Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем
.pdfЛитература
1.Неметаллические материалы [Текст]: учеб. пособие для вузов / А. В. Чернышов. - Воронеж, 2000. – 80 с.
2.Технология и автоматизация производства радиоэлектронной аппа-ратуры [Текст] / под ред. А.П. Достанко. - М.: Радио и связь. 2001. - 623с.
3.Березняк, А. П. Электронные компоненты [Текст] / А.П. Березняк. - Воронеж.: Арго, 2000. - № 24. – 26 с.
4. Методические указания по курсу «Организация и планирование радиотехнического производства. Управление радиотехническим предприятием» для студентов специальностей 200700 «Радиотехника» и 200800 «Проектирование и технология радиоэлектронных средств» всех форм обучения [Текст] / И. Г. Орлова, Б. Г. Преображенский. - Воронеж, 1999. - 27 с.
Воронежский государственный технический университет
181
УДК 621.9
В.В. Вереитин, М.Г. Хламов
АНАЛОГОВЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КАНАЛ ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА
Основным элементом тепловизора является фотоприемник. Его расчет является важнейшей частью в проектировке и дальнейшем создании полноценного прибора. В качестве фотоприемника выбирается пироэлектрический датчик. Ниже приведен расчет и сравнение зависимостей. Показана расчетная схема оценки величины потока излучения поступающего на один пиксель. Расчет приведен для устройства, используемого в диагностике холодильных камер. На основе приведенного расчета автором предлагается более простой способ выбора фотоприемника для проектирования полноценного устройства контроля притока тепла
Для бесконтактного метода, предназначенного для определения значения температуры и превращения ее в визуальную картину распределения тепловых полей по поверхности объекта, необходимо использовать матричный фотоприемник. В качестве базового выбираем IRA-E420QW1. Его параметры: Диапазон длин волн - от 0,4 до 25 мкм; Количество каналов 1024 шт; Вольтовая чувствительность одного канала 0,4 В / Вт; Порог чувствительности по мощности -0,5 не более 6 * 10-6 В / Гц; Порог чувствительности по энергии - 0,5 не более 6 * 10-6 Дж / Гц.
Модель измерения низких температур, включает в себя оценку удельной спектральной плотности абсолютно черного тела
:
t=-20 0С, 
=0 – 25 мкм, Тфчт(t)= t+ 273, С1=3,74*104 Вт*см2, C2=1,438*104:
Учет излучения реального объекта осуществляется с использованием коэффициента излучения реального объекта –
:
182
Наибольшее значение этой функции равно – mмакс=0,000533 |
|
||
С использованием mмакс выполнено нормирование: |
|
||
Расчет в соответствии с приведенными формулами проведен |
|||
в MathCad, результаты приведены на рис. 1. |
|
|
|
1.5 10 3 |
|
|
|
1 10 3 |
|
|
|
m0( t) |
|
|
|
m( t) |
|
|
|
5 10 4 |
|
|
|
0 |
10 |
20 |
30 |
0 |
|||
|
|
|
|
Рис. 1. Спектр излучения абсолютно черного тела и |
|||
|
холодильной камеры. |
|
|
Плотность потока излучения объекта:
183
|
a a |
h |
|
||
R |
|
|
|
L |
|
Рис. 2. Пространственные характеристики проецируются на один пиксель
Согласно техническому заданию параметры принимают значения: расстояние до объекта L1=2м, угол обзора 32 
:
радиус зоны изображения:
линейный горизонтальный размер в области отображения:
вертикальный:
184
Y |
y |
|
|
max |
|
|
|
ф0 |
y |
y |
xmax X |
0 |
xmin |
min |
|
|
|
|
x0 |
|
0 |
|
|
|
|
L1 |
Рис. 3. Математическая модель объекта для выполнения расчета стенки камеры
Параметры объекта отображаются на одном пикселе:
Размер на объекте:
Размер на пиксели:
координаты центра:
185
Элементарная площадь при интегрировании: dx, dy – элементарные отрезки:
Элементарный поток излучается поверхностью dS:
Расстояние от центра площади dS к линзы:
Телесный угол в котором оптическое излучение вводится в
линзу:
Согласно предшествующего формул элементарный поток выражается через координаты х, у (местоположение dS):
186
Y |
y |
|
|
|
|
max |
|
||
|
|
|
|
ф |
y |
|
|
xmax X |
|
y |
y |
|
||
0 |
xmin |
|
min |
|
|
|
x |
|
|
|
x |
0 |
|
|
|
|
|
||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
L1 |
Рис. 4. Расчетная схема оценки величины потока излучения поступает в 1 пиксель
Координаты объекта отображаются на одном пикселе:
, 
,
,
В качестве материала оптического компонента избрана искусственно кристаллизованная бромистая медь (CuBr) с оптическими параметрами:
Коэффициент преломления:n10=1,65;
Коэффициент отражения:
187
;
Коэффициент пропускания:
Расчетное значение величины потока поступает в линзу и поступает в фотоприемник:
Чувствительность фотоприемника:
Su=1000
;
Коэффициент полинома расчета спектральной чувствительности:
188
|
1.2 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
0.8 |
|
|
|
|
|
|
s1( ) |
0.6 |
|
|
|
|
|
|
|
0.4 |
|
|
|
|
|
|
|
0.2 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
4 |
8 |
12 |
16 |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 5. Относительная спектральная чувствительность |
|||||
|
|
|
|
пикселя фотоприемника |
|
|
|
Его спектральная характеристика рассчитана полиномом:
189
1.2 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
0.8 |
|
|
|
|
|
sфп( ) |
|
|
|
|
|
mnorm( t)0.6 |
|
|
|
|
|
sфпс( t) |
|
|
|
|
|
0.4 |
|
|
|
|
|
0.2 |
|
|
|
|
|
0 |
4 |
8 |
12 |
16 |
20 |
0 |
|||||
|
|
|
|
|
|
Рис. 6. Спектральная согласования фотоприемника и |
|||||
|
|
источника излучения |
|
|
|
Коэффициент спектрального согласия:
sсинт=0,604;
Интегральная чувствительность фотоприемника к сигналу:
Величина выходного напряжения пироэлектрического фотоприемника (Амплитуда переменной составляющей выходного сигнала):
;
Величина амплитуды выходного сигнала в зависимости от температуры
190