Phƣơng pháp lọc tần số

m là đại lượng đầu vào; đối với đầu dò từ trường nhỏ, là cả ứng từ.

3.2.2Phƣơng pháp lọc tần số

Giả sử ta có hai nguồn bức xạ nhiệt với các nhiệt độ T1 và T2 tương ứng.

Hình 3.4: Hai nguồn nhiệt với T1 < T2 (a). Tách rời nhau, (b). Lẫn vào nhau

T1 là nguồn nhiệt có nhiệt độ tương đối thấp, T2 là nguồn nhiệt có nhiệt độ cao.

Trường hợp (a): Khi hai nguồn T1 và T2 tách biệt nhau (hình 3.4a), việc thu năng lượng bức xạ của mỗi nguồn là không khó khăn. Với S là năng lượng bức xạ tổng thì tỉ số tín hiệu trên tạp S/N sẽ lớn.

Trường hợp (b): Khi hai nguồn này lẫn vào nhau (hình 3.4b) thì điều khó khăn sẽ xảy ra là: khi ta muốn thu năng lượng bức xạ của nguồn T1, tín hiệu S1 cần thu sẽ bị lẫn trong một phông bức xạ mạnh của nguồn T2 (phông này bị coi là tạp nhiễu N).

Theo định luật bức xạ Stephan - Boltzmann thì năng suất bức xạ là:

E(T) = σ.T4 (3.4)

Trong đó: E là năng suất bức xạ

σ là hằng số (σ = 5,67.10-8 W/m2K4) T là nhiệt độ của vật bức xạ nhiệt

Do T2 > T1 nên tín hiệu thu từ nguồn T1 sẽ nhỏ hơn nhiều so với phông tạp nhiễu từ nguồn T2.

Nếu biễu diễn cường độ bức xạ I(λ) theo bước sóng λ thì ta có đồ thị biễu diễn như trên hình 3.5.

Hình 3.5: Lọc tần số, làm tăng tỉ số S/N

Theo định luật Wien, giữa nhiệt độ T của vật bức xạ và bước sóng cực trị của bức xạ λm có quan hệ: λm.T = const (3.5)

+ Từ đồ thị hình 3.5(a) kết hợp với biểu thức (3.5) ta thấy: Nguồn T1 nóng hơn nên λm1 nhỏ

Nguồn T2 lạnh hơn nên λm2 lớn

+ Trong trường hợp thu bức xạ từ nguồn T1, tỉ số S1/N1 rất nhỏ vì: Giá trị S1, tương ứng với diện tích S1 là: S1I2  .d

Giá trị N1, tương ứng với diện tích N1 là: N1I1  .d

+ Nếu ta cắt bỏ toàn bộ phần bên trái của đồ thị kể từ λm2, chỉ giữ lại phần bên phải thì ta thấy rõ tỉ số S2/N2 sẽ lớn hơn (hình 3.5(b)).

Sở dĩ có được như trên (tức là S2/N2 lớn hơn) là vì khi ta cắt bỏ phần bên trái tức là loại bỏ được tạp nhiễu lớn, trong khi tín hiệu tại vùng đó lại nhỏ (hình 3.5(b)).

(a)

Thực tế, việc cắt bỏ nói trên được thực hiện bằng các kính lọc tần số thích hợp trước khi cho bức xạ đến đầu thu.

Phương pháp xử lý này được gọi là lọc tần số nâng cao tỉ số S/N.