робочого каналу буде рівний:

Отже підставляючи розраховані дані одержимо: