Снос зданий:
ecosnos.ru
Главная  Пирометры частичного излучения 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [ 16 ] 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76

где Кр - коэффициент пропорциональности; В„, fij, - энергетическая яркость источника и прцелшика излучения .

В уравнении (3.1) коэффициент Кр не зависит от конструктивных параметров оптического канала радиометра. Уравнение для лучистого потока (в ваттах) от источника, проходящего через входной зрачок [59, 83]:

где еОд - телесный апертурный угол в пространстве изображений, ср; - площадь чувствительного слоя ГШ, м^; т^ц - коэффициент пропускания оптической системы.


Рис. 3.2. Схема широкопольного радиометра с постоянным углом обзора:

/ - защитный обтекатель: 2 - сферическое окно; 3 - оптический фильтр; 4 - приемник излучения; 5 - усилитель; 6 - двигатель модулятора; 7 - полусферический модулятор


Рис. 3.3. Оптико-механическая схема про-стейщего радиометра:

/ - зеркальный объектив; 2 - прерыватель; 3 - входное окно; 4 -- полупроводниковый болометр? 5 - двигатель модулятора; 6 - генератор опорного иапряжеиня; 7 - датчик температуры: В - АЧТ

В результате теплообмена между источником и приемником излучения суммарный поток для идеального радиометра

af = T, ce 9 (fi -B ).

В радиометре, где лучистый поток исследуемого источника излучения сравнивается с лучистьпй потоком опорного излучателя,

= Af, - Af = т, ,9 (В, - fi ).

где - энергетическая яркость опорного излучателя.

На рис. 3.3 изображена оптико-механическая схема простейшего радиометра с постоянным углом обзора. Излучение от объекта фокусируется зеркальным объективом на чувствительную площадку ПИ. В приемнике излучения - полупроводниковом болометре имеется плоское входное окно из материала КРС-5, пропускающее около 70% излучения в диапазоне длин волн от 0,65 до 35 мкм.

Энергетическая яркость падающего излучения измеряется при сравнении ее с излучением эталонного источника (черного тела). Секторный прерыватель попеременно (с частотой 80 Гц) направляет излучение объекта на приемник излучения. При вращении прерывателя на выходе ПИ возникает периодический сигнал, амплитуда которого пропорциональна разности лучистых потоков объекта и черного тела. Выходной сигнал приемника сравнивается



с опорным напряжением в фазовом детекторе, на выходе которого вырабатывается напряжение, пропорциональное лучистому потоку исследуемого источника излучения.

Конструкция радиометра, предназначенного для измерения лучистого потока объектов, имеющих малую энергетическую яркость относительно фона, изображена иа рис. 3.4, а [59, 83]. Для устранения влияния помех, возникающих из-за излучения объектов фона, радиометр снабжен системой охлаждения и конструктивно выполнен из входного объектива /, вентиля 2 для подачи жидкого фреона, приемника 3, конденсора 4, блока фильтров 5 и модуляторного блока 8. Блок фильтров имеет кассету сменных фильтров 7 и двигатель 6. В модуляторном блоке основными элементами являются абсолютно черное тело Р, модулятор с двигателем 10 и элементы формирования опорного сигнала. Внутри корпусов модуляторного блока и входного объектива поддерживают постоянную температуру -80° С.

Ввиду того, что радиометр измеряет лучистый поток от протяженных источников, в нем используют оптику с невысокой разрещающей способностью. Рассмотрим принцип действия радиометра по оптической схеме, изображенной на рис. 3.4, б. Входной объектив / состоит из двух сферических зеркал. Лучистый поток от протяженного объекта после входного объектива отражается от модулятора , имеющего два сектора - прозрачный и непрозрачный с угловыми размерами я/2. Модулятор, вращаемый синхронным двигателем, модулирует лучистый поток с частотой 112 Гц. Промодулиро-ванный поток через отверстие полевой диафрагмы 12, расположенной н фокальной плоскости объектива, попадает на вращающийся фильтр 7. Фильтр состоит из двух секторов по si радиан, один из которых имеет измерительный интерференционный фильтр на длину волны Я = 2,8 мкм, а другой - фильтр сравнения на длину волны Я = 2,45 мкм. Положение фильтров изменяется через редуктор синхронным двигателем со скоростью 2si рад/с.

Оптическая система, образованная плоским и сферическим зеркалами 4, направляет лучистый поток на чувствительный элемент приемника 3. Приемник излучения представляет собой фоторезистор PbS, помещенный в сосуд Дьюара, хладагентом которого является газообразный фреон.

Имитатор абсолютно черного тела Р, выполненный в виде небольшой пластины с К-образными- пазами и охлаждаемый до температуры -80° С, попадает в поле зрения ПИ в моменты, когда секторы модулятора находятся вне оптической оси, т. е. через угол si/2. При сравнении излучений абсолютно черного тела и наблюдаемых объектов формируется опорный сигнал, который регистрируют измерительными приборами.

Величина лучистого потока от источника на входном зрачке объектива определяется зависимостью

где - квадрат относительного отверстия объектива.

Функциональная схема одноканального радиометра (рис. 3.5), примененного в станции Маринер-П [59, 83], является типичной схемой построения радиометров, использующих вместо излучения опорного излучателя излучение Солнца. Как и в любом радиометре рассматриваемая схема имеет два канала, по одному из которых поступает информация о лучистом потоке исследуемой области излучения, а по другому - от выбранного опорного излучателя (в данном случае Солнца или другой планеты, на которую сориентирована оптическая система опорного канала). Оба оптических канала по структуре аналогичны, имеют приемники излучения - болометры, питающиеся стабилизированным напряжением.

Радиометр, выполненный по такой схеме, измеряет лучистый поток, определяемый спектральной характеристикой приемника излучения. Существуют радиометры, измеряющие излучение Земли и верхних слоев атмосферы в пяти спектральных диапазонах [59, 39]. Такие радиометры устанавливаются иа метеорологических искусственных спутниках Земли (ИСЗ) и при





Рис. 3.4. Конструктивная (а) и оптическая (б) схемы радиометра:

f -входной объектив; 2 -вентиль; З-приемник излучения; 4 - конденсор: S - блок фильтров. б - двигатель блока фильтров; 7 - сменные фильтры: S - блок модулятора; S - абсолютно черное тело; 10 - двигатель модулятора; 11 - модулятор; 12 г- полевая диафрагма



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [ 16 ] 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76