Лабораторна робота № 1

ВИМІРЮВАННЯ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЧУТЛИВОСТІ ФОТОПРИЙМАЧІВ

В С Т У П

Технічний термін “Енергетична характеристика чутливості фотоприймача (ФП) S = f(Р)” [1] означає залежність чутливості ФП від падаючого на нього світлового потоку, з певним спектральним складом випромінювання та в заданому діапазоні зміни його величини. Так як, для лінійних перетворювачів оптичного сигналу в електричний, фотострум змінюється пропорційно падаючому потоку І_ф = f (Р), то на практиці досить переконатися, що ця зміна відбувається за лінійним законом. На графіку 1 зображена типова енергетична характеристика ФП.

Графік 1. Ене ргетична характеристика чутливості ФП

І_т – рівень темнового струму ФП; І_н – струм насичення;

Е_п – порогове значення освітленості; Е_кр – критичний рівень освітленості.

Як бачимо, лінійність енергетичної характеристики чутливості при малих рівнях освітленості (Е_п) обмежена темновим струмом, при високих рівнях – струмом насичення.

За результатами вимірювань енергетичної характеристики визначають динамічний діапазон (d) і нелінійність енергетичної характеристики чутливості (δ_s).

Довідка. Кращі з ФП на основі кремнію мають динамічний діапазон d > 1·10⁸ раз.

1. Методи вимірювання енергетичної характеристики чутливості

1.1 Метод, оснований на зміні відстані між джерелом випромінювання та фотоприймачем.

Освітленість (Е), яку створює джерело випромінювання в площині фоточутливого елемента (ф.ч.е.) пропорційна силі світла цього джерела (І_дж) і обернено пропорційна квадрату відстані (L²) [2] і визначається по формулі

(1).

Необхідно зазначити, що залежність, описана формулою 1, справедлива для точкових джерел [2], тобто, відстань L повинна бути значно більшою (в 5 – 10 раз) від більшого із розмірів - розміру тіла розжарювання джерела випромінювання або розміру ф.ч.е.

На рисунку 1 приведена структурна схема установки для вимірювання енергетичної характеристики чутливості методом зміни відстані між ФП та джерелом випромінювання. Оптичні вузли (джерело оптичного випромінювання і фотоприймач в контактному пристої) кріпляться на опичній (ОСК-2 з базовою довжиною 4 м) або фотометричній (ФСМ-4У – довжиною 3 м) лавах.

Рисунок 1. Структурна схема установки для вимірювання

енергетичної характеристики чутливості

Набором джерел випромінювання з різною силою світла (на сьогодні промисловістю випускаються джерела з силою світла від 1 до 25 000 кд) та зміною відстані L, можна забезпечити зміну освітленості приблизно в 1·10⁵ раз.

В таблиці 1 приведені параметри деяких джерел випромінювання [3]

Таблиця 1.

Тип джерела випромінювання	Сила світла, кд	Напруга живлення, В	Споживаний струм, А	Розміри тіла розжарювання, мм
А6-1	1	6	0.15	2
РН6-7.5	8	7.5	1.2	2
РН12-100	140	12	8	Ø = 5
ЗК127-60	1010	127	0.5	Ø=5, L=188
ЗК127-1000	23 980	127	8	Ø = 5, L=267

Переваги методу, основаного на зміні відстані між джерелом випромінювання та фотоприймачем такі:

1 - утановка є досить простою по конструкції;

2 - зберігається (не змінюється іншими оптичними елементами) спектральний склад потоку випромінювання.

Недоліки метода:

1 - відносна похибка вимірювання енергетичної характеристики чутливості є досить великою величиною (до 4 %);

2 - необхідно мати набір різнотипів джерел випромінювання та їх блоків живлення (від 3 до 5 різнотипів);

3 - із-за великих розмірів тіла розжарювання (більший із розмірів сягає 200 мм) потужні джерела випромінювання використовуються не ефективно, так як для забезпечення точковості джерела їх необхідно установлювати на відстані L більшій 2000 мм;

4 - необхідно мати затемнене приміщення з світлопоглинаючими стінами та стелею;

5 - велика трудомісткість вимірювань.

1.2 Метод оснований на зміні потоку випромінювання ослаблюючими елементами

В конструкціях освітлювачів, для ослаблення потоку випромінювання, часто використовуються оптичні елементи. До них відносяться діафрагми, світлофільтри і дзеркала з різними коефіцієнтами відбивання. Цей спосіб ослаблення є досить зручним, так як використавши його, установка по конструкції може бути малогабаритною і може працювати в освітлених приміщеннях.

На рисунку 2 приводена структурна схема освітлювача К21.532, в якому в якості ослаблюючих елементів використовуються змінні діафрагми: найменша з яких має діаматр Ø_min= 0.3 мм, найбільша – Ø_max= 10 мм.

1 – джерело оптичного випромінювання – АЧТ К21.532;