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1、第19卷第6期红外技术Vol.19No.61997年11月InfraredTechnologyNov.1997<测试技术>红外探测器噪声的测量陈坤峰汪永忠应承平(国防光电子计量一级站,青岛,266655)=摘要>介绍了红外探测器噪声定义、测量方法、测量仪器等,着重分析了HP3589A测量噪声的原理,并以实验验证了测量方法的可行性。=关键词>红外探测器噪声测量参数测量光电测量减小甚至消除外界干扰引入的噪声。不过放1前言大器的噪声总是存在的,对于超高阻抗和极低红外探测器的噪声是表征红外探测器性阻抗的探测器,
2、放大器噪声甚至限制或超过探能的主要参数,它的测试一直是红外探测器研测器的噪声输出。因此,一般情况下所测得的制和应用中十分关注的问题,也是红外探测器探测器的电噪声中,或多或少含有放大器的噪参数测试中最难解决的问题。声,为了和实际应用取得一致,有些探测器与前置放大器做在一起成为一个组件。2红外探测器噪声定义和测试方法探测器的噪声是指探测器电输出中与入2.1红外探测器噪声定义射信号统计无关的那部分,定义为探测器在无红外探测器与电子线路组合时,只要放大穷大负载时,扣除前置放大器的噪声后,探测器的放大倍数足够大,
3、即使没有响应信号输器两端的噪声电压或电流。定义电噪声的噪出,也可以观察到一些毫无规律和无法预测的声电压、电流的均方根值为:电输出,这就是探测器的噪声。VN={3[Vn(t)-3Vn(t)4AV]24AV}1/2(1)噪声实质上是物理量绕其平均值的涨落,或I21/2N={3[In(t)-3In(t)4AV]4AV}(2)这是相当普遍的现象,任何宏观测量的物理量式中:VN、IN)))噪声电压(V)和噪声电流都是微观过程统计的平均值,其瞬时值则围绕(A)的均方根值;这一平均值不断上下涨落。不同探测器的噪Vn(
4、t)、In(t))))噪声电压(V)和噪声声大小、噪声谱分布都是不同的,同一类型探电流(A)的瞬时值;测器,如果工艺控制不严,两探测器的噪声也34AV)))尖括号内的值取平均值。不相同,即具有分散性和不稳定性。从探测器探测器噪声的大小与测量放大器的带宽噪声的产生机理上讲,红外探测器的噪声主要有关,为了便于比较,在规定带宽后,定义噪声包括:热噪声、产生-复合噪声、1/f噪声、散平方根功率谱(噪声电压谱密度NV和噪声电粒噪声、温度噪声。外界电磁干扰,机械振动流谱密度Ni)为:和声浪也可能引起附加的噪声,应当
5、采取措施VNINNV=或Ni=(3)$f$f收稿日期:1997-01-17式中$f为测量仪器的噪声带宽,单位为Hz,22红外技术Vol.19No.6一般定义测量仪器的噪声带宽为:222Vn0Vb]2End=2-2+4JTRd$f(7)Q0[g(f)]dfKtKt$f=2(1)gm即:式中g(f)为电子测量仪器的增益,它是频率221/2Vn0VbEnd=2-2+4JTRd$f(8)f的函数;gm为频率f范围内增益的最大值。KtKt2.2红外探测器的噪声测试方法上述3种方法中,方法1中放大器必须满足两红外探
6、测器噪声的测量是红外探测器参个假设条件:1)前放的输入阻抗无穷大,2)前数测试的关键技术。红外探测器噪声输出是放的噪声与源电阻无关。只有满足这两个条一随机量,它的幅度都比较小,不遵从确定的件,测量结果才能真实地反映探测器噪声。方函数关系。测量结果一般都是以单位带宽的法2要求替代电阻必须工作在相当低的温度噪声电压表示。测量时不加黑体辐射源,探测(一般是液氮温度)下,其热噪声可以忽略不器的噪声由前置放大器放大,带通滤波器让确计,实现起来不太方便。只有方法3克服了上定带宽的噪声通过,最后由均方根值电压表读述缺
7、点,替代电阻工作在常温下,也不必要求出被测的噪声,再扣除放大器的噪声电压折算放大器满足两假设条件,测量结果真实地反映到探测器的输出端。由于具体的处理方法不了探测器的噪声,一定条件下改善了噪声测量同,常见有3种:的不确定度。方法1:首先测出探测器和放大器总的噪随着电子测量仪器的发展,高阻抗低噪声声输出Vn0,然后直接把放大器短路,测出放前置放大器和专用检测噪声的高性能仪器的大器输出Vsh,再测量出测量系统的增益Kt,研制成功,用方法1(直接测量法)测量探测器然后折算出探测器的噪声End。的噪声输出,特别是
8、测量那些带有前放的探测V22器组件时,有很小的测量不确定度,现在一般2n0-VshEnd=2(5)Kt都采用该方法测量阻抗较小的探测器噪声或方法2:先测出探测器和放大器总的噪声带有前放的探测器组件噪声。输出Vn0,然后用阻值等于探测器电阻Rd和3测量噪声设备负载电阻Rl并联值的线绕电阻替换探测器和负载电阻。控制线绕电阻的温度,使其热噪一般的频谱分析仪测量噪声时,由于其幅声比放大器噪声小得多,测出此时放大器的输度检波器是包络检波,它必须假设被
