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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.07.2024

Просмотров: 138

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

В этом случае

( Ц Л

1 +

к _

(k + a)n

(5.24)

\ U« /выХ_

1 J. JL

(п + ч)к

 

 

1

п

 

 

Здесь, как и в дальнейшем, внутренние шумы чувствительного эле­ мента считаем внешними, а сам чувствительный элемент не шумя­ щим. Отношение сигнал/шум на выходе ПУВЧ к сигнал/шум на входе будет равно

(к а) (а — П

(5.25)

(/?. а) (к + 1)

Очевидно, нам необходимо, чтобы ПУВЧ по крайней мере не ухудшал отношение сигнал/шум на выходе по сравнению с отно­ шением сигнал/шум на его входе, т. е. необходимо так подобрать коэффициент усиления а, чтобы при определенных значениях ве­ личин к и п

Л > 1.

Как показали исследования, функция Д(и) занимает опреде­ ленную область в четырехмерном пространстве, в котором теку­

щими координатами являются переменные значения величин Д; а; п и к. От этого пространства можно перейти к трехмерному, если заменить координаты п и к их отношением. Линии уровня такого пространства при фиксированных значениях отношения k/n при­ ведены на рис. 5.4.

Граничные условия функции Д будут:

к

при — -> со,

lim А — 0;

 

 

 

 

_кСС -v «о

 

 

 

 

k

 

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при — ---О,

 

 

 

 

 

 

г

п

 

 

lim А

» со;

 

 

 

 

 

 

 

 

lim А =

lim

{к у )

(я 4-

1)

 

 

Ct -► ла

 

(п + а) (к -1- 1)

п р и

к

 

 

 

 

 

 

-------- > со

 

 

 

 

 

 

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim А

п +

1.

 

 

 

 

п •0

 

п

’

 

 

 

 

к

 

 

 

 

 

 

 

II

 

 

 

п р и ----- 0,

 

 

 

 

 

 

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim А

к

 

 

 

 

 

к

1’

 

 

 

 

а-0

 

 

 

 

 

п

 

 

 

 

I im А — lim (к -f a) (IL

-1-

1)

к

 

« U

'i-»о { п -

а.) { к - 1 - 1 )

п

Точку пересечения

функции

А

 

 

лить

из выражения

 

 

 

 

 

п 1

(5 26)

аТ Т :

 

/!

’г 1

(5.27)

к

Г 1

 

с Д = 1 можно опреде-

 

 

(к

а„) (а

1) ^

 

(5.28)

 

 

(« + а0)(А'+

1)

’

откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а0( « -

1) -f

k ( П + 1) =

а1Р(А

Г 1) ; п ( к - 1),

 

или

 

 

 

 

 

 

 

Вторая производная

от функции

А (а) равна

 

д- А _

_

2 (я -I- 1) (k -f

I)3 (п — k ) (у + п)

(5.29)

д у г ~

 

 

( а |

д ) ' (к

п - I ) 4

 

 

 

92

Т.ак как п > 1; k >

1, то при п >

k

< 0

и функция Д (а)

выпуклая, а при n<k

д-> д

и функция Д (а)

вогнутая.

~ ^ г > О

Как

видно из зависимости Д |и;

 

j,

отношение сигнал/шум на

выходе

чувствительного элемента

не

ухудшается

при а < 1, если

k^n и при а>1. если к < п, т. е. вторую спектральную составляю­ щую сигнала для улучшения отношения сигнал/шум на выходе чувствительного элемента необходимо усиливать, если отношение сигнал/шум данной составляющей больше, чем такое же отноше­

ние первой составляющей, т. е.

а)>1 при

и *

^ и »

Uп2

и„\

И, наоборот, необходимо подавлять

ту спектральную состав­

ляющую, отношение сигнал/шум которой ниже,

причем выигрыш

будет тем больше, чем сильней

будем

подавлять

составляющую

с низким уровнем отношения

сигнал/шум и сильней

усиливать

составляющую с высоким уровнем данного отношения.

шума п= 1.

В частном случае при равномерном

распределении

Тогда

 

 

 

 

т2 (k + «)

 

 

 

(/? +

1 )(<*+1Г

 

 

lim Д =

lim

2 (k -г «)

 

_

2

1 ^

при

/г > 1;

а —•»

и-+ с* (/г-1- 1) (а -■}- 1)

'

k +

 

 

Игл Д -

lim

2 (^ +

«)

 

 

2k

^

при

k > \ \

+ 1 ) ( а -j- 1J

 

li - f - 1

а -г0

а —О

 

 

 

 

 

lim Д =

lim

 

2 (к +

а)

----- 2.

 

 

 

(А-!-

1)(а-|- 1)

 

 

 

а-0

 

 

 

к — сс

(5.30)

(5.31)

(5.32)

(5.33)

Зависимость Д(а;к)

для равномерно

распределенного

шума

при к>1 дана на рис.

5.5.

|

и т. д.

Аналогичные выводы справедливы и для трех, четырех

спектральных составляющих необходимого нам диапазона.

 

Из всего высказанного можно сделать

вывод о том, что макси­

мальное отношение сигнал/шум на выходе эквивалентного полосо­ вого усилителя высокой частоты будет в том случае, если мы бу­ дем принимать из всего необходимого спектра только ту cnetm ральную составляющую, у которой отношение сигнал/шум наи­ большее; в случае равномерного распределения шума по диапазо-

93

ну — ту спектральную составляющую излучения, попадающего на чувствительный элемент, которая обладает максимальной ин-

Рис. 5.5.

I

тенсивностью, т. е. необходимо принимать только ту спектраль­ ную составляющую с Ао, для которой

W7 0 ' о) " а ('‘'о ) хо Q 'o ) = max.

(5.34J

Данное условие будет выполняться только в том случае, если обнаружительная способность чувствительного элемента будет равна

| 0

при

I = А0

-|-ДА;

 

D* = { А г

при

А=

А0,

где Д А-*■0;

(5 .3 5 )

[0

при

А=

А0 — ДА.

 

Но такое условие для ИК систем обнаружения неисправностей мы выполнить не можем, так как мощность ИК излучения одной спектральной составляющей недостаточна для возбуждения в чувствительном элементе выходного напряжения, необходимого для дальнейшей обработки с нужной точностью. Поэтому предла­ гается следующая методика выбора наиболее эффективной обнаружительной способности чувствительного элемента.

Из распределения спектральной плотности излучения объекта

контроля из

диапазона

А=1—6 мкм

выбираем поддиапазоны

Д А, = A2i — А„,

для которых произведение

W (Д А;) та (Д А,) т0 (Д А,)

максимально

(рис. 5.6).

величин

определяем электрический от­

Для

этих выбранных

клик на

выходе чувствительного

элемента,

пользуясь

выраже­

нием

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А

 

ni А2j

ttV a,r0,</A.

(5.36)

 

^еых j

A

S f

 

 

VA~dr.r*

1-1 A,i

 

94

Так как произведение

Wi та|Т0|

постоянно в 1

поддиапазо-

не, то

 

 

 

и . « х J =

■D f £ W\ т., То, л

( 5 . 3 7 )

* г - \

А й

 

 

где п, — количество выбранных поддиапазонов.

Обнаружительная способность считается в этом случае незави­ симой от К в поддиапазонах ДА, и выбирается, исходя из потен­

циальных возможностей чувствительных

элементов к

обнаруже­

нию ИК потока излучения в необходимом

нам диапазоне 1—6 мк.

Определенное таким образом j выходное

напряжение

сравнива­

ется с напряжением, необходимым для нормальной работы даль­

нейших узлов при заданном уровне шумов.

выбранный спектр

Если

ивыхj >

«вых доп,

то считаем, что

нас удовлетворяет.

Если же

н,ыXJ< n ВЫХДПП|

то необходимо

взять еще ряд дополнительных поддиапазонов

А \ к< у которых

 

 

Wк Так Т0 к < y^iTaiToi,

 

НО

 

 

— W KТак Ток = 0,

(5.38)

 

 

 

где б — минимально возможная разность для спектра излучения

объекта

контроля.

электрический

отклик

на выходе

чувстви­

Снова

определяем

тельного

элемента по

выражению

 

 

 

 

Л0 А 1/п

D f S W r ^ ^

+ DiU £

Г„.такт0

(5.39)

« В Ы Х j + I —

—

 

У Ай ЪГ>-

i-i

к -1

 

Здесь Dj+i — обнаружительная способность чувствительного элемента на к поддиапазоне. Для повышения отношения сигнал— шум предлагается выбирать ее исходя из условия

jDj*_

Wi то1 та|

(5.40)

D&x

W к Т 0 К "СаК

 

95

Если вновь определенное выходное напряжение меньше допус­ тимого, то берем новый поддиапазон с еще меньшим значением 1Г/т0та и так до тех пор, пока полученное напряжение на выходе чувствительного элемента будет равно или больше необходимого для нормальной работы последующих узлов, т. е. добиваемся ус­ ловия

Ивых j+1> иВ Ы Х Д О П -

(5.41)

В этом случае наиболее эффективным чувствительным элементом будет такой, у которого обнаружительная способность, - пропор­ циональная коэффициенту передачи, будет иметь вид

 

А *

 

п ри

X]| < Х<Х2|;

 

 

 

 

 

 

 

D-*

^ к - о к Т ак

при

Х,к < X< Х2к;

 

(5.42)

D * =

 

Т0, Та,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W X

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D j *

 

wш ьош Lam

при

Х|ш <

X<Х2ш;

 

 

 

1

 

“ и ^ ,т 0 |т“ , ‘

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при

 

 

хф

е л X, идхки д х ш,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где Dj:!: — максимально

возможная

обнаружительная

способ­

ность

выбранного

чувствительного

 

элемента в диапа­

зоне 1— 6 мк.

Она ограничивается

потенциальными

возможностями данного типа элементов и достижения­

ми науки и техники;

 

 

 

 

 

произведение

i — номера

поддиапазонов, для которых

 

W t0 t,

 

 

максимально при заданной мощности ИК из-

лучения

объекта

контроля;

которых

 

 

 

 

k — номера поддиапазонов, для

 

 

 

 

 

^ р ’гор'сар<С W KТок Tjk

 

 

 

 

 

(5.43)

где р ф Qi\}k\

 

 

 

 

 

включение

которых достаточно,

m — номера поддиапазонов,

для получения на выходе чувствительного элемента не­

обходимого сигнала.

 

 

 

 

 

 

 

 

Для m в общем случае выполняется условие

 

 

 

 

 

l^p тор тар

 

”от ^ат

^

т - 1 Т0т - 1 ^ат-

1,

 

(5.44)

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р ф g i [J £ U ... Um -lLIffl.

для

распределения

Знак U везде обозначает «или». Пример

W (X) та (X) т0 (X),

приведенного

на

рис.

 

5.6,

показан

на

рис. 5.7 и 5.8 для чувствительного элемента с низким

потенциаль­

ным значением обнаружительной

способности

и на

рис.

5.9

для

96

Смотрите также файлы