|
|
|
|
|
|
||
Приборами ночного видения называются электронно-оптические приборы, основанные на преобразовании потока оптического излучения, падающего на объектив прибора и несущего информацию об исследуемом объекте, сначала в энергию электронов, а затем в энергию светового потока, создаваемого люминесцентным экраном преобразователя.
При этом прибор может работать либо в качестве спектрального преобразователя, либо в качестве усилителя яркости изображения в определенном диапазоне спектра оптического излучения.
В общем виде, структурная схема ПНВ состоит из объектива электронно-оптического преобразователя /ЭОПа/, окуляра и источника и блока питания преобразователя.
Различают ПНВ работающие по активному и пассивному режиму. Первые требуют специальной подсветки объекта осветительным устройством, которые излучают световой поток в диапазоне длин волн, соответствующему спектральной чувствительности фотокатода ЭОПа. Как правило, они работают в коротковолновой ИК области спектра, что обеспечивает дополнительно и маскировку наблюдателя.
Рис. 4.4.10-1
Вторые работают без искусственной подсветки объекта и используют собственное излучение объекта в ИК области, рассеянный свет небосвода и свет небесных светил как в видимой, так и ИК областях спектра оптического излучения.
Одним из элементов, обеспечивающим функционирование прибора, является ЭОП, представляющий вакуумный прибор. Он состоит из стеклянной колбы, внутри которой создается вакуум.
На передней /торцевой/ стенке колбы, с внутренней стороны, нанесен полупрозрачный фотоэмиссионный катод /фотокатод/, а на противоположном торце люминесцирующий экран. Между фотокатодом и экраном устанавливаются устройства управляющие пучком электронов испускаемых фотокатодом. Эти устройства, в зависимости от их принципа действия могут устанавливаться как внутри колбы, так и снаружи. Если фокусирование электронных пучков производится электрическим полем, то фокусирующие устройства располагаются внутри колбы, если магнитным полем - снаружи.
Фотокатод преобразователя располагается в плоскости действительного изображения, которое строит объектив и тем самым обеспечивает распределение энергетической освещенности на фотокатоде, соответствующее распределению яркостей частей объекта /пространства/. С противоположной стороны фотокатода возникает фотоэлектрическая эмиссия с пространственный распределением плотности электронного потока, пропорциональной энергетической освещенности. Между фотокатодом и экраном создается электростатическое поле с разностью потенциалов 10-15кв , под воздействием которого электроны фотоэлектрической эмиссии разгоняются и с большой кинетической энергией и ударяют в люминофор экрана, вызывая его свечение. При этом пучки электронов фокусируются на экран, где энергетическая плотность падающего потока электронов пропорциональна яркости изображения на фотокатоде. В результате на экране получим изображение, построенное объективом, которое и рассматриваем через окуляр /лупу/.
Эопы, применяемые в ПНВ, могут быть однокамерные и многокамерные. Последние состоят из нескольких однокамерных ЭОПов, но не более 3х , т. к. большое число камер сильно снижает качество изображения и соответственно разрешающую способность.
Первая камера при этом является преобразователем, а остальные играют роль усилителей. ЭОПы кроме преобразования и усиления яркости изображения изменяют масштаб изображения и его оборачивание. Изменение масштаба изображения называется увеличением Э0Па и оно равно Vэ:
Vэ = Lэ/Lфк.,
где Lэ - величина изображения на экране , Lфк. - величина изображения на фотокатоде.
В ЭОПах с магнитной фокусировкой Vэ = 1х, а с электростатической
- Vэ можно получить отличное от единицы.
ЭОПы с магнитной фокусировкой дают прямое изображение, а с электростатической, каждая камера дает обратное изображение и поворот изображения ЭОПом зависит от количества камер, поэтому при конструировании оптической системы, работающей совместно с ЭОПом, необходимо учитывать оборачивание изображения последним.
Разрешающая способность ПНВ обычно ограничивается разрешающей способностью фотокатода ЭОПа, которая измеряется в лин/мм и не превышает 40 лин/мм в центре фотокатода и сильно снижается на краях поля ввиду большой кривизны поля и дисторсии системы ЭОПа.
Поле зрения ПНВ определяется величиной /диаметром/ фотокатода ЭОПа и фокусным расстоянием оптической системы, образующей действительное изображение объекта в плоскости фотокатода и намеряется в угловой мере.
2ω=2arctg(Дфк/2f'об),
где Дфк - диаметр фотокатода ЭОПа.
Увеличение ПНВ определяется как произведение увеличении оптической системы и ЭОПа, т. е.
Г= (f'об/ f'ок) Vэ.
Конструктивно ПНВ выполняются в виде трубы, где ось объектива, ЭОПа и окуляра располагаются вдоль прямой, или в виде перископа.
Оптическую систему ПНВ можно разделить на две части. Первая расположена до ЭОПа, которая коррегируется на длину волны, к которой наиболее чувствителен фотокатод; вторая расположенная после ЭОПа и коррегируется на видимую часть спектра.
С помощью ПНВ производится не только наблюдение, но и визирование. Визирная марка или наноситься на фотокатоде ЭОПа или проектируется на фотокатод через оптическую систему, проектирующую изображение объекта /пространства/. Втором способ наиболее предпочтителен, т.к. уменьшается возможность сбивания визирной линии во время эксплуатации, дает возможность вводить всевозможные поправки при визировании, делает независимым направление визирной линии при замене ЭОПа. В этом случае проектирование визирной марки через объектив производится с помощью коллиматора.
Так как на штекеры ЭОПа подается высокое напряжение / до 45Кв/, то ЭОП устанавливается в специальный цоколь из диэлектрика и заливается в нем высоковольтными компаундами. В цоколе кроме ЭОПа, устанавливается делитель напряжения из сопротивлений.
Питание ПНВ производится обычно постоянным током низкого напряжения, который блоком питания преобразуется в постоянный ток высокого напряжения. Преобразование происходит в три этапа. Сначала постоянный ток преобразуется в пульсирующий с помощью схемы, которая состоит из двух транзисторов, включенных в схему с общим эмиттером и работающих в импульсном режиме по двухтактной схеме. Получаем пульсирующий ток низкого напряжения с большой частотой пульсации / до 2000 гп /. Пульсирующий ток поступает на высоковольтный трансформатор, после которого получаем пульсирующий ток высокого напряжения / до 7 - 8 кВ /. С трансформатора ток поступает в умножитель напряжения, который увеличивает напряжение в несколько раз /2ч6 раз/ и одновременно выпрямляет его. Умножитель состоит из диодов и конденсаторов. В схему блока питания может входить схема защиты фото катода от пересветок и схема автоматической стабилизации яркости экрана ЭОПа при изменении освещенности объекта или фона.
В некоторых ПНВ применяются устройства для охлаждения фотокатода. Фотокатод охлаждается для уменьшения темнового тока, который является следствием термоэлектрической эмиссии вещества фотокатода и при понижении температуры резко уменьшается. Темновой ток сильно снижает контраст изображения получаемого на экране ЭОПа, а стадо быть разрешающую способность прибора.
Особенно большой темновой ток у катодов Аg - АgО ? Сs, который при температуре Т = 0оС равен 0,3Ч 10 -3А/м2 , тогда как у многокомпонентных он равен 1Ч 10 -9 ? 1Ч 10-10 А/м2. Поэтому первые надо охлаждать. Для охлаждения применяются различные устройства, принцип действия которых различен и зависит от условий эксплуатации и его конструктивных особенностей. Применяют системы с жидкими, твердыми и газовыми хладагентами, термоэлектрические, вихревые /воздушные/, холодильники. Охлаждение производится до Т = - 40оС. При охлаждении ФК помещается в камеру. Камера со стороны объектива имеет прозрачную стенку, которая состоит из двух стекол между которыми создается вакуум. Последний необходим для предотвращения запотевания оптических деталей. Такое защитное устройство принято называть сосудом Дюара. Он представляет из себя стеклянную колбу с двумя плоскими стенками. Эти сосуды могут изготавливаться как путем сварки так и путем установки его частей на глубокий оптический контакт. Последний метод наиболее предпочтителен, т. к. можно получить хорошее качество изображения, что исключается при сварке.