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归一化探测率

(2019-12-05 01:43:49) 百科综合
归一化探测率

归一化探测率

归一化探测率(Normalized Detectivity)是光电探测器的主要性能指标之一,即比探测率。该指标描述的是探测器材料对弱光的探测能力。

图片所示是几种常用探测器的归一化探测率值,数值越大表示性能越好。

基本介绍

  • 中文名:归一化探测率
  • 外文名:Normalized detectivity
  • 符号:D*
  • 衡量指标:探测器的探测能力

归一化探测率定义式

归一化探测率或比探测度
,可定义为:
单位为
,即当探测器回响元面积为1cm2,放大器频宽为1Hz时,单位功率所能给出的信噪比。这个数值越大,探测器性能越好。几种常用探测器光谱探测率如下图所示。
常用探测器的光谱探测率常用探测器的光谱探测率
此指标是从光电探测器的若干可直接测得的指标提取出来的,能够较準确反映光电探测材料探测弱光的极限性能。

归一化探测率的测量

基本原理

根据定义,归一化探测度可表示为:

式中,探测器的接收面积A和放大器的工作频宽
在一定的测量系统中为定值,因此,只要测得探测器输出信噪比
,便可根据计算得到的P求出
实验用500 K黑体作辐射源。
根据普朗克公式,黑体在单位面积上在单位波长间隔内发射的辐射功率为:
式中,普朗克常数
;玻尔兹曼常数
;光速
为辐射波长;
为热力学温度。
黑体在
波段範围内的辐射功率为:
PbS光敏元件的回响波段为1~3μm,在此波段内的辐射功率为:
经数值积分计算得:
探测器接收到的功率P为:
式中,A为探测器面积;A/r2为接收视场立体角;
为黑体光阑孔径面积;r为黑体光阑孔径至探测器灵敏面的距离;
为辐射係数,取0.99;m为调製转换係数,这里取0.28(三角波调製)。
当黑体辐射炉和探测器确定后,上述参量就是一些常数。故探测器的接收功率是确定的,而相应的探测器的输出电压噪电压可以测出,因此可计算出探测器的回响度和探测度。

试验步骤

试验装置如下图所示:
探测度测试试验装置图探测度测试试验装置图
(1)接通黑体辐射炉电源,并使黑体温度维持在227℃,即绝对温度500 K。
(2)接通探测器的偏置电源(+50 V)及放大器供电电源(+12 V)。
(3)把频谱分析仪的旋钮放在适当位置。
(4)把放大器的输出端和频谱分析仪的输入相连线,并接通频谱分析仪的电源开关。
(5)接通调製盘电机电源。
(6)用频谱分析仪测量输出信号电压。
(7)测量噪声电压,用黑纸遮挡住黑体辐射源视窗,测量与调製频率相应的噪声电压。
(8)改变电机电压(即改变调製频率),测量不同调製频率下的输出信号电压和噪声电压。

使用仪器及元件

(1)频谱分析仪;(2)电晶体稳压电源;(3)黑体辐射源;(4)PbS元件及放大器。

探测率与归一化探测率

显然噪声等效功率NEP越小,光电器件的性能越好。但参数NEP不符合人们的传统认知习惯。为此定义NEP的倒数为光电器件的探测度,作为衡量光电器件探测能力的一个重要指标。探测率D用公式表示为:
D的单位是
。它描述的是器件在单位输入光功率下输出的信噪比,显然D值大,光电器件的性能越好。
与归一化噪声等效功率相应的归一化探测率又称为比探测率用
表示,
后面常附有测量条件,如
(500K,900,1)表示是用500K黑体作光源,调製频率为900Hz,测量频宽为1Hz。对于长波红外光电器件,因环境辐射波长与信号波长十分接近,因此
的测量与背景温度及测量视场角有关。在没有特殊标注的情况下,通常是指视场立体角为2π球面度,背景温度为300K。当光电器件的质量很高,内部噪声很低以至于可以忽略不计时,
仅由背景噪声决定,这种器件称为达到背景限的探测器。

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