Лабораторная работа №1 «Измерение пороговых характеристик МФПУ формата 320х256 элементов антимониде индия»
1. Цель работы:
-овладеть методикой измерения вольтовой чувствительности и напряжения шума МФПУ;
-изучить методику расчета вольтовой чувствительности в максимуме спектральной чувствительности, удельной обнаружительной способности в максимуме спектральной чувствительности пороговой чувствительности.
2. Экспериментальная установка.
Блок-схема стенда для измерения пороговых характеристик МФПУ приведена на рисунке 1
Рис.1. Блок-схема стенда для измерения пороговых характеристик МФПУ
Цифрами на рисунке 1 обозначены следующие блоки:
1 ‑ Источник ИК излучения (АЧТ с Т=500К);
2 ‑ Контроллер АЧТ;
3 ‑ Источник питания блока управления МФПУ типа АТН3231;
4 ‑ Источник питания МКС типа АТН3231;
5 ‑ Блок управления МФПУ;
6 – МФПУ;
7 ‑ Держатель МФПУ;
8 ‑ Вольтметр типа GDM-8145 для контроля рабочей температуры МФПУ;
9 ‑ Плата АЦП в составе: субмодуль ADM214х10M/2DC; базовая плата ввода-вывода AMBPCI_v2.0/f4k/da14/fd4k/SS; устройство подключения UAA02-6;
10 ‑ Вычислительный блок PIV-1,5G/256M /AGP64M c монитором LG795FT;
11 ‑ Осциллограф АСК-2102;
12-13 ‑ Стойки приборные OTS 19.
Источник излучения представляет собой абсолютно черное тело АЧТ с температурой 500К и регулированным расстоянием до МФПУ.
Блок управления и синхронизации формирует все необходимые напряжения для работы мультиплекса, тактовую диаграмму импульсных напряжений и осуществляет синхронизацию МФПУ с аналогово-цифровым преобразователем (АЦП). Выходной видеосигнал с МФПУ при помощи предварительного усилителя (ПУ) регулируется как по постоянному смещению, так и по и усилению для согласования динамического диапазона видеосигнала с АЦП. Синхронизация работы МФПУ осуществляется от платы АЦП синхроимпульсами ТТЛ-уровня.
Расположение органов управления БУ представлено на рис. 2.
Рис.2. Расположение органов управления БУ
Схема включения БУ представлена на Рис. 3.
Рис.3. Схема включения БУ
3 Проведение измерений
3.1 Для определения фотоэлектрических параметров МФПУ проводятся измерения напряжений сигнала, шума, расчеты вольтовой чувствительности и обнаружительной способности всех элементов МФПУ. На основании данных измерений производятся вычисления средних значений вольтовой чувствительности и обнаружительной способности.
Перед измерениями фотоэлектрических параметров необходимо:
Разместить МФПУ в составе комплексного стенда.
-Выполнить соединение МФПУ согласно рис. 3.
-Залить жидкий азот в колодец корпуса МФПУ.
-Обеспечить отсутствие влияния посторонних нагретых источников излучения на результаты измерений (прямой солнечный свет и его блики, лампы накаливания и др.)
-Обеспечить отсутствие конвекции воздуха на трассе черное тело – входное окно испытуемого модуля.
-Измерить и записать значение температуры окружающей среды.
-Включить сетевые тумблеры узлов установки
-Установить рабочую температуру излучателя АЧТ 500К.
-Измерения начинать не ранее, чем через 5 минут после выхода АЧТ на режим и охлаждения МФПУ.
3.2 Измерение вольтовой чувствительности
-Закрыть диафрагму излучателя заслонкой с температурой окружающей среды.
-Запустить рабочую программу измерений сигнала SNADPCI320
-программно выставить время накопления Тн=1 мс
-переменным резистором Vcom на БУ выставить обратное смещение на фотодиодах МФЧЭ примерно 3,9 В
-Записать среднее значение массива данных Vф
-Запустить рабочую программу измерений. Записать новый среднее значение массива данных при открытой заслонке АЧТ {Vизл }
Значение средней интегральной вольтовой чувствительности МФЧЭ Su (В/Вт) определяется по формуле:
где d – размер фоточувствительной площадки,
Р - мощность ИК излучения АЧТ на единицу поверхности в плоскости МФЧЭ.
3.3Измерение напряжения шума МФПУ
-Закрыть входное окно МФПУ заслонкой с температурой окружающей среды.
-Запустить рабочую программу измерений шума SNADPCI320.
-Записать среднее значение шума 
по 16 кадрам.
( Программно среднее значение шума МФЧЭ вычисляется по следующей формуле:
где K = 16– число отсчетов.)
3.3 Расчет мощности излучения АЧТ
Мощность ИК-излучения АЧТ на единицу поверхности в плоскости МФЧЭ определяется в соответствии с ГОСТ 17772-88 по формуле:
где 
= 5,67.10-12 Вт. см-2.K-4 - постоянная Стефана-Больцмана,
e1 – коэффициент излучения АЧТ,
e0 – коэффициент излучения заслонки,
Т1 – температура АЧТ
Т0 – температура шторки
D = - диаметр диафрагмы АЧТ,
L - расстояние между диафрагмой АЧТ и плоскостью МФЧЭ
3.4 Расчет удельной обнаружительной способности в максимуме спектральной чувствительности
Обнаружительная способность в максимуме спектральной чувствительности 
определяется по формуле:
где Sij - напряжение сигнала фотоотклика,
Nij - напряжение шума,
Р - мощность ИК излучения АЧТ на единицу поверхности в плоскости МФЧЭ,
А - площадь фотоэлектрической площадки ФЧЭ,
- эффективная ширина полосы схемы измерения шума,
Кр - коэффициент пересчета мощности ИК-излучения в максимуме спектральной чувствительности.
Пороговая чувствительность рассчитывается по формуле:
Pпор=D*-1
4. Задание
4.1 Полагая, что спектральное распределение чувствительности фотодиодов МФЧЭ на антимониде индия соответствует идеальному фотоприемнику с длиной волны максимума чувствительности, определить, пользуясь материалами Лекции №1, коэффициент использования излучения АЧТ с Т=500К.
4.2 Измерить расстояние между диафрагмой АЧТ и плоскостью МФЧЭ и, полагая коэффициент излучения АЧТ e1=0,95 а коэффициент излучения заслонки e0=1, вычислить мощность ИК-излучения АЧТ на единицу поверхности в плоскости МФЧЭ
4.3 Вычислить вольтовую чувствительность МФЧЭ в максимуме спектральной чувствительности, обнаружительная способность в максимуме спектральной чувствительности и пороговая чувствительность Pпор
Лабораторная работа №2 «Измерение пороговых характеристик МФПУ формата 320х256 элементов антимониде индия»
1. Цель работы:
-овладеть методикой измерения вольтовой чувствительности и напряжения шума МФПУ;
-изучить методику расчета вольтовой чувствительности в максимуме спектральной чувствительности, удельной обнаружительной способности в максимуме спектральной чувствительности пороговой чувствительности.
2. Экспериментальная установка.
Блок-схема стенда для измерения пороговых характеристик МФПУ приведена на рисунке 1
Рис.1. Блок-схема стенда для измерения пороговых характеристик МФПУ
Цифрами на рисунке 1 обозначены следующие блоки:
1 ‑ Источник ИК излучения (АЧТ с Т=500К);
2 ‑ Контроллер АЧТ;
3 ‑ Источник питания блока управления МФПУ типа АТН3231;
4 ‑ Источник питания МКС типа АТН3231;
5 ‑ Блок управления МФПУ;
6 – МФПУ;
7 ‑ Держатель МФПУ;
8 ‑ Вольтметр типа GDM-8145 для контроля рабочей температуры МФПУ;
9 ‑ Плата АЦП в составе: субмодуль ADM214х10M/2DC; базовая плата ввода-вывода AMBPCI_v2.0/f4k/da14/fd4k/SS; устройство подключения UAA02-6;
10 ‑ Вычислительный блок PIV-1,5G/256M /AGP64M c монитором LG795FT;
11 ‑ Осциллограф АСК-2102;
12-13 ‑ Стойки приборные OTS 19.
Источник излучения представляет собой абсолютно черное тело АЧТ с температурой 500К и регулированным расстоянием до МФПУ.
Блок управления и синхронизации формирует все необходимые напряжения для работы мультиплекса, тактовую диаграмму импульсных напряжений и осуществляет синхронизацию МФПУ с аналогово-цифровым преобразователем (АЦП). Выходной видеосигнал с МФПУ при помощи предварительного усилителя (ПУ) регулируется как по постоянному смещению, так и по и усилению для согласования динамического диапазона видеосигнала с АЦП. Синхронизация работы МФПУ осуществляется от платы АЦП синхроимпульсами ТТЛ-уровня.
Расположение органов управления БУ представлено на рис. 2.
Рис.2. Расположение органов управления БУ
Схема включения БУ представлена на Рис. 3.
Рис.3. Схема включения БУ
3 Проведение измерений
3.1 Для определения фотоэлектрических параметров МФПУ проводятся измерения напряжений сигнала, шума, расчеты вольтовой чувствительности и обнаружительной способности всех элементов МФПУ. На основании данных измерений производятся вычисления средних значений вольтовой чувствительности и обнаружительной способности.
Перед измерениями фотоэлектрических параметров необходимо:
Разместить МФПУ в составе комплексного стенда.
-Выполнить соединение МФПУ согласно рис. 3.
-Залить жидкий азот в колодец корпуса МФПУ.
-Обеспечить отсутствие влияния посторонних нагретых источников излучения на результаты измерений (прямой солнечный свет и его блики, лампы накаливания и др.)
-Обеспечить отсутствие конвекции воздуха на трассе черное тело – входное окно испытуемого модуля.
-Измерить и записать значение температуры окружающей среды.
-Включить сетевые тумблеры узлов установки
-Установить рабочую температуру излучателя АЧТ 500К.
-Измерения начинать не ранее, чем через 5 минут после выхода АЧТ на режим и охлаждения МФПУ.
3.4 Измерение вольтовой чувствительности
-Закрыть диафрагму излучателя заслонкой с температурой окружающей среды.
-Запустить рабочую программу измерений сигнала SNADPCI320
-программно выставить время накопления Тн=1 мс
-переменным резистором Vcom на БУ выставить обратное смещение на фотодиодах МФЧЭ примерно 3,9 В
-Записать среднее значение массива данных Vф
-Запустить рабочую программу измерений. Записать новый среднее значение массива данных при открытой заслонке АЧТ {Vизл }
Значение средней интегральной вольтовой чувствительности МФЧЭ Su (В/Вт) определяется по формуле:
где d – размер фоточувствительной площадки,
Р - мощность ИК излучения АЧТ на единицу поверхности в плоскости МФЧЭ.
3.3Измерение напряжения шума МФПУ
-Закрыть входное окно МФПУ заслонкой с температурой окружающей среды.
-Запустить рабочую программу измерений шума SNADPCI320.
-Записать среднее значение шума по 16 кадрам.
( Программно среднее значение шума МФЧЭ вычисляется по следующей формуле:
где K = 16– число отсчетов.)
3.5 Расчет мощности излучения АЧТ
Мощность ИК-излучения АЧТ на единицу поверхности в плоскости МФЧЭ определяется в соответствии с ГОСТ 17772-88 по формуле:
где = 5,67.10-12 Вт. см-2.K-4 - постоянная Стефана-Больцмана,
e1 – коэффициент излучения АЧТ,
e0 – коэффициент излучения заслонки,
Т1 – температура АЧТ
Т0 – температура шторки
D = - диаметр диафрагмы АЧТ,
L - расстояние между диафрагмой АЧТ и плоскостью МФЧЭ
3.4 Расчет удельной обнаружительной способности в максимуме спектральной чувствительности
Обнаружительная способность в максимуме спектральной чувствительности определяется по формуле:
где Sij - напряжение сигнала фотоотклика,
Nij - напряжение шума,
Р - мощность ИК излучения АЧТ на единицу поверхности в плоскости МФЧЭ,
А - площадь фотоэлектрической площадки ФЧЭ,
- эффективная ширина полосы схемы измерения шума,
Кр - коэффициент пересчета мощности ИК-излучения в максимуме спектральной чувствительности.
Пороговая чувствительность рассчитывается по формуле:
Pпор=D*-1
4. Задание
4.1 Полагая, что спектральное распределение чувствительности фотодиодов МФЧЭ на антимониде индия соответствует идеальному фотоприемнику с длиной волны максимума чувствительности, определить, пользуясь материалами Лекции №1, коэффициент использования излучения АЧТ с Т=500К.
4.2 Измерить расстояние между диафрагмой АЧТ и плоскостью МФЧЭ и, полагая коэффициент излучения АЧТ e1=0,95 а коэффициент излучения заслонки e0=1, вычислить мощность ИК-излучения АЧТ на единицу поверхности в плоскости МФЧЭ
4.3 Вычислить вольтовую чувствительность МФЧЭ в максимуме спектральной чувствительности, обнаружительная способность в максимуме спектральной чувствительности и пороговая чувствительность Pпор
Основные порталы (построено редакторами)