Новини освіти і науки:

G+

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Характеристики приймачів .

Рис. 3.52

Приймачами оптичного випромінювання (далі – приймачі) називаються пристрої, які перетворюють енергію оптичної області спектра в інші види енергії. Існують різні типи приймачів залежно від типу енергії, в яку вони перетворюють енергію оптичної області спектра: біологічні, хімічні, електричні

тощо.

У фотометричній практиці віддають перевагу використанню приймачів, які перетворюють енергію оптичної області спектра в електричну енергію як найбільш зручну для вимірювання. Різноманітність фізичних приймачів значна, але при світлових вимірах використовуються не всі, а тільки ті, спектральна чутливість яких близька до спектральної чутливості ока людини. У цьому разі можна говорити про світлові відчуття спостерігача, який довіряє кількісну оцінку цих почуттів пристроям.

При освітленні речовини потік випромінювання може поглинатися в ньому двома способами:

- кришталевою решіткою матеріалу, перетворюючись в теплову енергію решітки, що призводить до нагріву тіла без порушення термодинамічної рівноваги. Різні види зміни електричних властивостей твердого тіла в результаті зміни його температури називають т е р м о е л е к -т р и ч н и м и явищами ;

- електронами твердого тіла, при цьому тіло переходить у збуджений нерівноважний стан, температура тіла, тобто енергія кришталевої решітки практично не змінюється, а середня енергія електронів збільшується. Зміна електричних властивостей речовини при його освітленні в результаті оптичного збудження електронів називається ф о т о е л е к т р и ч н и м и явищами.

Приймачі випромінювання, в яких використовуються термоелектричні явища, називаються тепловими приймачами випромінювання (термопари, термостовпчики тощо).

Приймачі випромінювання, в яких використовуються різні фотоелектричні явища, називаються фотоелектронними.

З точки зору практики світлових вимірювань, приймачі випромінювання зручно класифікувати на дві групи: селективні (вибіркові) й неселективні (нейтральні).

Основною характеристикою приймача будь-якого типу є його чутливість,

що визначається як відношення реакції приймача на потік випромінювання до значення цього потоку випромінювання: Зручно класифікувати приймачі так, як показано на рис. 2.1.

У селективних приймачів чутливість залежить від довжини хвилі випромінювання і має своєрідну форму спектральної чутливості – різну в різних частинах спектру

ПРИЙМАЧІ ВИПРОМІНЮВАННЯ

НЕЙТРАЛЬНІ СЕЛЕКТИВНІ

ВНУТРІШНІЙ

ФОТОЕФЕКТ

ЗОВНІШНІЙ ФОТОЕФЕКТ

Рис. 2.1

Неселективні приймачі однаково реагують на рівні потужності випромінювання, що на них падають незалежно від частини спектра.

Прикладом нейтральної дії випромінювання може бути однакове нагрівання чорної поверхні при попаданні на неї рівних потоків випромінювання в різних частинах спектра.

У більшості всі приймачі є селективними.

Проблемою є створення нейтральних приймачів. Всі неселективні приймачі створюють за принципом перетворення тепла випромінювання, для чого використовують спеціальні чорнителі. Для збільшення нейтральності використовують моделі чорного тіла, що являють собою порожнечі з малим отвором і доброю теплоізоляцією. Неселективні приймачі мають перевагу перед селективними в тому відношенні, що їх спектральна чутливість має повну визначеність.

При розподілі приймачів на селективні й нейтральні слід враховувати той факт, що нейтральні приймачі не обов’язково будуть такими у всіх областях спектра випромінювання. Наприклад, приймачі, які є неселективними для світлової енергії, можуть бути селективними в сусідніх областях спектра.

Серед найбільш важливих характеристик приймачів випромінювання слід особливо виділити:

- інтегральну чутливість (для неселективних приймачів),

- спектральну чутливість,

- відносну спектральну чутливість ( для селективних приймачів),

- лінійність,

- інерційність,

- темновий струм,

- робоча напруга живлення,

- та ін. залежно від принципу дії приймача.

Основні характеристики приймачів випромінюванняОстаннім часом фізичні світлові вимірювання без допомоги ока, шляхом застосування спеціалізованих приладів мають широке поширення. Цей напрямок вимірювання перейшов до області об’єктивної фізичної фотометрії, в якій елементами вимірювальних ланцюгів є фотоелектричні та термоелектричні приймачі оптичного випромінювання. Цілий ряд типів таких приймачів застосовується для вимірювання ІЧ та УФ випромінювання, що недоступно суб’єктивним методам вимірювання — людським оком.

Існує велика різноманітність фізичних приймачів, але при світлових вимірюваннях застосовуються лише деякі, тому що для вимірювання в більшості випадків треба використовувати приймачі, спектральна чутливість яких близька до чутливості ока. У цьому випадку кажуть про світлові відчуття спостерігача, який довіряє кількісній оцінці відчуття приладам.

Із точки зору практики світлових вимірювань приймачі променевої енергії зручно поділити на дві групи: вибіркові (селективні) та невибіркові (нейтральні). Вибіркові (селективні) приймачі зазвичай мають своєрідну спектральну чутливість, яка різна в різних частинах оптичного спектра; невибіркові (нейтральні) однаково реагують на рівні потужності випромінювання різних частин спектра, які падають на них. Прикладом нейтральної дії випромінювання може бути однакове нагрівання чорної поверхні при падінні на неї рівних променевих потоків у різних частинах спектра.

До селективних приймачів належать майже всі фотоелементи, фоторезистори. Аналіз електричних характеристик, що одержують при взаємодії оптичного випромінювання з такими приймачами (рис. 3.1), показує, якими різними можуть бути фотоструми, що виникають у ланцюзі фотоелемента при дії на нього однакових потужностей випромінювання, що відносяться до різних областей спектра. Класичним прикладом селективного приймача є людське око. Як ми переконалися раніше, око по-різному сприймає різні ділянки випромінювання видимої області спектра і майже не реагує на випромінювання УФ та ІЧ частин спектра оптичного випромінювання.

Раніше знайдені математичні співвідношення для світлових величин зберігають свою силу незалежно від того, яким приймачем І променевої енергії вони вимірюються. Проте при порівнянні світлових величин, які виміряні різними фізичними приймачами, слід враховувати їх різну спектральну чутливість і робити це як експериментальним, так і розрахунковим методом.

Рис. 3.1 Відносна спектральна чутливість фотоелементів:

1 - сурм'яно-цезієвий; 2 - кремнієвий; 3 - киснево-цезієвий; 4 — германієвий

При розподіленні приймачів на селективні і нейтральні слід І приймати до уваги, що нейтральні приймачі не обов’язково будуть такими ж по всіх областях спектра випромінювання. Наприклад, приймачі невибіркові для світлової енергії можуть виявитися вибірковими в сусідніх областях спектра. Тому нейтральні приймачі для вимірювання повної потужності променевої енергії слід використовувати з певним застереженням. Без урахування цього фактора вимірювання променевого потоку на різних ділянках спектра можуть супроводжуватися похибкою, розмір якої важко підрахувати, якщо відсутні надійні дані про спектральне поглинання приймача по всьому спектру.

Око як приймач випромінювання

Людське око - специфічний приймач, який перетворює енергію оптичного випромінювання в зорове відчуття (рис. 3.2). Щоб не
вдаватися докладно в опис будови ока та призначення його окре-
мих елементів, відзначимо, що фактично приймачем енергії
випромінювання є сітківка ока - внутрішня світлочутлива поверхня
ока, яка складається з великої кількості маленьких клітин, що при-
стали одна до одної.

Ці клітинки (палички та колбочки) слід
називати приймачами променевої енергії. У зв’язку з неоднорідною будовою сітківки треба зважати на певні кутові розміри поля спостерігача, які дозволили б тлумачити отриману світлову картину поля.

Необхідною умовою проведення якісних вимірювань оком, тобто зоровим вимірюванням, є наявність двох суміжних поверхонь, які утворюють поле порівняння. Вони дозволяють дати оцінку їх яскравості по відношенню одне до одного. Саме ця умова виявилась вирішальною при конструюванні та виготовленні світловимірювальних приладів зору.

Багаточисельні спостере-ження показують, що око найбільш точно відрізняє не стільки рівність яскравостей, скільки навіть невелике порушення цієї рівності.

Мінімальний поріг чутливості, при якому починають спостерігатися порушення рівності яскравості полей порівняння, залежить від кутового розміру цих полей.

Рис. 3.2. Будова ока: 1- рогова оболонка; 2- райдужна оболонка; 3- хрусталик; 4- склоподібне тіло; 5- сітчата оболонка ; 6 - жовта пляма; 7 - зоровий нерв.

При кольорових вимірюваннях для стійких результатів спостереження вважається необхідним, щоб кутові розміри полей порівняння відповідали розмірам жовтого п’ятна ока, тобто близько 2°. Як показали результати вимірювань, у випадку суміжного розташування цих полей їх кутові розміри можуть мати велике значення, а саме 4 ... 6°. Таке збільшення кутових розмірів поля порівняння дає помітну перевагу при світлових вимірюваннях як для полегшення умовної зорової роботи спостерігача, так і для зростання точності вимірювання.

На відміну від фізичних приймачів випромінювання, чутливість яких більш менш стала при вимірюваннях, око як біологічний і приймач чутливості може змінювати параметри чутливості як спектральні, так і інтегральні залежно від різних факторів середовища, в якому проводяться зорові вимірювання.

Одним з таких факторів є адаптація ока — зміна відносної чутливості ока до світлового відчуття залежно від рівня яскравості поля зору. Так, при зменшенні яскравості чутливість ока по відношенню до фіолетового синього і зеленого кольорів зростає.

Тривалий процес спостерігання призводить до втоми ока, зниження його чутливості, особливо коли порівнюються поля, що значно відрізняються.

Неоднорідна будова сітківки ока визначає деяку специфіку спостерігання. Так, картина полей порівняння повинна сприйматися і розглядатися цілком, без переміщення середньої точки (осі) погляду по окремих частинах полей, тобто зорове враження повинно сприйматися суворо одним і тим же місцем сітківки. Саме око також повинно бути нерухомим, що наче припускає стаціонарне положення світлового приладу.

Як показала практика зорових вимірювань, особливо при тривалих спостереженнях, не слід затримувати моргання очей. Причому деяке збільшення моргання корисне. Певно, цей процес зменшує втому очей.

У процесі проведення зорових вимірювань слід приймати до уваги характеристику зовнішнього поля, навколишнього світлового поля порівняння. Зовнішнє поле залежно від своєї яскравості робить свій вплив на сприйняття полей порівняння. Внаслідок цього, зовнішнє поле, особливо, якщо воно має перевагу в полі зору над ділянками, які порівнюють, впливає і на стан кольорової чутливості середньої частини сітківки ока.

На результат зорового вимірювання також впливає яскравість поля зору, яка спостерігалась хоча б кілька хвилин перед розгляданням полей, що порівнюють. Тому на адаптацію ока до умов зорових вимірювань відводиться деякий час.

Необхідно пам’ятати, що зміна адаптації проходить порівняно повільно залежно від різних яскравостей полей зору початкової та кінцевої адаптації. Так, наприклад, спостерігачу, який зайшов у темну світлотехнічну лабораторію після перебування на вулиці в сонячний день, на темнову адаптацію, необхідну для утворення робочого режиму, потрібно 40 ... 60 хв.

Навіть після недовгого перебування в умовах світлової адаптації (2 ... 5 хв), наступне відновлення темнової адаптації для продовження роботи в темній лабораторії потребує 5 ... 10 хв відновлювального часу.

Наближення зорових світлових вимірювань до умов повсякденного поля зору, коли воно має однакове освітлення, створило би умови природної адаптації ока. Проте в більшості зорових світловимірювальних приладів саме таких умов дотримуються, що природньо впливає на точність вимірювання, його оцінку та тривалість.

Основною характеристикою приймача будь-якого типу є його чутливість, що визначається як відношення реакції приймача на потік випромінювання до значення цього потоку випромінювання:

S =r/Ф.

Така чутливість має назву інтегральної чутливості. У випадку якщо реакція приймача залежить від довжини хвилі випромінювання розрізняють спектральну чутливість, яку записують у вигляді,

S_λ = r_λ / Ф_λ.

де індекс λ вказує на спектральну залежність величини реакції ( наприклад, за фотострумом S_λ =і_λ / Ф_λ.).

Так для селективних приймачів чутливість залежить

від довжини хвилі випромінювання і має своєрідну форму спектральної чутливості – різну в різних частинах спектру

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Технічні дані	\|

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.006 сек.