Контрольная работа №1. Теоретические вопросы

Теоретические вопросы

1. Основные фотометрические величины.

2. Связь между энергетическими и световыми фотометрическими величинами.

3. Лампы накаливания.

4. галогенные лампы.

5. Газоразрядные лампы и лампы на парах металлов.

6. люминесцентные лампы.

7. Лазерные источники света.

8. Полупроводниковые лазеры.

9. Светодиоды.

10. Классификация фотоприемников.

11. Основные параметры фотоприемников.

12. Основные характеристики фотоприемников.

13. Физические представления о механизме проводимости в полупроводниках. 14. Взаимодействие электромагнитного излучения с полупроводниками.

15. Фотосопротивления, их параметры и характеристики.

16. Характерные шумы фотосопротивлений.

17. Фотодиоды, их параметры и характеристики.

18. Вакуумные фотоэлементы.

19. Вентильные фотоэлементы.

20. Солнечные элементы.

21. P-I-N-фотодиоды.

22. Лавинные фотодиоды их принцип работы.

23. Фототранзисторы, их принцип работы и конструкции.

24. Способы увеличения быстродействия фотодиодов

25. Координатно-чувствительные фотоприемники.

26. Фотоэлектронные умножители. Конструкции динодных систем.

27. Схемы включения фотоэлектронных умножителей.

28. параметры и характеристики фотоэлектронных умножителей.

29. Способы увеличения быстродействия фотоэлектронных умножителей.

30. Характерные шумы фотоприемников на основе внешнего фотоэффекта.

31. Линзовые элементы и устройства оптических систем.

32. Призменные и зеркальные элементы и устройства оптических систем.

33. Модуляторы оптического излучения.

34. Дефлекторы оптического излучения

35. Пространственное согласование источников и фотоприемников.

36. Спектральное согласование источников и фотоприемников.

37. пересчет параметров фотоприемников.

Задача. На расстоянии L от точечного источника излучения в виде абсолютно черного тела с диаграммой направленности и температурой Т установлен объектив диаметром D с коэффициентом пропускания 90%, который фокусирует излучение источника на фотоприемник. Источник излучает поток излучения Ф_е0. Определить сигнал фотоприемника.

Исходные данные и номера вариантов к задаче представлены в таблице 1.

Таблица 1- Исходные данные к задаче

№ варианта	L, м	D, м	Т, К	Фе0, Вт	Тип фотоприемника
	0,10	0,01			ФД-7К
	0,15	0,01			ФД-7Г
	0,20	0,01			ФСА-1
	0,25	0,01			ФД-7К
	0,30	0,01			ФД-7Г
	0,35	0,02			ФСА-1
	0,40	0,02			ФД-7К
	0,45	0,02			ФД-7Г
	0,50	0,02			ФСА-1
	0,55	0,02			ФД-7К
	0,10	0,03			ФД-7Г
	0,15	0,03			ФСА-1
	0,20	0,03			ФД-7К
	0,25	0,03			ФД-7Г
	0,30	0,03			ФСА-1
	0,35	0,04			ФД-7К
	0,40	0,04			ФД-7Г
	0,45	0,04			ФСА-1
	0,50	0,04			ФД-7К
	0,55	0,04			ФД-7Г
	0,20	0,05			ФСА-1
	0,25	0,05			ФД-7К
	0,30	0,05			ФД-7Г
	0,35	0,05			ФСА-1
	0,40	0,05			ФД-7К
	0,35	0,06			ФД-7Г
	0,30	0,06			ФСА-1
	0,25	0,06			ФД-7К
	0.15	0,06			ФД-7Г
	0,20	0,06			ФСА-1
	0,30	0,07			ФД-7К
	0,40	0,07			ФД-7Г
	0,45	0,07			ФСА-1
	0,50	0,07			ФД-7К
	0,20	0,08			ФД-7Г
	0,25	0,08			ФСА-1
	0,30	0,08			ФД-7К

Пример 1. Источник излучения мощностью 100 мВт установлен на расстоянии 6 мм от фотоприемника диаметром 10 мм. Диаграмма направленности источника определяется выражением . Определить поток излучения, попадающий от источника на фотоприемник.

Решение. Рассмотрим схему относительного расположения источника и фотоприемника, приведенную на рис.1. Из этой схемы видно, что , а . Отсюда определим половинный плоский угол .

Рис.1. Схема распределения излучения от источника.

Искомое значение потока излучения можно получить из следующего выражения

,

где – полный поток излучения источника.

Рассмотрим вычисление интегралов, стоящих в числителе и знаменателе графическим способом. Для этого каждый из интегралов представим в виде суммы интегралов с пределами интегрирования в диапазоне 10⁰. Рассмотрим это на примере верхнего интеграла, который для нашего случая будет иметь вид

.

На каждом из выделенных промежутков считаем значение диаграммы направленности постоянным и равным значению посредине промежутка. Т.е. для вычисления интегралов применим ступенчатую аппроксимацию. Эти значения приведены в таблице.

Таблица 2 – значения диаграммы направленности

q	50	150	250	350	450	550	650	750	850
I eотн (q)	0,99	0,93	0,82	0,67	0,5	0,33	0,18	0,07	0,008
q	950	1050	1150	1250	1350	1450	1550	1650	1750
I eотн (q)	0,008	0,07	0,18	0,33	0,5	0,67	0,82	0,93	0,99

Тогда значение определяемого интеграла перепишется в виде

Вычисление нижнего интеграла проводится аналогичным образом.

С учетом полученных выражений для интегралов, искомый поток излучения, попадающий на фотоприемник будет равен

.

Пример 2. На кремниевый фотодиод ФД-7К от источника со сплошным спектром, относительная спектральная плотность излучения которого определяется функцией , попадает поток излучения Ф_S=100 мВт. (Длина волны измеряется в микрометрах). Определить ток фотодиода.

Указание. Спектральную чувствительность фотодиода взять из таблицы, приведенной в приложении А.

Решение. Из справочника определим интегральную чувствительность фотодиода ФД-7К. Она равна 0,47 мА/лм. Так как интегральная чувствительность фотоприемника известна в световых единицах, то фототок можно определить по следующей формуле

,

где S – интегральная чувствительность фотодиода;

– относительная спектральная чувствительность фотодиода;

– относительная спектральная плотность потока излучения эталонного источника, по которому определяется интегральная чувствительность;

– относительная спектральная плотность потока излучения заданного в условии задачи источника излучения;

– кривая видности (спектральная чувствительность человеческого глаза в относительных единицах).

Для расчета интегралов используем данные для спектральной плотности потока излучения эталонного источника, спектральной чувствительности фотоприемника и кривой видности, приведенные в приложениях А и Б. Спектральную плотность потока излучения источника рассчитаем с шагом Dl=50 нм.

Для вычисления интегралов будем использовать геометрическое интегрирование с использованием ступенчатой аппроксимации подынтегральных функций на каждом из промежутков. Для удобства значение функций будем брать не посредине промежутка, а на его левой границе. Особенности такого вычисления поясняются рис.2.

Рис.2 Относительные спектральные характеристики эталонного источника, используемого источника, фотоприемника и человеческого глаза.

Для вычисления интеграла разобьем весь диапазон длин волн на промежутки м. Тогда искомый интеграл будет равен

Для вычисления интеграла весь диапазон длин волн разобьем на промежутки . Тогда искомый интеграл будет равен

Вычисление интеграла также будем проводить при разбиении на промежутки . Тогда

А интеграл вычислим также при разбиении на промежутки . Тогда

Подставляя полученные значения интегралов в выражение для фототока, определим его значение

2.3 Контрольная работа №2

Теоретические вопросы

1. Пьезоматериалы, их основные свойства и параметры.

2. Основные типы пьезопреобразователей.

3. Акустическое поле пьезопреобразователей в ближней зоне.

4. Акустическое поле пьезопреобразователей в дальней зоне.

5. Расчет акустического поля пьезопреобразователей с призмой.

6. Фокусирующие пьезопреобразователи.

7. пьезопреобразователи на основе фазированных решеток.

8. Бесконтактные электромагнитно-акустические преобразователи.

9. Лазерные акустические преобразователи.

10. Источники теплового нагрева для теплового контроля.

11. Термоиндикаторы, их разновидности и принцип работы.

12. Жидкостные термометры.

13. Дилатометрические термометры.

14. Манометрические термометры.

15. Термопары, термоэлементы.

16. термосопротивления, болометры.

17. Селективные оптико-акустические приемники излучения (Венгерова).

18. Неселективные оптико-акустические приемники излучения (Галлея).

19. Пироэлектрические приемники излучения.

20. Приемники излучений на основе приборов с зарядовой связью.

21. Электронно-оптические преобразователи.

22. Способы усиления яркости в электронно-оптических преобразователях.

23. Клистроны.

24. Магнетроны.

25. Лампы бегущей и обратной волны типа О и типа М.

26. Полупроводниковые СВЧ-генераторы.

27. Квантовые приборы СВЧ.

28. Устройства для обработки СВЧ-сигналов.

29. Классификация магнитных преобразователей. Магнитные головки.

30. Индукционные преобразователи для магнитного контроля.

31. Феррозондовые преобразователи.

32. Гальваномагнитные и магниторезистивные преобразователи.

33. магнитные порошки и магнитные ленты.

34. Классификация вихретоковых преобразователей.

35. Проходные и накладные вихретоковые преобразователи.

36. Электроемкостные преобразователи для электрического контроля.

37. Радиационные ЭОПы, приемники радиоактивных излучений со стимулированной лазерным излучением люминесценцией.

Задача. Построить мнимый излучатель с заданной частотой для наклонного пьезопреобразователя с круглой пьезопластиной диаметром из пьезокерамики ЦТС-19 и с призмой из оргстекла с углом призмы при основании . Определить угол ввода пучка акустических продольных и поперечных волн в изделие из заданного материала, и толщину пьезопластины. Схема пьезопреобразователя приведена на рис.3.

Рис.3. Схема расчета наклонного пьезопреобразователя.

Указания к выполнению задачи к работе №2.

Толщина пьезопластины выбирается равной половине длины акустической волны в материале пьезопластины.

угол ввода определяется из закона преломления волн на границе раздела , где – скорость продольной волны в материале призмы, – скорость продольной волны в контролируемом материале, а – скорость поперечной волны в контролируемом материале.

Акустическое поле наклонного пьезопреобразователя можно приближенно оценить введением мнимого пьезоэлемента, как это видно из рис.3. расстояние вдоль акустической оси от точки ввода до мнимого пьезоэлемента определяется формулой , где – расстояние от точки ввода до реальной пьезопластины. Мнимый излучатель строится перпендикулярно акустической оси, а его размеры принимаются равными размеру преломленной лучевой трубки реального излучателя. Для круглой реальной пьезопластины мнимый излучатель будет иметь форму эллипса с малой осью определяемой выражением .

Исходные данные для различных номеров вариантов приведены в таблице 3.

Таблица 3 –Исходные данные к задаче

№ варианта	b, град	f, МГц	а, м	Материал изделия
		1,0	0,010	медь
		1,5	0,011	сталь
		2,0	0,005	алюминий
		1,8	0,012	латунь
		2,0	0,015	бронза
		1,4	0,013	чугун
		1,7	0,014	медь
		1,6	0,016	цинк
		1,8	0,017	никель
		1,5	0,020	сталь
		2,0	0,018	цинк
		1,5	0,019	чугун
		1,8	0,015	медь
		1,2	0,010	сталь
		1,3	0,011	алюминий
		1,4	0,005	латунь
		1,5	0,012	бронза
		1,6	0,015	чугун
		1,7	0,013	медь
		1,8	0,014	цинк
		1,9	0,016	никель
		2,0	0,017	сталь
		1,2	0,020	цинк
		1,5	0,018	бронза
		1,8	0,019	чугун
		1,0	0,018	алюминий
		1,5	0,017	латунь
		2,0	0,016	бронза
		1,8	0,015	чугун
		2,0	0,014	медь
		1,4	0,013	цинк
		1,7	0,012	никель
		1,6	0,011	сталь
		1,8	0,010	цинк
		1,5	0,015	бронза
		2,0	0,020	чугун
		1,5	0,013	цинк

Данные о скорости акустических волн в различных материалах приведены в [3].

Приложение А

(справочное)

Относительная спектральная плотность потока излучения абсолютно черного тела, моделирующего излучение эталонного источника типа А (), галогенной лампы для нагрева с температурой нити накала 2600 К (), осветительной галогенной лампы с температурой нити накала 3200 К (), относительная спектральная чувствительность германиевого (), кремниевого () фотодиодов и фотосопротивления ФСА-1 ()

Длина волны, нм
	0,06	0,023	0,11	0,03	0,18	0,37
	0,21	0,12	0,34	0,20	0,36	0,40
	0,45	0,31	0,62	0,34	0,42	0,42
	0,68	0,54	0,84	0,47	0,44	0,44
	0,82	0,74	0,96	0,57	0,86	0,46
	0,96	0,89		0,67	0,98	0,50
	1,00	0,97	0,98	0,75	0,70	0,54
	0,98		0,92	0,82	0,01	0,58
	0,94	0,99	0,84	0,88		0,64
	0,87	0,95	0,76	0,93		0,70
	0,80	0,89	0,68	0,98		0,76
	0,73	0,83	0,6	1,00		0,81
	0,65	0,76	0,53	0,96		0,87
	0,59	0,69	0,47	0,84		0,91
	0,52	0,63	0,41	0,66		0,95
	0,47	0,57	0,36	0,36		0,98
	0,41	0,51	0,32	0,01		1,00
	0,37	0,46	0,28			0,95
	0,33	0,42	0,25			0,85
	0,30	0,38	0,22			0,75
	0,27	0,34	0,2			0,68
	0,24	0,31	0.18			0,47
	0,22	0,28	0,16			0,33
	0,19	0,25	0,14			0,26
	0,18	0,23	0,13			0,20
	0,16	0,21	0,11			0,16
	0,14	0,19	0,1			0,13

Приложение Б

(справочное)

Таблица В1. Значения функции видности (V_l) от длины волны света.

Длина волны, нм	Функция видности (Vl)	Длина волны, нм	Функция видности (Vl)	Длина волны, нм	Функция видности (Vl)
	0,0004		0,862		0,061
	0,0012		0,954		0,032
	0,004		0,995		0,017
	0,0116		0,995		0,0082
	0,023		0,952		0,0041
	0,038		0,870		0.0021
	0,06		0,757		0.00105
	0,091		0,631		0.00052
	0,139		0,503		0.00025
	0,208		0,381		0.00012
	0,323		0,265		0.00006
	0,503		0,175
	0,710		0,107

Список литературы

1 Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн.2 Акустические методы контроля: Практич. пособие./Н.И.Ермолов, Н.П.Алешин, А.И.Потапов.; Под ред. В.В.Сухорукова.- М.: Высш. шк., 1991.-283 с.Кн.3 Электромагнитный контроль: Практич. пособие./В.Г.Герасимов, А.Д.Покровский, В.В.Сухоруков. Под ред. В.В.Сухорукова; М.: Высш. шк., 1992..- Кн.4 Контроль излучениями: Практич. пособие./ Б.Н.Епифанцев, Е.А.Гусев, В.И. Матвеев. Ф.Р.Соснин; Под ред. В.В.Сухорукова М.: Высш. шк., 1992.- 321 с.

2 Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник. В 2-х кн. Кн.1 Под ред. В.В.Клюева.-М.: Машиностроение, 1986.- 488 с.

3 Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник. В 2-х кн. Кн.2 Под ред. В.В.Клюева.-М.: Машиностроение, 1986.- 352 с.

4 И.Н.Ермолов Ю.Я.Останин. Методы и средства неразрушающего контроля качества.- М.: 1988.-368 с.

5 Ю.Г.Якушенков. Основы оптико-электронного приборостроения.- М.: Сов. радио, 1977.-322 с.

6 Г.Г.Ишанин, Э.Д.Панков, А.Л.Андреев, Г.В.Польщиков. Источники и приемники излучения..-СПб.: Политехника, 1991.- 240 с.

7 М.Д.Аксеенко, М.Л.Бараночников. Приемники оптического излучения. Справочник.-.-М.: Машиностроение, 1987.- 296 с.