Расчет характеристик оптического излучения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство связи

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования «Сибирский государственный университет

телекоммуникаций и информатики» (СибГУТИ)

Уральский технический институт связи и информатики (филиал)

в г. Екатеринбурге (УрТИСИ СибГУТИ)

Отчет по практической работе № 1

Оптические и квантовые приборы и устройства

на тему «Расчет характеристик оптического излучения»

Выполнил:

Акимов П.В.

Екатеринбург 2018



Цель работы:

Овладеть методикой расчета основных характеристик оптического излучения;

Изучить основные энергетические и фотометрические характеристики оптического излучения, определить факторы, влияющие на их эффективность.

Задание:

По принципу преобразования энергии оптического излучения в конечный сигнал, регистрируемый измерительными приборами, фотоприемники можно разделить на две основные группы:

1) Болометры - термоэлементы, твердотельные и вакуумные фотоэлементы, в которых энергия оптического излучения преобразуется в электрический ток.

2) Фотоэмульсионные слои и человеческий глаз. Глаз человека относится к фотоприемнику с высокой чувствительностью, который избирательно реагирует на свет различных длин волн в диапазоне 380…780 нм.

Оптическое излучение, воздействующее на первую группу фотоприемников, описывается характеристиками: энергетическая экспозиция, поток излучения, энергетическая совместимость, облученность поверхности.

Излучение, воздействующее на сетчатку глаза или фотопластину принято характеризовать фотометрическими параметрами: световой поток, сила света, освещенность, яркость, светимость.

На сетчатку глаза воздействует оптическое излучение. Найти мощность , необходимую для обеспечения светового потока в лм (люмен), при длине волны

Исходные данные:

ДФ = 2лм.

л = 570 нм.

По таблице зависимости функции видности от длин волн определим V(л). V(л) = 0,952. При величина позволяет рассчитать необходимую мощность излучения , соответствующую световому потоку в 1 лм, для любой длины волны в диапазоне .Так как ДФ = 2лм, тогда A = 0,0032 Вт. Найдем мощность излучения P _л по формуле (1):

(1)

Постройте график зависимости , еслиизменяете от 1 до ( = 2).

Рассчитаем зависимостьпо формуле (2), и сведем результаты в таблицу 1:

(2)

Таблица 1. Числовая зависимость

ДФ, лм	P л, Вт
1	0,002702703
2	0,005405405
3	0,008108108
4	0,010810811

По результатам расчетов построим график зависимости



Рисунок 1 - График зависимости мощности излучения от светового потока.

По графику на рисунке 1 видно, что мощность излучения линейно возрастает при возрастании светового потока.

Дана сферическая поверхность с площадью освещения Рассчитайте силу света, создаваемую этой поверхностью на расстоянии

Исходные данные:

ДS_C= 10мм²;

R = 105 мм. Д

Рассчитаем ДЩ по формуле (3):

(3)

Найдем силу света I_С по формуле (4):

(4)



Построить график зависимости изменения силы света от радиуса R (менять от значения вашего варианта, с шагом 0,1 до ).

Рассчитаем зависимость I_C (R) по формуле (5), и сведем результаты в таблицу 2:

(5)

Таблица 2. Числовая зависимость I_C (R)

R, м	IC (R), кд
0,105	2205
0,205	8405
0,305	18605
0,405	32805
0,505	51005
0,605	73205
0,705	99405
0,805	129605
0,905	163805
1,005	202005
1,105	244205

По результатам расчетов построим график зависимости I_C (R):

Рисунок 2 - График зависимости изменения силы света от радиуса



По графику рисунка 2 видно, что сила света создаваемая сферической поверхностью параболически возрастает при увеличении расстояния R от создаваемой поверхности.

Рассчитать освещенность поверхности, используя известные величины из предыдущих заданий.

Рассчитаем освещенность поверхности по формуле (6)

(6)

Построить график зависимости освещенности , от площади (падающего на поверхность излучения) . изменять от 0,00001м² с шагом 0,1 до.

Рассчитаем зависимость E (ДS_C) по формуле (6), и сведем результаты в таблицу 3:

Таблица 3. Числовая зависимость E (ДS_C)

ДSC, м2	E (ДSC), лк
0,00001	200000
0,00002	100000
0,00003	66666,67
0,00004	50000
0,00005	40000

По результатам расчетов построим график зависимости E (ДS_C):



Рисунок 3 - График зависимости освещенности от площади падающего на поверхность излучения.

По графику рисунка 3 видно, что освещенность поверхности гиперболически убывает с ростом площади падающего на поверхность излучения.

Рассчитать по закону освещенности зависимость освещенности поверхности от углов падения светового потока на поверхность.

Рисунок 4 - Определение освещенности

Рассчитаем зависимость E (ц) по формуле (7), и сведем результаты в таблицу 4:



(7)

Таблица 4. Числовая зависимость E (ц)

ц, о	E (ц), лк
0	21000
20	19733,545
40	16086,9333
60	10500
80	3646,61173
100	-3646,6117
120	-10500
140	-16086,933
160	-19733,545
180	-21000

Построим график зависимости освещенности от углов падения на рисунке 5.

Рисунок 5 - График зависимости освещенности от углов падения.

Рассчитаем зависимость освещенности от радиуса для рассчитанного значения I и угла равного 0 градусам по формуле (7) и сведем результаты в таблицу 5:

По графику на рисунке 5 видно, что освещенность поверхности убывает при увеличении угла падения от 0 до 90 градусов. При 90^о освещенность равна нулю. При увеличении угла падения от 90 до 180 градусов Освещенность увеличивается, но под обратным знаком.

Таблица 5. Числовая зависимость E (R)

R, м	E (ц), лк
0,105	21000
0,205	10756,09756
0,305	7229,508197
0,405	5444,444444
0,505	4366,336634
0,605	3644,628099
0,705	3127,659574
0,805	2739,130435
0,905	2436,464088
1,005	2194,029851
1,105	1995,475113

Построим график зависимости освещенности от радиуса на рисунке 6

Рисунок 6 График зависимости освещенности от радиуса.

По графику на рисунке 5 видно, что освещенность поверхности убывает при увеличении радиуса R.

Рассчитать светимость излучающей поверхности.

Ответить на вопросы:

1) Как изменяется светимость источника с увеличением площади излучаемой поверхности, при фиксированном Постройте график.

2) Как изменяется светимость источника с увеличением светового потока при фиксированной площади излучаемой поверхности? Постройте график.

Исходные давнные:

ДФ = 2лм.

ДS_ист = 0,02м².

Светимость, численно равна световому потоку, излучаемому с единицы площади светящейся поверхности в телесный угол ср. Рассчитаем светимость по формуле (8):

(8)

Светимость источника будет убывать гиперболически, при увеличении площади излучаемой поверхности. График представлен на рисунке 7:

Рисунок 7 -График зависимости светимости источника от площади излучаемой поверхности



Светимость источника будет линейно возрастать, при увеличении светового потока. График представлен на рисунке 8:

Рисунок 8 -График зависимости светимости источника от светового потока

Расчет яркости светящейся поверхности L

Построим график зависимости яркости светящейся поверхности от по формуле (9) и результаты расчетов сведем в таблицу 6:

(9)

Таблица 6. Числовая зависимость L (и)

и, o	L (и), лк/м2
0	220,5
10	223,901568
20	234,651199
30	254,611469
40	287,842307
50	343,037104
60	441
70	644,69887
80	1269,80889
90	3809,42667



По результатам рассчетов построим график зависимости яркости светящейся поверхности от угла и на рисунке 9

Рисунок 9 -График зависимости яркости светящейся поверхности от угла и

По графику на рисунке 9 видно, что яркость светящейся поверхности возрастает с увеличением угла падения от 0 до 90 градусов и при 90^о стремится к бесконечности.

Расчет световой экспозиции источника.

Рассчитаем световую экспозицию H_C по формуле (10)

Исходные данные:

t=60c

(10)

Овладели методикой расчета основных характеристик оптического излучения. Изучили основные энергетические и фотометрические характеристики оптического излучения, определили факторы, влияющие на их эффективность.

Что показывает величина - сила света, расчетная формула, единица измерения?

Cила света источника - это величина, численно равная световому потоку, распространяющемуся в телесном угле 1 ср. Единица силы света - 1 кд (кандела).

Что показывает величина - световой поток, расчетная формула, единица измерения?

Световой поток -- физическая величина, характеризующая количество «световой» мощности в соответствующем потоке излучения, где под световой мощностью понимается световая энергия, переносимая излучением через некоторую поверхность за единицу времени. Еденица измерения светового потока лм(люмен).

Что показывает величина - освещенность поверхности, расчетная формула, единица измерения?

Освещенностью поверхности называют величину равную отношению светового потока к площади падающего на поверхность излучения. Освещенность измеряется в 1 лк (люкс).



Что показывает величина - светимость излучающей поверхности, расчетная формула, единица измерения?

Светимость, численно равна световому потоку, излучаемому с единицы площади светящейся поверхности в телесный угол ср. Еденица измерения светимости излучающей поверхности лм/м².

оптический излучение энергия фотометрический

Что показывает величина - яркость светящейся поверхности, расчетная формула, единица измерения?

Яркость светящейся поверхности - это велечина равная энергетической силе света источника в этом направлении, отнесенная, к единице площади проекции его поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению. Еденица измерения яркости светящейся поверхности - лк/м².

Сформулируйте закон Ламберта.

Закон Ламберта:в 1760 году немецкий ученым Ламбертом было показано, что, если площадь источника равномерно рассеивает свет по всем направлениям, яркость излучения не зависит от угла . Для ламбертовского источника

Что такое болометр, зачем и где применяется?

Болометры - термоэлементы, твердотельные и вакуумные фотоэлементы, в которых энергия оптического излучения преобразуется в электрический ток.

Полупроводниковые болометры применяются, например, в системах ориентации, для дистанционного измерения температуры объектов.

Что такое фотоприемник, применение в области связи?

Фотоприемник - это полупроводниковый прибор, регистрирующий оптическое излучение и преобразующий оптический сигнал на входе в электрический сигнал на выходе фотодетектора. Фотоприемник предназначен для приема команд дистанционного управления в инфракрасном диапазоне.

Применяется, например, как автоматическое включение света.

О чем говорит относительная функция видности?

Спектральная световая эффективность монохроматического излучения - физическая величина, характеризующая чувствительность человеческого глаза к воздействию на него монохроматического света.

Размещено на Allbest.ru

...