1
Изобретение относится к области измерения излучения, а именно к тепловой регистрации модулированного инфракрасного излучения.
Известен способ повышения чувствительности приемника излучения изменением амплитуды колебаний температуры приемника излучения посредством изменения температуры находящегося с ним в условиях теплообмена тела (экрана) с частотой и фазой модуляции излучения.
Однако известный способ применим только для низкой частоты модуляции излучения. Объясняется это тем, что при высоких частотах модуляции уровень измеряемого сигнала ограничивается не интенсивностью теплообмена приемника с окружающей средой, а тепловой инерционностью приемника.
Цель настоящего изобретения - увеличение амплитуды колебаний температуры приемника излучения при высоких частотах модуляции.
Это достигается тем, что по предлагаемому способу дополнительно изменяют температуру приемника излучения посредством изменения температуры внутри приемника излучения с частотой и фазой модуляции излучения.
На фиг. 1 изображена схема устройства, реализующего описывае.мый способ; на фиг. 2 - графики зависимостей модулированного потока излучения и возникающих температурных и электрических сигналов от времени.
Измеряемый поток излучения (черная стрелка на фиг. 1) модулируется вращающимся дисковым обтюратором 1, который приводится в движение синхронным электродвигателем 2. Модулированный иоток воспринимается поглотителем излучения 3 и преобразуется чувствительным элементом 4 (первичным преобразователем) в электрический сигнал. Последний поступает на усилитель 5 и затем после выпрямления в выпрямительном устройстве 6 регистрируется прибором 7. Одновременно с этим сигнал приемника излучения поступает
на дифференцирующее устройство 8 и после усиления усилителем 9 постоянного тока направляется на вход устройства 10, предназначенного для регулирования интенсивности дополнительного попеременного притока тепла
к рабочему телу и оттока тепла от него (попеременного поглощения и выделения тепла в рабочем теле).
Подбирая по крайней мере один из параметров цепи 4-8-10, можно легко добиться
устранения влияния тепловой инерционности рабочего тела. В газонаполненных приемниках, например пневматических, указанные циклические изменения температур рабочего тела и одного из окружающих его тел (например,
экрана или стенок лучеприемной камеры)
можно осуществить путем циклического поиеременного сжатия и разрежения газа, заполняющего приемник.
В термоэлектрических приемниках в зависимости от направления электрического тока, пропускаемого через спай разнородных проводников электричества, можно нагреть или охладить этот спай. Этим явлением предлагается воспользоваться для циклического изменения температуры приемника. Для этого через термоэлектрические спаи разнородных материалов пропускают попеременно импульсы электрического тока различных направлений.
На фиг. 2 (кривая «а) через Ф() обозначена функциональная зависимость модулированного потока Ф излучения от времени t. Кривая «б иллюстрирует зависимость отклонения температуры приемника от усредненного значения &(t}. Гармоника д() отстает от гармоники Ф() почти на четверть периода модуляции. Такой фазовый сдвиг наблюдается в рассматриваемом нами случае достаточно высокой частоты модуляции (частота модуляции значительно больше критической частоты приемника). Дополнительное принудительное изменение температуры приемника обозначено через в() (кривая «в). Максимум (алгебраический) 6(0 совпадает с максимумом потока Ф (t), что указывает на равенство частот и фаз дополнительного изменения температуры и изменения модулированного потока излучения. Результирующее (суммарное алгебраическое) изменение температуры S (t) приемника показано на чертеже кривой «г. Этот сигнал подается с выхода приемника иа вход регистрирующего устройства. Поскольку амплитуда результирующего сигнала S (t) больше амплитуды первоначального сигнала &(t}, то выходная мощность увеличивается. Это увеличение тем больше, чем больше амплитуда принудительного изменения температуры приемника.
В ряде случаев требуется, чтобы измеряемый выходной сигнал был пропорционален глубине модуляции измеряемого потока излучения. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы амплитуда переменного результирующего сигнала 2() была пропорциональна амплитуде первоначального сигнала &(t). Один из возможных приемов, обеспечивающих получение этой пропорциональной зависимости, заключается в том, что поддерживается постоянным фазовый сдвиг между гармоникой потока и результирующей сигнальной гармоникой S (t): для каждого значения амплитуды изменения потока подбирают такое значение амплитуды дополнительного изменения температуры @(t) приемника, при котором фазовый сдвиг между гармониками Ф(t) и S(0 принимает одно и то же значение. Контроль этого сдвига можно обеспечить различными способами. Один из вариантов осуществления такого контроля путем использования синхронного детектирования проиллюстрирован кривыми «д и «е. Кривая «д показывает характер изменения проводимости выходной цепи с синхронным детектором во времени. Фазу коммутации синхронного детектора изменяют известным образом, например, путем поворота датчика опорного сигнала относительно оси вращения обтюраторного модулятора излучения (конструкция такого устройства известна и не показана на чертеже). При таком изменении области положительной и отрицательной проводимости, обозначенные на чертеже знаками «-f и «-, смещаются вдоль горизонтальной оси (ось времени t) в ту или другую сторону.
Практически для любого значения амплитуды принудительного изменения температуры &(t) можно подобрать такую фазу коммутации синхронного детектора, при которой сигнал на выходе синхронного детектора (кривая «е) состоит из положительных и отрицательных четвертьволновых участков, причем среднее значение сигнала равно нулю, и, наоборот, для определенного, выбранного заранее значения фазы коммутации синхронного детектора можно подобрать такое значение амплитуды дополнительного изменения температуры @(t), при котором среднее значение сигнала после синхронного детектора равно нулю. При этом измеряемый одновременно прибором сигнал Е (t) оказывается практически пропорциональным глубине модуляции измеряемого потока и увеличенным по сравнению с сигналом 0(0. который получался бы при использовании известного «классического способа измерения. Относительное увеличение мощности выходного измеряемого сигнала зависит от фазы коммутации синхронного детектора.
Итак, один из вариантов обеспечения пропорциональной зависимости сигнала от измеряемого потока заключается в следующем. Подбирают экспериментально фазу коммутации из условия обеспечения оптимального условия измерения: существенное увеличение мощности измеряемого сигнала при сохранении приемлемой погрешности и стабильности измерения. После этого фазу коммутации детектора оставляют неизменной, а уже в зависимости от величины контролируемого потока излучения Ф(t) непрерывно в процессе измерения подбирают такую амплитуду дополнительного принудительного измерения температуры приемника в(/), при которой постоянная составляющая сигнала на выходе синхронного детектора равна нулю. Одновременно с этим измеряемый сигнал 2(/) по другому каналу параллельно поступает в регистрирующее устройство и является мерой потока излучения.
Предмет изобретения
Способ повышения чувствительности приемника излучения путем изменения амплитуды колебаний его температуры посредством изменения температуры находящегося с ним в условиях теплообмена тела (экрана) с частотой и фазой модуляции излучения, отличающ и и с я тем, что, с целью увеличения амплитуды колебаний при высоких частотах модуляции, дополнительно изменяют температуру
приемника излучения посредством изменения температуры внутри него частотой и фазой модуляции излучения.
I Z
9
а
5
§ +
