Файл: Данилин Н.С. Теория и методы неразрушающего инфракрасного контроля радиоэлектронных схем.pdf

сможем значительно повысить эффективность приема ИК излуче­ ния от объекта контроля.

При приеме сигнала необходимо учитывать внутренние шумы приемника и предварительного усилителя. Если на вход приемни­ ка поступает сигнал U (т) = 6' (-) -f- /V, (т), где 6" (т) — полезная составляющая терморельефа, Ni(t) — отнесенные ранее внутрен­ ние и внешние помехи, то на выходе ИК приемника будет действо­ вать суммарный сигнал

Очевидно, что как помехи, так и внутренние шумы значитель­ но уменьшают вероятность правильного приема сигнала и увели­ чивают ошибку в определении состояния объекта контроля. Умень­ шение этого влияния можно достигнуть рядом специальных кон­ структивных решений и выбором оптимального режима работы приемной и обрабатывающей аппаратуры. Необходимо отметить, что элементы в радиоэлектронных схемах сильно коррелированы по состоянию. При изменении состояния одного элемента изменя­ ется режим работы схемы, что немедленно сказывается на инфра­ красном излучении ее элементов. Значит, для обнаружения неис­ правного элемента необходимо подвергать анализу не только ИК излучение подозреваемого на отказ элемента, но и ИК излучение всей схемы.

Таким образом, перечисленные особенности работы инфракрас­ ной системы обнаружения неисправностей позволяют сделать сле­ дующие выводы:

—сигнал, попадающий на ИК приемник, представляет собой суперпозицию полезного сигнала и помехи, которая в свою оче­ редь состоит из внутренних помех, а также внутренних шумов ап­ паратуры. Для повышения вероятности приема полезного сигнала необходимо принять меры по уменьшению внешних помех и внут­ ренних шумов аппаратуры;

—элементы терморельефа объекта контроля и сам термо­

рельеф сильно коррелированны с состоянием элементов объекта

85

контроля. Поэтому для опознания электрического образа термо­ рельефа на выходе ИК приемника необходим учет отмеченной кор­ реляционной зависимости.

Рассмотрим меры, которые необходимо принять при создании ИСОН, чтобы получить наилучшие характеристики системы.

§5.2. ТРЕБОВАНИЯ К ОПТИМАЛЬНОМУ

ИК ЧУВСТВИТЕЛЬНОМУ ЭЛЕМЕНТУ

Для анализа работы ИК приемника представим его в виде чувствительного к ИК излучению элемента и устройства усиления и преобразования сигнала (рис. 5.2). Чувствительный элемент пре-

У У П

U ,

Рис. 5.2. Блок-схема приемника инфракрасного излучения: ЧЭ — чувствительный элемент; УУП — устройство усиления и преобразования сигнала.

образует падающий на него поток ИК излучения в электрический сигнал, который затем усиливается и преобразуется для дальней­ шей обработки.

Особенностью чувствительных элементов ИК диапазона явля­ ется то, что они реагируют не на мгновенное значение спектраль­ ной составляющей падающего излучения, а на ее мощность, при­ чем обнаружительная способность данных элементов D*, пропор­ циональная их чувствительности R, зависит от длины волны па­ дающего излучения, т. е. '

D* = £>*(*)•

Поэтому для удобства анализа чувствительный элемент ИК диа­ пазона можно представить в виде эквивалентной радиотехничес­ кой схемы, состоящей из полосового усилителя высокой частоты ПУВЧ и амплитудного детектора АД, на вход которой подается

Рис. 5.3. Эквивалентная схема приемника инфракрасного излучения: ПУВЧ — полосовой усилитель высокой частоты; АД — амплитудный детектор.

электрический1сигнал, эквивалентный мгновенному значению па­ дающего ИК излучения. Тогда ИК приемник можно условно пред­ ставить в виде рис. 5.3.

87'

Входной сигнал данной эквивалентной схемы является слож­ ным. Для одной спектральной составляющей его можно записать

По своей природе эквивалентное входное напряжение есть не что иное, как мощность ИК излучения, попадающего на чувстви­ тельный элемент Р, которую можно выразить через спектральную мощность излучения Р\ следующим образом:

L

г— расстояние от объекта контроля до чувствительного элемента;

А0 — площадь входного зрачка оптического устройства.

88,

Тогда

С учетом спектральной плотности излучения Wi.

Как видно из данного выражения, мощность падающего на чувствительный элемент ИК излучения зависит от его спектра. Коэффициент передачи эквивалентного полосового усилителя вы­ сокой частоты можно характеризовать чувствительностью R ИК чувствительного элемента:

где l/s — среднеквадратичная величина напряжения сигнала на выходе.

Так как для чувствительных элементов в ИК диапазоне дается в основном обнаружительная способность этих элементов, кото­ рая учитывает пороговую мощность — эквивалентную мощность шума, то коэффициент передачи эквивалентного полосового уси­ лителя высокой частоты можно представить в следующем виде:

Ал ■— площадь чувствительной поверхности чувствительного элемента;

А/ — эквивалентная ширина полосы частот измерительного

устройства.

Следует заметить, что Af относится к амплитуде сигнала и ха­ рактеризует инерционность чувствительного элемента. Для анали­ за ПУВЧ ее можно не учитывать, так как. она значительно мень­ ше принимаемого диапазона. Исходя из сказанного, сигнал на выходе ПУВЧ можно выразить следующим образом: '

А А

89