Распознавание и прогнозирование лесных пожаров на базе ГИС-технологий
Дипломная работа - Экология
Другие дипломы по предмету Экология
?атривая излучение с точки зрения его волнового характера, мы говорим о длине волны. Однако рассматриваемая излучение как корпускулярное, мы говорим о тАЬчастицахтАЭ, называемых фотонами, каждый фотон обладает энергией, равной h , где h- постоянная Планка, - частота излучения. Этот двойственный характер излучения - один из основных принципов современной физики.
Когда фотон (или квант) излучения попадает на фотонный детектор, носитель электрического заряда выбивается из валентной зоны и переходит в зону проводимости всякий раз, когда h больше или равно Еg, где Eg - тАЬрасстояниетАЭ в энергетическом смысле между валентной зоной и зоной проводимости. Точнее, фактически получается два носителя зарядов. Один из них, носитель положительного заряда (тАЬдыркатАЭ), остается на энергетическом уровне валентной зоны, носитель отрицательного заряда (электрон) двигается в зону проводимости. оба эти носителя зарядов способствуют образованию в фотонном детекторе электрического сигнала. Поскольку электрон перемещается в зону проводимости только тогда, когда приходящий фотон имеет энергию h , большую или равную Еg, то детектор поглощает излучение и является непроницаемым для этого излучения.
Отклик фотонного детектора пропорционален числу носителей зарядов в зоне проводимости, то есть отклик пропорционален числу переходов электронов, вызванных приходящими фотонами. Чувствительность детектора - мера электрического отклика (т.е. число электронных переходов) на Ватт приходящего излучения.
Поскольку фотонный детектор регистрирует так только когда , где С - скорость света, - длина волны, то отклик детектора имеет место всякий раз, когда:
3.3.2.
Это выражение определяет пороговую длину волны детектора.
Мощность падающего пучка Ф определяется:
3.3.3.
где Nф - число падающих на детектор за 1с фотонов;
- энергия фотона.
прямая относительность Nф, имеем
3.3.4.
Чувствительность детектора будет:
3.3.5.
где К - коэффициент пропорциональности;
- квантовый выход.
Отсюда3.3.6.
где
На рисунке 3.3.2. дан график этого отклонения. Для сравнения в той же системе координат приведен относительный отклик теплового детектора. Отметим, что чувствительность теплового детектора не зависит от длины волны и меньше, чем чувствительность фотонного детектора в диапазоне длин волн, близких и .
рис. 3.3.2 Идеальные отклики теплового и фотонного детекторов.
Вообще, как уже говорилось, максимум чувствительности фотонного детектора больше и быстрота реакции выше, чем у теплового.
Чтобы покрыть широкую полосу длин волн, обычно необходимо несколько различных фотонных детекторов, поскольку они не могут обнаруживать излучение за пределами своих собственных пороговых длин волн. Кроме того, по мере того, как длина волны уменьшается, чувственность данного фотонного детектора снижается до такой величины, что обычно используются детекторы с более низкими значениями . Кристаллические материалы, которые часто используются для изготовления детекторов - это кремний, сульфид свинца, антимонит индия, ртутно-кадмиевый теллурий, свинцово-словянный теллурий и германий легированный ртутью или золотом. Чтобы выбрать детектор для данного диапазона длин волн, необходимо знать критерий качества датчика. Аналитик данных дистанционного зондирования должен хорошо знать чувствительность и характеристику шума применяемых детекторов, т.к. это необходимо при выборе процедуры анализа данных, которые будут хорошо работать, несмотря на присутствие шума.
Хорошо, если этот критерий качества относительно прост для измерений и зависит только от материалов, из которого изготовлен детектор, а не от его размеров. Качество детектора определяют две основные характеристики: чувствительность детектора, т.е. величина его отклика, и генерируемый им внутренний шум. Первая характеристика количественная, определяется предыдущим уравнением Rф. Последняя шум нежелательный сигнал, генерируемый внутри детектора из-за термически возбужденных, случайно генерируемых носителей зарядов. Количественно, внутренний шум выражается в терминах мощности, эквивалентной шуму (МЭШ) детектора, определяемой как мощность, необходимая для получения отношения сигнал-шум детектора, равного 1. Поскольку обычно мы хотим, чтобы по мере улучшения детектора, критерий качества увеличивался, вводится другой символ - Д, обозначающий величину обратную МЭШ.
Для многих детекторов величина МЭШ пропорциональна квадратному корню из площади, но как отмечено выше, желательно, чтобы критерий качества не зависел от площади детектора. Поскольку определяем способность к обнаружению обозначенную Д*, как
3.3.7.
где А - площадь детектора.
Д* зависит от длины волны, ; электрической полосы частот, ВW; регистрирующей системы, подсоединенной к детектору и частоты работы, d, объединенных с детектором системой оптической обработки и усиления электрических сигналов.
Тогда способность к обнаружению в функциональной форме выглядит так: Д*=Д*(d, ,B, W). После зрения иногда также определяется (обычно 2Пср).
Фотонные детекторы должны работать и при температурах, значительно более низких, чем действительная радиационная температура объекта, излучение которого они обнаруживают. Это необходимо для того, чтобы термически индуцируе