Министерство высшего и профессионального образования РФ
КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н. ТУПОЛЕВА
Кафедра оптико-электронных систем и приборов
Курсовая работа по дисциплине
« Теоретические основы и модернизация ИК приборов»
на тему:
«Ночной наблюдательный прибор для
Спасательного вертолета»
Выполнил студент группы 3504
Подрыгуля С.И.
_______________________
Руководитель работы: Овсянников В.А.
_______________________
Оценка___________________________
Казань 2013
Содержание:
Общее описание ТВП и АТА
Схемы построения и сканирования________________________________3
Элементная база________________________________________________9
Система охлаждения____________________________________________11
Индикаторы излучения__________________________________________12
Способы формирования изображения_____________________________12
Габаритно-энергетический расчет ночного наблюдательного прибора для спасательного вертолета________________________________________15
Список литературы__________________________________________________24
Общее описание твл и ата.
. Схемы построения и сканирования
Тепловизионные приборы (ТВП), а также авиационная аппаратура строчного типа (АТА) являются преобразователями излучения инфракрасного в видимое, основанными на использовании фотоэлектрических и пироэлектрических приемников излучения.
В любом из перечисленных приборов ИК излучение с помощью входного фокусирующего объектива, сканирующего устройства и проекционного объектива, предназначенных для поэлементного просмотра поля обзора, преобразуется в фотоприемнике в электрический сигнал.
Сигнал, снимаемый с фотоприемника, усиливается предусилителем и видеоусилителем до величины, достаточной для модуляции напряжения на управляющем электроде электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) или светодиода, с целью преобразования этого сигнала в световой поток.
В зависимости от того, что используется в качестве преобразователя электрических сигналов в световой поток - лампа тлеющего разряда, светодиодная линейка или ЭЛТ, выбирается оптическая схема регистрирующей части прибора.
Если в качестве преобразователя электрической энергии в световой поток используется лампа тлеющего разряда или светодиодная линейка, растр в плоскости изображения формируется с помощью сканирующего устройства. При использовании в качестве преобразователя электрической энергии в световую приемной телевизионной трубки развертка изображения осуществляется с помощью генераторов строчной и кадровой развертки ЭЛТ, синхронизируемых в своей работе датчиком синхронизации, сидяшим на одном валу со сканером ИК излучения.
Система первого типа, в которых сканирование в плоскости предметов и в плоскости изображения осуществляется с помощью оптико-механических
сканирующих устройств (качающееся зеркало, вращающаяся призма пирамида, оптические клинья и т.д.), называются системами с жесткой механической синхронизацией (системы с жестким валом).
Системы второго типа, в которых используются ЭЛТ, называются системами с электронной разверткой.
Система с электронной разверткой используются как в дешевых носимых ТВП (с низким разрешением), так и в возимых приборах с высоким разрешением.
Системы с жесткой механической синхронизацией применяются в основном в переносных наблюдательных и прицельных приборах с многоэлементными (до 64 элементов) фотоприемниками. Индикация в таких приборах осуществляется с помощью светодиодной линейки.
Системы первого типа могут быть как с разделительными Ик и видимыми типическими каналами (кроме входов и выходов), так и с совмещенными (на сканере и в проекционном объективе).
В системах с совмещенными ИК и видимыми каналами достигается наилучшая параллельность оптических осей каналов, эти схемы стабильны в широком интервале температур и механических воздействий. В системах такого типа нет потерь углового и температурного разрешения из-за неконтролируемой и неуправляемой непараллельности оптических осей.
Однако в приборах и системах данного типа приходится дважды применять делители ИК и видимого излучения, что приводит к ослаблению оптических сигналов, В связи с чем в них приходится использовать преобразователи электрического сигнала в световой (светодиоды) с высокой крутизной преобразования.
Далее приведено несколько функциональных схем с системами синхронизации первого типа.
На рис Л представл ена схема, в которой сканирование по строке и кадру осуществляется с помощью качающегося в двух направлениях зеркала. В таких схемах используются, как правило, 60- и 64-элементные фотоприемники и чересстрочная развертка.
Рис. 1 Функциональная схема тепловизора с качающимся зеркалом: 1-плоскость предмета; 2-телеобъектив; 3-проекционный объектив; 4-сканер; 5-компенеационные клинья; 6-плоскость изображения; 7-светодионая линейка; 8-видеоусилитель; 9- фотоприемник.
По описанному принципу разработаны и серийно выпускаются в США модульные ТВП AN/TAS-4, AN/PAS-6, AN/V8G-, AGA-110, а также некоторые отечественные ТВП.
В приборах данного типа непаралелльность оптических каналов определяется уходом оптических осей КК и видимого каналов от температурных и механических воздействий (ухода осей на сканере нет). Совмещение осей для любой температуры в рабочем интервале температур достигается клиновым компенсатором, который разворачивает пучок лучей по двум координатам.
Некоторые тепловизионные прицелы и наблюдательные приборы серийно выпускались по функциональной схеме, представленной на рис,2.
Данная схема., однако, довольно неудачна с точки зрения параллельности осей НК и видимого каналов. И связано это с тем, что ИК и видимые лучи на сканере идут раздельно - каждый через свою ромб-призму. В результате этого непараллельность осей ИК и видимого каналов, обусловленная ромб-поизмой, однозначно переносится на угловое разрешение ТВП, дополнительно размывая пятно рассеяния ИК и видимого каналов.
Рис.2. Функциональная схема тепловизора с двумя качающимися зеркалами: 1- фотоприемник; 2-проекционный объектив, .3-электродвигатель; 4-сетодиодная линейка: призма.
В приборах с совмещением ИК и видимого каналов (рис.З), как правило, применяется блочный принцип. Оптическая схема собирается из блока входного ИК и коллимирующего (видимого) объективов, блока сканера и проекционного объектива (совмещенных) и, при необходимости, уголкового зеркала (для прицелов). Каждый из блоков имеет свою непараллельность, зависящую от температуры.
Полная непараллельность есть векторная сумма непараллельности. блоков.
В ТВП с высоким угловым разрешением (рис.4) - возимых приборах отображение информации осуществляется на тепловизионном видеоконтрольном устройстве (ВКУ), работающем в телевизионном стандарте.
Рис.З. Функциональная схема тепловизора блочного типа: 1-блок входного объектива; 2-блок проекционного объектива; 3-элетродвигатель; 4-фотоприемник; 5-блок
уголкового зеркала.
В ВКУ на экране электронным путем формируется перекрестие, которое может с высокой точностью перемещаться по двум координатам. В приборах такого типа через определенное время производится выверка параллельности осей с помощью встроенного коллиматора.
Выставление параллельности осей осуществляется с помощью перемещения перекрестия по обеим координатам до совпадения его центра с перекрестием визирного канала.
При разработке АТА применяются схемы с вынесенным сканирующим устройством.
Рис.4. Функциональная схема тепловизора с высоким угловым разрешением: 1- телеекоп; 2-кадровый сканер; 3-строчный сканер; 4-поясковое зеркало; 5-фотоприемник; 6,7-датчики строчных и кадровых синхроимпульсов; 8-предусилитель; 9-видеоусилитель; 10-усилитель-формирователь телевизионного сигнала; 11Д 2-генераторы строчной и кадровой развертки; 13-генератор перекрытия; 14-блок питания; 15-видеоконтрольное устройство (ВКУ)
На рис.5 представлена оптическая схема с вращающейся зеркальной призмой или пирамидой.
Рис. 5. Фуикцишалпшая схема теплови» зора с вршдающейся пирамидой: 1 - пирамида; 2- объектив; 3 – фотоприемник, 4 - электродвигатель для протяжки плёнкаi, 5 — барабан с объективами; 6 - фотоплёнка; 7- электродвиштелъ, 8 - усилитель; 9 – светодиоды
Рис. 6. Построчный просмотр с летательного аппарата.
В схеме, приведенной на рис.5, регистрация информации осуществляется на фотопленку при помощи лампы тлеющего разряда или светодиода. Перемещение пленки в кассете осуществляется пропорционально отношению скорости перемещения носителя к высоте его полета, Просмотр местности в АТА осуществляется построчно, как показано на рис.6.
На рис.7 представлены варианты схемы Кеннеди, которые широко распространены в мире при разработке и проектировании АТА.
Схемы, приведенные на рис.5 и 7 (а,б), работают следующим образом. НК поток с просматриваемой местности сканируется пирамидой 1 (рис.5) или призмой (рис.7,а,б), отражается от плоских зеркал 2 (рис.7,а) или от внеосевых параболических зеркал 2 (рис.7,6), а затем от зеркальных граней призмы 2' падает на фотоприемник 3. Фотоприемник преобразует сфокусированный поток в развернутую во времени последовательность электрических сигналов, которые затем усиливаются усилителем и поступают на модулирующий электрод лампы тлеющего разряда или светодиод; информация со светодиода может записываться на фотопленку или же передаваться на наземный пункт по радиолинии.
В регистраторе (записывающем устройстве) в качестве модулируемого источника света может использоваться и ЭЛТ.
В последнее время широко используется отображение информации с АТА в реальном масштабе времени. Для этого информация записывается поочередно в два блока памяти: с одного блока идет воспроизведение информации в телевизионном стандарте, на другом блок памяти в это время информация записывается.