Лабораторна робота № 1
ВИМІРЮВАННЯ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЧУТЛИВОСТІ ФОТОПРИЙМАЧІВ
В С Т У П
Технічний термін “Енергетична характеристика чутливості фотоприймача (ФП) S = f(Р)” [1] означає залежність чутливості ФП від падаючого на нього світлового потоку, з певним спектральним складом випромінювання та в заданому діапазоні зміни його величини. Так як, для лінійних перетворювачів оптичного сигналу в електричний, фотострум змінюється пропорційно падаючому потоку Іф = f (Р), то на практиці досить переконатися, що ця зміна відбувається за лінійним законом. На графіку 1 зображена типова енергетична характеристика ФП.
Графік 1. Ене ргетична характеристика чутливості ФП
Іт – рівень темнового струму ФП; Ін – струм насичення;
Еп – порогове значення освітленості; Екр – критичний рівень освітленості.
Як бачимо, лінійність енергетичної характеристики чутливості при малих рівнях освітленості (Еп) обмежена темновим струмом, при високих рівнях – струмом насичення.
За результатами вимірювань енергетичної характеристики визначають динамічний діапазон (d) і нелінійність енергетичної характеристики чутливості (δs).
Довідка. Кращі з ФП на основі кремнію мають динамічний діапазон d > 1·108 раз.
Методи вимірювання енергетичної характеристики чутливості
1.1 Метод, оснований на зміні відстані між джерелом випромінювання та фотоприймачем.
Освітленість (Е), яку створює джерело випромінювання в площині фоточутливого елемента (ф.ч.е.) пропорційна силі світла цього джерела (Ідж) і обернено пропорційна квадрату відстані (L2) [2] і визначається по формулі
(1).
Необхідно зазначити, що залежність, описана формулою 1, справедлива для точкових джерел [2], тобто, відстань L повинна бути значно більшою (в 5 – 10 раз) від більшого із розмірів - розміру тіла розжарювання джерела випромінювання або розміру ф.ч.е.
На рисунку 1 приведена структурна схема установки для вимірювання енергетичної характеристики чутливості методом зміни відстані між ФП та джерелом випромінювання. Оптичні вузли (джерело оптичного випромінювання і фотоприймач в контактному пристої) кріпляться на опичній (ОСК-2 з базовою довжиною 4 м) або фотометричній (ФСМ-4У – довжиною 3 м) лавах.
Рисунок 1. Структурна схема установки для вимірювання
енергетичної характеристики чутливості
Набором джерел випромінювання з різною силою світла (на сьогодні промисловістю випускаються джерела з силою світла від 1 до 25 000 кд) та зміною відстані L, можна забезпечити зміну освітленості приблизно в 1·105 раз.
В таблиці 1 приведені параметри деяких джерел випромінювання [3]
Таблиця 1.
Тип джерела випромінювання |
Сила світла, кд |
Напруга живлення, В |
Споживаний струм, А |
Розміри тіла розжарювання, мм |
А6-1 |
1 |
6 |
0.15 |
2 |
РН6-7.5 |
8 |
7.5 |
1.2 |
2 |
РН12-100 |
140 |
12 |
8 |
Ø = 5 |
ЗК127-60 |
1010 |
127 |
0.5 |
Ø=5, L=188 |
ЗК127-1000 |
23 980 |
127 |
8 |
Ø = 5, L=267 |
Переваги методу, основаного на зміні відстані між джерелом випромінювання та фотоприймачем такі:
1 - утановка є досить простою по конструкції;
2 - зберігається (не змінюється іншими оптичними елементами) спектральний склад потоку випромінювання.
Недоліки метода:
1 - відносна похибка вимірювання енергетичної характеристики чутливості є досить великою величиною (до 4 %);
2 - необхідно мати набір різнотипів джерел випромінювання та їх блоків живлення (від 3 до 5 різнотипів);
3 - із-за великих розмірів тіла розжарювання (більший із розмірів сягає 200 мм) потужні джерела випромінювання використовуються не ефективно, так як для забезпечення точковості джерела їх необхідно установлювати на відстані L більшій 2000 мм;
4 - необхідно мати затемнене приміщення з світлопоглинаючими стінами та стелею;
5 - велика трудомісткість вимірювань.
1.2 Метод оснований на зміні потоку випромінювання ослаблюючими елементами
В конструкціях освітлювачів, для ослаблення потоку випромінювання, часто використовуються оптичні елементи. До них відносяться діафрагми, світлофільтри і дзеркала з різними коефіцієнтами відбивання. Цей спосіб ослаблення є досить зручним, так як використавши його, установка по конструкції може бути малогабаритною і може працювати в освітлених приміщеннях.
На рисунку 2 приводена структурна схема освітлювача К21.532, в якому в якості ослаблюючих елементів використовуються змінні діафрагми: найменша з яких має діаматр Ømin= 0.3 мм, найбільша – Ømax= 10 мм.
1 – джерело оптичного випромінювання – АЧТ К21.532;