Файл: Левитин И.Б. Инфракрасная техника.pdf

что общая неровность поверхности растительных массивов

излучения являются капли и молекулы воды, молекулы различных газов, частицы пыли и т. п., рассеивающие, отражающие и поглощающие излучение, приходящее к ним от космических или наземных источников. Таким образом, атмосферные источники являются вторичными источниками инфракрасного излучения; они создают фон, мешающий наблюдению.

Особенно сильно сказывается мешающее действие из­ лучения дневного и ночного неба. В инфракрасной области спектра, для К > 3 мкм, собственное тепловое излучение атмосферы преобладает над рассеянным атмосферой сол­ нечным излучением. Собственное тепловое излучение неба днем и ночью приблизительно одинаково.

Спектр излучения неба, покрытого низкими облаками, близок "к спектру излучения черного тела, так как облака, состоящие из мелких капелек воды, рассеивают излучение многократно и диффузно; нижняя поверхность облаков рассеивает излучение, полученное от земных и водных по­ верхностей, которые излучают подобно черному телу. Сле­ довательно, излучение низких облаков можно принять таким же, как излучение черного тела при температуре приземного слоя воздуха.

Излучение высоких облаков также подобно излучению черного тела, однако при температуре воздуха на высоте,

Космические источники излучения. К этой группе источ­ ников излучения относится прежде всего Солнце. Его уг­ ловой диаметр для земного наблюдателя составляет 32'. Яркость солнечного диска максимальна в центре и не­ сколько уменьшается к краям. Это уменьшение различно в разных областях спектра: в ультрафиолетовой области (при X = 0,32 мкм) яркость на краю солнечного диска со­ ставляет 60% яркости в центре, в инфракрасной области — около 80%.

Спектральное распределение энергии солнечного излу­ чения близко к излучению черного тела примерно при 6000 °С. На рис. 17 показано это распределение, искаженное

47

большим числом линий поглощения солнечного и зем­ ного излучения (фрауигоферовы линии). При расчетах обычно пользуются сглаженной планковской кривой, со­ ответствующей излучению черного тела при указанной температуре.

Излучение Солнца в инфракрасной области исследо­ вано достоверно только до X — 12 мкм, так как более длин­ новолновые излучения полностью поглощаются земной атмосферой. Существует узкое окно прозрачности в обла­ сти X = 21 мкм, пропускающее только 14% солнечного излучения.

является Луна. Угловой диаметр лунного диска для зем­ ного наблюдателя равен 31 '. Луна посылает к Земле от­ раженное солнечное излучение. Отражательные свойства лунной поверхности оценивают значением сферического альбедо Ас — отношением лучистого потока Фх , рассеи­ ваемого освещенной половиной сферы, к лучистому потоку

нем 0,073, однако его значение для разных участков поверх­ ности Луны изменяется от 0,054 до 0,176 (самая яркая точка лунной поверхности — кратер Аристарх). Лунный

48

Г Л А В А Т Р Е Т Ь Я

ПРИЕМНИКИ ИНФРАКРАСНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

15. Параметры приемников инфракрасных излучений

Каждый фотоэлектрический или термоэлектрический приемник инфракрасных излучений является преобразо­ вателем падающей на его чувствительный элемент (фото­ катод, полупроводниковый фотослой и т. п.) лучистой энергии в электрический сигнал. Поэтому любой приемник может рассматриваться как устройство, имеющее вход, на который поступает излучение, и выход, с которого сни­ мается электрический сигнал.

В таких устройствах все количественные параметры непосредственно связаны с достаточно отчетливым выделе­ нием электрического сигнала на фоне (уровне) возникаю­ щих в преобразующем устройстве помех (шумов). Таким образом, успешная передача приемником информации о принятом им лучистом потоке определяется соотношением сигнал—шум.

Так как полезный сигнал от приемников инфракрасных излучений в большинстве случаев является слабым, то для регистрации и измерения сигнала необходимо осущест­ влять усиление. Основные требования к усилению рассмат­ риваются далее; как будет показано, они тесно связаны с природой и уровнем возникающих в приемнике шумов.

мальным значением сигнала, различаемого на фоне шумов.

50

Беспорядочные изменения амплитуд шума, положитель­ ных и отрицательных, за промежуток времени, больший, чем средний период отдельной составляющей шума, при­ водят к тому, что положительные амплитуды компенси­ руются отрицательными и среднее напряжение шума ока­ зывается равным нулю. Поэтому интенсивность шума ха­ рактеризуют среднеквадратичным значением напряжения шума:

уровню напряжения шума: в этом случае полезный сигнал уже не различается.

тельность приемника также зависит от частоты, и, кроме того, от постоянной времени приемника, т. е. от его инер­ ционности. Оптимальной чувствительностью приемник об­ ладает в таком диапазоне частот, в котором уровень шума минимален, а амплитуда сигнала не снижается из-за инер­ ционности приемника.

Уровень напряжения шумов на выходе приемника (средне­

отдельно особенности каждого из видов шумов внутрен­ него и внешнего происхождения.

Интегральная чувствительность (коэффициент преоб­ разования) S есть отношение электрического сигнала на выходе приемника Uc к суммарному лучистому потоку Ф, падающему на чувствительный элемент приемника,

51

Величину 5 измеряют в В-Вт . Чем больше значение ин­ тегральной чувствительности приемника, тем меньшим может быть выбран коэффициент усиления усилительного устройства.

Спектральная чувствительность S (X) представляет со­ бой коэффициент преобразования приемником монохро­ матических лучистых потоков Фх, зависящий в общем случае от длины волны X (в своем большинстве приемники инфракрасных излучений селективны):

Спектральная чувствительность является очень важной характеристикой приемников излучений; она измеряется также в В - В т - 1 . Весьма часто пользуются понятием от­ носительной спектральной чувствительности S' (X) при­ емника, причем

ности приемника. Она представляет собой время, в течение которого сигнал на выходе системы с полосой пропускания резонансной формы достигает 67% своего установившегося значения, если на входе в момент t = 0 начал действовать сигнал с постоянной амплитудой. Постоянная времени t измеряется в секундах.

Инерционность приемника оценивается также его ча­ стотной характеристикой — зависимостью фотореакции (на­ пряжения сигнала, фототока и т. п.) от частоты модуляции

шинства приемников (фоторезисторов, болометров и др., но не у фотоэлементов и ФЭУ) возрастает обратно пропор­ ционально площади чувствительного элемента. Кроме того, можно показать, что и пороговая чувствительность Ф п о р также увеличивается при уменьшении ап (пропорционально корню квадратному из площади чувствительного элемента).

Детектирующая (обнаружительная) способность D*

представляет собой обобщенную характеристику прием­ ника, предложенную Джонсоном. Это—величина, обратная

52