Измерение отношения сигнал/шум

8. Измерение отношения сигнал/шум

Принцип измерения. Принцип измерения отношения сигнала к шуму (с/ш) заключается в измерении значений среднего (сигнал) и среднего квадратического отклонения (шум) электрического сигнала фотоприемника, пропорционального световому потоку с экрана ЭОП, с последующим вычислением их отношения при заданных освещенности на фотокатоде ЭОП и площади анализируемого участка фотокатода ЭОП [12].

Измерительная аппаратура. Функциональная схема установки для измерения отношения с/ш показана на рис. 9.

Рис. 9. Схема установки для измерения отношения сигнал/шум ЭОП:

1 - осветитель; 2 непрозрачный диск; 3 - ЭОП; 4 - держатель ЭОП; 5 - оптика переноса изображения; 6 - вспомогательный источник света; 7 - фильтр нижних частот (ФНЧ); 8 - детектор; 9 - интегратор; 10 - изме­рительный прибор; 11 - приемник излучения; 12 -двустороннее зеркало; 13 - микроскоп-визир; 14 - анализирующая диафрагма; а - положение переключателя при измерении сигнала; б - положение переключателя при измерении шума.

Источник света должен работать в режиме источника света с цветовой температурой 2860 К по ГОСТ 7721-89 и обеспечивать на фотокатоде ЭОП заданную освещенность. Значение освещенности устанавливают в технических условиях на ЭОП конкретного типа. Обычно для ЭОП П-го и III-го поколений освещенность составляет  лк Отклонение освещенности от заданного значения не должно превышать 15%.

Анализирующая диафрагма должна иметь черную матовую поверхность и калиброванное отверстие, измеренное с точностью 0,005 мм. Диаметр калиброванного отверстия, приведенный к плоскости фотокатода ЭОП (), вычисляют по формуле.

 (18)

где - электронно-оптическое увеличение ЭОП;  - увеличение оптики переноса изображения, расположенной между экраном ЭОП и анализирующей диафрагмой; d - диаметр калиброванного отверстия анализирующей диафрагмы, мм. Диаметр  должен быть не более 1 мм.

Предельная погрешность определения диаметра  не должна превышать ± 5%.

Непрозрачный диск должен иметь черную матовую поверхность. Диаметр непрозрачного диска D должен удовлетворять условию

. (19)

Приемник излучения должен иметь линейную характеристику в диапазоне измеряемых сигналов.

Оптика переноса изображения должна формировать изображение экрана ЭОП в плоскости анализирующей диафрагмы и обеспечивать заполнение светом всего отверстия анализирующей диафрагмы. В качестве оптики

переноса изображения рекомендуется применять микрообъектив типа ОМ-5 (увеличение , апертура 0,3). Рабочая чувствительная площадка приемника излучения должна полностью перекрывать световой пучок, поступающий на него после анализирующей диафрагмы.

Измерительный блок, в состав которого входят фильтр нижних частот (ФНЧ), интегратор и измерительный прибор, должен иметь следующие характеристики:

-диапазон частот при измерении шума, Гц………. 0,1 -:-20

-спад амплитудно-частотной характеристики

ФНЧ на частоте среза 20 Гц, дБ/октаву, не менее……… 70

-нелинейность амплитудно-частотной характеристики

ФНЧ, дБ, не более…………………………………………….0,5

-динамический диапазон входных сигналов:

по каналу сигнал, дБ, не менее……………………………….70

по каналу шум, дБ, не менее………………………………….70

-время интегрирования: J; Г

по каналу сигнал, с, не менее …………………………………1

по каналу шум, с, не менее……………………………………10

Предельная суммарная погрешность, вносимая измерительным блоком в измеряемое отношение сигнал/шум, не должна превышать 10%.

Вспомогательный источник света с ненормируемым спектром должен обеспечивать в плоскости чувствительной площадки приемника излучения освещенность, вызывающую фототок приемника излучения, равный значению тока, полученного при измерении сигнала при засветке фотокатода ЭОП.

Подготовка к измерениям. Испытуемый ЭОП устанавливают в держатель, соединяют с источником питания и подают, напряжения, указанные в технической документации на ЭОП конкретного типа

На фотокатоде ЭОП устанавливают освещенность, указанную в технических условиях на ЭОП конкретного типа.

Центр непрозрачного диска совмещают с центром фотокатода ЭОП. Диск устанавливают по возможности ближе к фотокатоду ЭОП.

Наблюдая в окуляр микроскоп-визира, сфокусированный на анализирующую диафрагму, добиваются совмещения центра отверстия анализирующей диафрагмы с центром изображения непрозрачного диска на экране ЭОП и максимальной четкости изображения следов сцинтилляций (вспышек) на экране ЭОП смещением микроскопа-визира поз. 13 соответственно поперек и вдоль оптической оси установки.

Проведение измерений. Выводят из хода лучей зеркало и измеряют значение сигнала  с изображения непрозрачного диска.

Выводят из светового пучка непрозрачный диск и измеряют значение сигнала  при освещенном фотокатоде ЭОП. Многократно (не менее 10 раз) измеряют значение шума  при освещенном фотокатоде ЭОП. Выключают ЭОП. Вводят зеркало и направляют свет от вспомогательного источника света на фотоприемное устройство. Регулируя ток питания лампы вспомогательного источника света, применяя нейтральные светофильтры или другие способы ослабления светового потока, добиваются получения сигнала фотоприемника, равного значению . Многократно (не менее 10 раз) измеряют значение аппаратурного шума электронного тракта .

Обработка результатов измерений. Отношение сигнал/шум, приведенное к площадке диаметром 0,2 мм на фотокатоде ЭОП и к освещенности, равной 1x лк, вычисляют по формуле

, (20)

где  - коэффициент усиления измерительного блока при из­мерении шума;  - коэффициент усиления измерительного блока при измерении сигнала;  - значение сигнала с фотоприемного устройства при освещенном фотокатоде ЭОП;  -значение сигнала с фотоприемного устройства при затемнен­ном непрозрачным диском фотокатоде ЭОП;  - среднее из десяти измерений значение шума при освещенном фотокатоде ЭОП; - среднее из десяти измерений значение аппаратурного шума, измеренное при включенном вспомогательном источнике света; А - площадь калиброванного E - освещенность фотокатода ЭОП при измерениях, лк.

Относительная погрешность измерений отношения с/ш не превышает 20% при доверительной вероятности 0,95.

Примечание. По измеренному отношению с/ш можно оценить интегральную чувствительность фотокатода ЭОП со встроенным ВИП:

, где е - заряд электрона (1,6 х  Ac);  - эффективная полоса частот измерительного тракта, Гц; А - площадь калиброванного отверстия анализирующей диафрагмы, м2; Е - освещенность фотокатода при которой проводились измерения отношения с/ш, лк; S - интегральная чувствительность фотокатода в А/лм.

9. Контроль степени чистоты поля зрения

Принцип метода. Принцип метода состоит в определении размеров и количества дефектов в виде стационарных и перемещающихся темных и светлых точек и пятен, видимых в пределах рабочего поля на экране ЭОП.

Измерительная аппаратура. Схема установки для проверки степени чистоты поля зрения показана на рис. 10.

Осветитель должен обеспечивать равномерную освещенность рабочего диаметра фотокатода ЭОП. Значение освещенности указывают в стандартах или технических условиях на ЭОП конкретного типа.

Сетка, установленная в фокальной плоскости объектива коллиматора, должна иметь концентрические окружности. Изображение концентрических окружностей на фотокатоде ЭОП выделяет зоны, в пределах которых нормируют степень чистоты поля зрения. Диаметры зон указывают в стандартах или технических условиях на ЭОП конкретного типа.

Диаметры концентрических окружностей сетки рассчитывают по формуле

, (37)

Рис. 10. Схема установки для контроля степени чистоты поля зрения ЭОП:

1 - проектор; 2 - осветитель; 3 - сетка; 4 - объектив коллиматора; 5 -проекционный объектив; 6 - испытуемый ЭОП; 7 - микроскоп; 8 - сетка микроскопа; 9 - экран ЭОП; 10 - держатель ЭОП; 11 - фотокатод ЭОП.

где D - диаметр окружности сетки; d - диаметр выделяемой зоны на фотокатоде ЭОП; - увеличение проектора

Микроскоп должен иметь подвижки вдоль и поперек оптической оси. Сетка микроскопа должна иметь перекрестие с делениями по осям. Цена деления сетки, приведенная к экрану ЭОП, должна быть не более 0,005 мм. Сетка должна иметь возможность поворачиваться вокруг оптической оси. Увеличение микроскопа при измерении размеров точек должно быть не менее .

Примечание. Рекомендуется использовать микроскоп с переменным увеличением и большим рабочим отрезком, например, микроскоп МБС-10.

Подготовка к контролю. Испытуемый ЭОП устанавливают в держатель и соединяют с источником питания.

На ЭОП подают напряжения, указанные в стандартах или технических условиях на ЭОП конкретного типа.

Осветителем создают на фотокатоде ЭОП освещенность, значение которой указывают в стандартах или технических условиях на ЭОП конкретного типа.

Проведение контроля. Изображение сетки коллиматора рассматривают на экране ЭОП через микроскоп. В каждой зоне контролируют размеры темных и светлых точек и пятен на экране ЭОП, измеряя изображение пятна и точки при помощи окулярной сетки микроскопа. Допустимые размеры и число темных и светлых точек и пятен для каждой зоны указывают в стандартах или технических условиях на ЭОП конкретного типа.

ЛИТЕРАТУРА

 

1.     Малов А.Н., Законников Обработка деталей оптических приборов. Машиностроение, 2006. - 304 с.

2.     Бардин А.Н. Сборник и юстировка оптических приборов. Высшая школа, 2005. - 325с.

3.     Кривовяз Л.М., Пуряев Д.Т., Знаменская М.А. Практика оптической измерительной лаборатории. Машиностроение, 2004. - 333 с.

4.     Справочник технолога-оптика под редакцией М.А. Окатова, Политехника Санкт-Петербург, 2004. - 679 с.