Приемники оптического излучения

Приемники оптического излучения подразделяются на тепловые и фотоэлектрические.

Тепловые приемники оптического излучения

Принцип действия тепловых приемников основан на промежуточном преобразовании энергии излучения в тепловую и последующем ее преобразовании в электрический сигнал.

В наиболее общем случае тепловой фотоприемник представляет собой тонкий металлический диск с зачерненной поверхностью с прикрепленным к нему преобразователем температуры в электрический сигнал (рис. 9.17).

Рис. 9.17. Тепловой приемник оптического излучения: 1 -металлический диск; 2 — термоэлектрический преобразователь; 3 — корпус; 4 — элементы крепления; 5 — стеклянная крышка

Благодаря черненной поверхности диска практически весь поток оптического излучения, попадающий на диск, поглощается диском и преобразуется во вносимый тепловой поток q_m. После окончания теплового переходного процесса и стабилизации температуры диска устанавливается тепловой баланс между вносимым тепловым потоком и тепловыми потоками теплоотдачи (рассеивания) в окружающую среду (разд. 8.3):

где q_T" — тепловой поток теплопроводности в окружающую среду через элементы крепления диска и подключения термоэлектрического преобразователя; q_TC — тепловой поток теплопроводности в окружающую среду; q_K — тепловой поток конвекции в окружающую среду; </<sub>л — тепловой поток теплообмена излучением со стенками корпуса преобразователя.

Установившееся значение температуры диска (преобразователя) 0_П определяется величиной вносимого оптическим излучением теплового потока, а также значениями тепловых проводимостей всех упомянутых видов теплообмена и температур среды 0_С и стенок корпуса 0_СТ. Для обеспечения точности преобразования потока оптического излучения в температуру диска должны быть снижены до возможного минимума тепловые потоки теплоотдачи (рассеивания) в окружающую среду. В соответствии с результатами проведенного в разд. 8.2 и 8.3 анализа факторов, влияющих на величины тепловых проводимостей, уменьшение теплового потока q_rn может быть достигнуто использованием для элементов крепления диска материалов с малой удельной тепловой проводимостью, уменьшения тепловых потоков q_TC и q_K можно достичь герметизацией корпуса и созданием внутри него вакуума, а уменьшения теплового потока </<sub>л — зеркальным покрытием стенок корпуса.

Преобразование температуры диска в электрический сигнал может быть осуществлено с использованием термопары, терморезистора и полупроводникового />-/7-перехода.

Благодаря черненной рабочей поверхности диска описанный оптический преобразователь характеризуется одинаковой спектральной чувствительностью практически во всем оптическом диапазоне длин волн. Существенным недостатком данного преобразователя является его высокая инерционность.

Другим примером теплового оптического преобразователя является преобразователь на основе описанного в разд. 3.4 пироэлектрического эффекта. В этом случае преобразование энергии оптического излучения в тепловую происходит непосредственно в пироэлектрическом материале (рис. 3.18).