Приемники лучистой энергии и их характеристики

Система энергетических величин ОИ и единицы их измерения

Для количественной оценки действия оптического излучения (ОИ) пользуются системой энергетических величин.

Основной характеристикой этой системы является мощность излучения или энергия в единицу времени. Иначе эту характеристику называет потоком излучения

, [Вт] = [Дж/c] (1.2.1)

Распределение потока по спектру характеризуется спектральной плотностью излучения:

, [Вт × м^-1]. (1.2.5)

Распределение потока в пространстве (пространственная плотность потока излучения) – сила излучения

, [Вт × ср^-1], (1.2.6)

где – телесный угол, в котором распределяется поток.

Плотность потока на облучаемой поверхности – облученность Е_е

, [Вт × м^-2], (1.2.8)

где – площадь облучаемой поверхности.

Плотность потока на излучающей поверхности – энергетическая светимость М_е:

, [Вт × м^-2], (1.2.9)

где S_изл – площадь излучающей поверхности.

Количество излучения, получаемого за какое-то время называют дозой облучения – энергетической экспозицией Н_е

 

, [Вт × м^-2 × с] = [Дж × м^-2 ]. (1.2.10)

 

 

Кривая силы излучения и расчет по ней потока излучения

Известно, что сила излучения (пространственная плотность светового потока излучения) определяется отношением потока излучения dФ_е и телесному углу dw с вершиной в точке расположения источника, в пределах которого равномерно распределен этот поток

. (1.2.14)

Иногда возникает необходимость рассчитать световой поток излучателя по заданному распределению силы света.

Пусть симметричное относительно оси распределение силы света излучателя задано продольной кривой, изображенной на рис.1.2.4.

Для малых углов имем .

Тогда можно записать ; . При этом:

=

= . (1.2.15)

Считая, что сила света в пределах элементарного угла da постоянна и равна I_a, мы можем написать, что световой поток излучения

, (1.2.16)

Или

. (1.2.17)

Разбивая пространство на ряд конических телесных углов, заключенных между углами открытия a₁, a₂ … a_n, можно вычислить поток излучения, распространяющийся в пределах каждой зоны

 

 

,(1.2.18)

где – зональный телесный угол, рассматриваемой зоны.

 

 

4.Расчет облученности горизонтальной и наклонной поверхностей от точечного источника

В соответствии с определением облученности имеем, что облученность

, (1.2.19)

где - поток, приходящийся на единицу облучаемой поверхности .

С другой стороны, dФ_е = I_adw. Из определения телесного угла (см. рис.1.2.5)

, (1.2.20)

Тогда

, (1.2.21)

Или, подставив это в формулу (2.19), получим

, (1.2.22)

Облучаемое тело - горизонтальная прямоугольная пластина размерами а, в

Площадь облучения

S₀ = aв. (1.2.27)

 

Телесный угол

; (1.2.28)

 

Тогда облученность

(1.2.29)

 

 

5.Расчет облученности сферы, цилиндра от точечного источника излучения

Облучаемое тело-сфера диаметром d

Площадь облучения

; (1.2.30)

Площадь сечения сферы

; (1.2.31)

Телесный угол

; (1.2.32)

Поток, падающий на сферу

. (1.2.33)

 

Тогда облученость

. (1.2.34)

Облучаемое тело - цилиндр диаметром d и высотой h

Площадь облучения

. (1.2.35)

Площадь сечения цилиндра

. (1.2.36)

Телесный угол

. (1.2.37)

Тогда облученность . (1.2.38)

Приемники лучистой энергии и их характеристики

Тела в природе, в которых происходит поглощение, и преобразование оптического излучения называют приемниками оптического излучения.

Для энергетической оценки действия оптического излучения на приемники вводят понятие их чувствительности. Различают: 1) интегральную чувствительность и 2) спектральную чувствительность.

Интегральная чувствительность оценивает чувствительность к сложному излучению и характеризуется зависимостью:

, (1.2.47)

где С – коэффициент, определяемый выбором единиц измерения величины; Q_еa – энергия, поглощенная и эффективно преобразованная в приемнике в другой вид энергии; Q_е – вся энергия излучения, падающая на приемник.

Однако большинство приемников обладает избирательной чувствительностью к излучению разных длин волн. Зависимость, определяющую чувствительность приемника к монохроматическому излучению разной длины волн называют спектральной чувствительностью приемника

, (1.2.48)

где Ф_еal – поглощенный и эффективно преобразованный в приемнике поток монохроматического (однородного) излучения; Ф_еl - полный поток монохроматического (однородного) излучения, падающий на приемник.

У большинства приемников спектральная чувствительность зависит от длины волны, падающего на него однородного излучения. Графически это выглядит так: ( (см. рис. 1.2.11).

В определенной части спектра спектральная чувствительность имеет максимум q_lmax. Если все другие значения q_l(l) разделить на q_lmax, то получим относительную спектральную чувствительность (см. рис.1.2.12.).:

. (1.2.49)

Относительная спектральная чувствительность величины безразмерная. Ею удобнее пользоваться для оценки спектральная чувствительность различных приемников.

 

12345Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: