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3 討論
3·1 基于探測(cè)器的相對(duì)測(cè)溫靈敏度的考慮
待測(cè)溫度每變化1 K時(shí),號(hào)電平的變化量(本文即P1或P2的變化量)稱為系統(tǒng)的溫度靈敏度S[8,9]。即
不失一般性,同時(shí)也為簡(jiǎn)單起見,以反射鏡不起作用時(shí)的情況(P1)為例進(jìn)行討論。此時(shí)探測(cè)器輸出的電號(hào)的強(qiáng)度V(T)可寫成[8,9]
由式(12)作出的Sr~λT曲線如圖3所示。由圖3可以導(dǎo)出,在λT=2 898μm·K附近,系統(tǒng)正好工作在Sr~λT曲線的峰值區(qū)域。這就是說,對(duì)PIN硅光電二極管而言,只要待測(cè)溫度不高于T≈2 898/1·1=2 634 K,探測(cè)器的輸出號(hào)就處于靈敏區(qū)域。亦即,只要被測(cè)溫度有小的變動(dòng),就能引起Sr較大的變化。顯見,采用PIN硅光電二極管作光接收器件,肯定能滿足測(cè)溫范圍的高溫段對(duì)測(cè)溫靈敏度的要求。
3·2 基于探測(cè)器的溫度分辨率的考慮
據(jù)式(1),在極窄的波段內(nèi),當(dāng)待測(cè)溫度改變?chǔ)時(shí),容易導(dǎo)出系統(tǒng)接收到的輻射能的變化時(shí),才能引起探測(cè)器的響應(yīng)。式中,VS/VN為噪比,在推算系統(tǒng)的溫度分辨率時(shí),取VS/VN=1;Δf為后續(xù)的選頻放大器的帶寬。將式(6)、式(13)、式(14)及式(15)代入式(16)中,并考慮極限情況,可以導(dǎo)出
上式中的ΔT即為探頭的溫度分辨率。
下面進(jìn)行定量分析。對(duì)于實(shí)際的測(cè)量環(huán)境,取大氣的衰減系數(shù)τ0=0·85,光學(xué)系統(tǒng)對(duì)光的總透過率τλ=0·50,調(diào)制盤的調(diào)制系數(shù)η=0·80、PIN光電二極管的探測(cè)率D*=5·0×1012cm·Hz1/2·W-1、靈敏元面積A=5 mm×5 mm[10],選頻放大器的帶寬Δf=10Hz,光學(xué)系統(tǒng)的焦距f′=15 cm,通光口徑D=10 cm。為分析上的方便,同時(shí)也不失一般性,取ελ=0·50、Δλ=20 nm代入計(jì)算。在不同的待測(cè)溫度下,由式(17)作出的探測(cè)器的溫度分辨率隨波長(zhǎng)的變化曲線,如圖4所示。
由圖4顯見:(1)探測(cè)器的溫度分辨率隨系統(tǒng)工作波長(zhǎng)的增加而變高。例如,對(duì)于T=773 K而言,λ=0·60μm時(shí),系統(tǒng)的溫度分辨力ΔT=1·662 K,顯然不符合要求。但當(dāng)λ=0·80μm時(shí),ΔT=0·004 K,顯然符合要求;(2)當(dāng)待測(cè)溫度足夠高時(shí),例如待測(cè)溫度T=923 K,λ≥0·70μm的波長(zhǎng)都能滿足要求。
3·3 基于抑制光路中選擇性吸收氣體吸收影響的考慮
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