Sensores en el Óptico y en el Infrarrojo

Transcripción

1 - Dispersión: Depende del tipo de mezcla entre los elementos Depende del tamaño de grano: a medida que el tamaño de grano crece, más luz es absorbida y la reflectividad disminuye (c) 2000 Universitat Politècnica de Catalunya 21

2 Firmas espectrales: resumen y aplicaciones AGUA Y HIELO En el VIS la energía proveniente del agua puede venir de partículas en suspensión, de reflexiones en la superficie, o del fondo si está clara y hay poco fondo. En el IR r 0 => delimitación de contornos de masas de agua Materiales suspendidos en el agua: - Clorofila: baja r en el azul, alta r en el verde => monitorización de algas - Taninos: detección de tintes en lodos marinos - Sedimentos no orgánicos: turbidez agua, plumas de sedimentos etc. (c) 2000 Universitat Politècnica de Catalunya 22

3 La reflectividad del hielo decrece con el tamaño del grano. En el VIS r 1: blanco (a) radio ~ 50 µm (b) radio ~ 200µm (c) radio ~ µm (c) 2000 Universitat Politècnica de Catalunya 23

4 SUELOS Y ROCAS Reflectividad moderada: r 0.3 Ocultada por la cubierta vegetal Gran influencia del contenido de agua: picos de absorción TM µm TM µm baja reflectividad en el MIR Moderada influencia de la textura del suelo Decrece con el contenido de materia orgánica (c) 2000 Universitat Politècnica de Catalunya 24

5 VEGETACIÓN La curva de reflectividad de las plantas sanas presenta picos y valles: - La reflectividad en las bandas TM-1 ( µm), TM-2 ( µm) y TM-3 ( µm) depende de los pigmentos en las hojas - Picos de absorción a 0.45 y 0.67 µm (clorofila) - Alta reflectividad en el NI R (estructura de las células de las hojas, cavidades) - Picos de absorción a µm (TM-5) y µm (TM-7) (agua) - Baja reflectividad en el TIR r ~ 1-6% - En microondas depende del contenido de agua y de la geometría de la vegetación. (c) 2000 Universitat Politècnica de Catalunya 25

6 6.5. Tecnología de sensores Tipos de sensores: - Detectores térmicos:. Absorben el flujo incidente y sufren un cambio de temperatura, que provoca un cambio de resistencia R(T).. Lentos: τ 1 ms. Prácticamente sensibles a todas las λ. La sensibilidad depende de cómo se haya ennegrecido la superficie del metal o sc.. Ejemplo: bolómetros (metal) o termistores (sc) (c) 2000 Universitat Politècnica de Catalunya 26

7 Termopar Termopila Detector Piroeléctrico (c) 2000 Universitat Politècnica de Catalunya 27

8 - Fotodetectores externos: Sensores en el Óptico y en el Infrarrojo. Los fotones incidentes liberan electrones de la superficie del metal, produciendo una corriente en el circuito externo.. Sólo funcionan en el VIS-NIR, pues requieren fotones muy energéticos.. Ejemplo: tubos fotomultiplicadores (verde, rojo, 1º IR del LANDSAT MSS) (c) 2000 Universitat Politècnica de Catalunya 28

9 - Fotodetectores internos: Sensores en el Óptico y en el Infrarrojo. Semiconductores cuyos electrones cambian de estado al absorber un fotón.. Tipos: Fotoconductores (electrón de BV a BC, ej: CdS, InSb) Fotovoltaicos (se crean portadores que migran bajo una ddp externa, ej: Si, HgCdTe) Detector Fotoconductor (c) 2000 Universitat Politècnica de Catalunya 29

10 Fotodiodo de Silicio Linealidad de un fotodiodo de Silicio (c) 2000 Universitat Politècnica de Catalunya 30

11 Figuras de mérito de los fotodetectores: - Responsividad: R ds λ = = η dφ ( ) ( λ) qλ c h M - Responsividad efectiva total: R = 0 R ( λ ) 0 Φ Φ ( λ ) ( λ) dλ (c) 2000 Universitat Politècnica de Catalunya 31

12 - Noise Equivalent Power (NEP): NEP( ) NEP σ R 2 ( I F M I ) 2 q ds + q λ η c h M B N λ = R ( ) [ W ] λ bscuridad db = = F = k M + 2 ( 1 k ); k i Eficiencia cuántica 1 M Factor de multiplicación del diodo de avalancha (fotodiodo M=1) Fuentes de ruido (Johnson, shot, térmico... La potencia de ruido (N) depende del nivel de señal (c) 2000 Universitat Politècnica de Catalunya 32

13 - Otros: NE Radiance NE cambio en reflectividad NE cambio en temperatura NER ( ) NE ρ NE T λ = NEP ( λ) A detector ρ L ( λ) = NER( λ ) [%] T L ( λ) = NER( λ) [ K ] (c) 2000 Universitat Politècnica de Catalunya 33

14 - Detectividad específica: D ( λ) = A NEP B * detector 1 ( λ) [ W cm Hz ] (detectores IR refrigerados) (c) 2000 Universitat Politècnica de Catalunya 34

15 Sensibilidad y rango de longitudes de onda de algunos detectores típicos Minimizar el ruido adaptando la sensibilidad del fotoreceptor al espectro de la señal (c) 2000 Universitat Politècnica de Catalunya 35

16 Óptica asociada a los fotodetectores: lentes y espejos Lente focalizando o colimando luz de una fuente : Formación de la imagen para fuentes no puntuales : (c) 2000 Universitat Politècnica de Catalunya 36

17 Aberración esférica : Aberración cromática : Efecto de n(λ) en la distancia focal y (1/F/#) 2 (c) 2000 Universitat Politècnica de Catalunya 37

18 Reflector parabólico Reflector offset (c) 2000 Universitat Politècnica de Catalunya 38

19 Reflector elipsoidal (c) 2000 Universitat Politècnica de Catalunya 39

20 Luz recogida por una lente a tres distancias de la fuente : (c) 2000 Universitat Politècnica de Catalunya 40