Способ контроля степени адаптации светотехнического оборудования и контрольно-проверочный прибор

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для определения степени адаптации светотехнического оборудования (СТО) кабин транспортных средств. Способ контроля степени адаптации включает регистрацию и наблюдение через светофильтр потока оптического излучения компонента СТО в двух спектральных диапазонах, в одном из которых редуцируют спектральную чувствительность прибора ночного видения (ПНВ) к кривой видности глаза оператора, а во втором - к усредненной относительной спектральной чувствительности ПНВ, а коэффициент адаптации вычисляют по математическому выражению. Для регистрации и наблюдения в двух спектральных диапазонах используют фотоприемник с изменяемым коэффициентом усиления и двумя светофильтрами перед ним, один из которых - для видимого спектра, а второй - для имитации спектральной чувствительности ПНВ. Контрольно-проверочный прибор содержит корпус с входным объективом, два светофильтра, электронно-оптический преобразователь (ЭОП), являющийся фотоприемником, выходной окуляр, механизм переключения светофильтров, встроенный электронный блок, соединенный с ЭОП, и устройство управления. Изобретение обеспечивает повышение точности и надежности измерения, расширение функциональных возможностей. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретения относятся к области измерительной техники, в частности к созданию контрольно-проверочных средств определения степени адаптации светотехнического оборудования кабин транспортных средств к применению приборов ночного видения (далее - ПНВ) на основе электронно-оптических преобразователей (далее - ЭОП) третьего и последующих поколений.

Известна автоматизированная контрольно-проверочная аппаратура (патент RU 2406225, МПК H04B 3/46, G05B 23/02, 29.10.2008). Изобретение относится к области автоматизированной контрольно-проверочной аппаратуры и может использоваться как аппаратура проверки работоспособности многоканальных систем связи и устройств управления авиационными средствами поражения (далее - АСП) летательных аппаратов (далее - ЛА) и их составных частей. Аппаратура содержит ПЭВМ, коммутатор каналов, соединенный с блоками контроля в количестве не менее трех, предназначенными для подключения объекта контроля, а каждый блок контроля состоит из блока управления, многоканального блока сравнения, виртуального эталона, коммутатора нагрузок, управляемой нагрузки, управляемого источника питания выходных цепей, формирователя выходных сигналов, коммутатора, блока нормализации.

Известен способ контроля параметров прицела системы телеориентирования с излучающими каналами на инжекционных лазерах и устройство для его осуществления (патент RU 2234659, МПК 7 F41G 1/54, F41G 3/32, 20.01.2003). Группа изобретений относится к средствам контроля прицелов, предназначенных для телеориентирования в оптическом луче транспортных средств, в частности летательных аппаратов, использующих в качестве источников излучения инжекционные лазеры. Контроль параметров прицела при максимальной дальности управления летательным аппаратом осуществляют с использованием микроскопа, зеркального коллиматора и дополнительной диафрагмы с регистрирующим устройством. При этом прицел с окуляром устанавливают противоположно зеркальному коллиматору на сопряженных осях с микроскопом. Затем через микроскоп наводят перекрестие сетки прицельной марки прицела на зеркальный коллиматор, отраженное изображение сетки прицельной марки прицела совмещают по курсу и вертикали с перекрытием дополнительной диафрагмы, после чего устанавливают защитный кожух с экраном от зеркального коллиматора до прицела, включают излучение прицела, снимают сигнал излучения регистрирующим устройством дополнительной диафрагмы, преобразовывают сигнал в координаты, после чего производят оценку параметров прицела. Способ контроля параметров прицела системы телеориентирования с излучающими каналами на инжекционных лазерах реализуется устройством, содержащим установленные на оптической скамье прицел с окуляром, диафрагму, фотоприемное устройство, кассетницу для светофильтров, электронную и контрольно-измерительную аппаратуру выделения координат. На оптической скамье дополнительно введены микроскоп, который установлен на сопрягаемых осях с окуляром прицела, зеркальный коллиматор, который установлен противоположно прицелу, и диафрагма, которая установлена отверстием в перекрестии в сторону зеркального коллиматора, экран. При этом микроскоп с прицелом установлены и закреплены на платформе, которая состоит из верхней и нижней плит, которые скреплены между собой и столом оптической скамьи через крепежные элементы и элементы качения. Причем верхняя плита имеет привод, выполненный в виде цилиндрической червячной передачи с рукояткой, который корпусом закреплен на нижней плите, а ось червячного колеса скреплена с верхней плитой, которая вращает плиту с прибором и микроскопом вокруг вертикальной оси. Нижняя плита имеет привод, выполненный в виде реечной передачи, который корпусом зубчатого колеса и рукояткой закреплены на нижней плите. При этом привод нижней плиты перемещает нижнюю и верхнюю плиты с микроскопом и прицелом по курсу относительно зеркального коллиматора, а оптическая скамья имеет кожух с экраном, выполненный в виде телескопических П-образных секций. Причем на наружной боковой поверхности с двух сторон первая секция имеет ручки, а все секции имеют элементы качения и продольные направляющие. Вверху каждая секция имеет ограничитель продольных перемещений, который выполнен в виде наружной отбортовки переднего торца и внутренней отбортовки заднего торца в горизонтальной полке секции. При этом элементы качения крайней секции контактируют с оптической скамьей, а элементы качения последующих секций контактируют с направляющими предыдущих секций.

Известен также способ контроля параметров прицела системы телеориентирования с излучающими каналами на инжекционных лазерах и устройство для его осуществления (Патент RU 2183807, МПК F41G 1/54, 19.04.2000). Группа изобретений относится к средствам контроля прицелов. Их реализация позволит повысить точность снятия энергетических характеристик прицела системы телеориентирования с излучающими каналами на инжекционных лазерах. Сущность изобретений заключается в том, что перед совмещением перекрестия сетки прицельной марки с перекрестием диафрагмы и регистрацией сигнала регистрирующим устройством с преобразованием его в координаты перекрестие диафрагмы подсвечивают в закрытом объеме рассеянным светом, а отверстие фотоприемного устройства защищают от засветки.

Известно устройство для контроля параметров прицела системы телеориентирования с излучающими каналами на инжекционных лазерах (патент RU 2115878, МПК F41G 1/54, 30.12.1996). Изобретение относится к средствам контроля прицелов, предназначенных для телеориентирования в оптическом луче машин и, в частности, летательных аппаратов, использующих в качестве источников излучения инжекционные лазеры. Цель изобретения - создание устройства, обеспечивающего требуемую точность измерения несоосности оптической оси и линии визирования прицела, обладающего при этом высокими технологичностью и эксплуатационными характеристиками. Устройство согласно изобретению содержит излучающие каналы на инжекционных лазерах, включающие объектив и установленную в его фокальной плоскости диафрагму, фотоприемник и электронный блок измерения параметров сигнала, имеет диафрагму в виде перекрестия из двух вертикальной и горизонтальной щелей, центр которого расположен на оптической оси объектива, за диафрагмой установлен светоделитель, на оптически сопряженных осях которого расположены источник света и фотоприемник, а перед объективом в отверстиях, выполненных в непрозрачной перегородке, установлены светофильтры таким образом, что ребро клина, образуемого рабочими поверхностями каждого светофильтра, перпендикулярно телу излучения соответствующего лазера, светофильтры расположены в соответствии с расположением зрачков выхода излучающих каналов прицела, при этом коэффициент пропускания светофильтров выбран из условия уравнивания сигналов, создаваемых разными каналами прицела на фотоприемнике.

Несмотря на то что указанные выше источники информации относятся к области контроля систем летательных аппаратов, тем не менее, они не могут быть использованы для определения степени адаптации светотехнического оборудования кабин летательных аппаратов и военной техники в целом.

Задача, требующая технического решения, состоит в том, что специалисты, применяющие технику ночного видения на электронно-оптических преобразователях третьего поколения, сталкиваются с проблемой пригодности к эксплуатации светотехнического (осветительного и светосигнального) и приборного оборудования (далее - СТО). Для решения этой задачи и используются контрольно-проверочные наборы (приборы) степени адаптации СТО кабин транспортных средств, пилоты или водители которых оснащены ГШВ на основе ЭОП III и последующих поколений.

Известен способ и контрольно-проверочный набор американской фирмы Hoffman типа «NVG Lighting Conformity Test Kit LM-33-550» (Рекламный проспект LM-33-550, http://WWW.hoffmanengineering.com), в состав которого входят: источник освещенности, цифровой низкоуровневый фотометр с комплектом оптико-электронных адаптеров, рулетка, программы тренировки операторов с контрольными таблицами, упакованные в транспортный контейнер, что резко усложняет работу и существенно увеличивает время проверки.

Недостатком контрольно-проверочного набора является его громоздкость, сложность в эксплуатации и необходимость использования в ней дорогостоящих специальных оптических систем.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу проверки адаптированных под применение СТО транспортных и устройству является контрольно-проверочный прибор американской фирмы Hoffman типа «NVG-104» (Рекламный проспект NVG-104, http://WWW.hoffmanengineering.com), содержащий входной объектив, включающий дополнительный светофильтр, и оптически связанный соответственно с ЭОП и выходным окуляром, а также встроенный электронный блок, соединенный с ЭОП, обеспечивающий электропитание ЭОП, измерение фототока в цепи фотокатода ЭОП и определение показателя, оценивающего степень адаптации тестируемых компонентов СТО, и индикатор.

В этом случае оценка степени адаптации определяется как интеграл от произведения спектральной энергетической яркости тестируемого компонента СТО на относительную спектральную чувствительность прибора ночного видения следующим образом:

$$NR=G{\left(\lambda \right)}_{\max }{\displaystyle \underset{450}{\overset{930}{\int }}G{\left(\lambda \right)}_{i}N\left(\lambda \right)d\lambda (1)}$$

где NR - показатель, оценивающий степень адаптации;

G(λ)_max - коэффициент масштабирования, равный отношению нормированного уровня яркости к измеренной яркости тестируемого элемента СТО;

G(λ)_I - относительная спектральная чувствительность ПНВ;

- если i=A, то используются данные для ПНВ класса A;

- если i=B, то используются данные для ПНВ класса B;

- если i=C, то используются данные для ПНВ класса C (классы A, B, C - по классификации стандарта MIL-STD-3009);

N(λ) - спектр излучения тестируемого элемента СТО, измеренный в [Вт/(см²·стр.·нм)];

dλ - шаг интегрирования, измеряемый в нм.

Недостатком устройства, реализующего данный способ, является определения с помощью данного контрольно-проверочного прибора показателя NR, оценивающего степень адаптации тестируемые компоненты СТО, по измеренной абсолютной величине фототока в цепи фотокатода ЭОП. Учитывая, что основной целью адаптации элементов СТО под применение ПНВ является значительное уменьшение уровня оптического излучения в спектральном диапазоне фоточувствительности ЭОП, то значения показателя NR изменяются от 150 нВт/(см²·стр.·нм) до 0,17 нВт/(см²·стр.·нм), что соответствует изменению фототока от 10^-8 A до 10^-10 A. При таком уровне значений фототока на результаты измерений существенное влияние оказывают собственные шумы электронного тракта, воздействие внешних факторов (температуры, фоновой освещенности фотокатода ЭОП и др.), а также уровень собственных параметров ЭОП, на основе которого создан данный контрольно-проверочный прибор, что в свою очередь требует проведения периодической калибровки прибора.

Техническим результатом изобретения является повышение точности и надежности измерения, расширение функциональных возможностей, увеличение быстродействия прибора при непрерывном наблюдении в ручном режиме с одновременным уменьшением габаритов и обеспечением возможности объективного оперативного контроля степени адаптации элементов СТО кабин транспортных средств под применение ПНВ.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе контроля степени адаптации СТО, включающем визуальное наблюдение тестируемых элементов СТО через светофильтры потока оптического излучения и определение коэффициента адаптации СТО как отношение интегралов от произведения спектральной энергетической яркости компонента СТО на относительную спектральную чувствительность ПНВ, вычисленных в двух спектральных диапазонах, в одном из которых редуцируют спектральную чувствительность фотоприемника контрольно-проверочного прибора к кривой видности глаза оператора, а во втором - к усредненной спектральной чувствительности ПНВ, при этом коэффициент адаптации K_a, определяемый в %, вычисляют по следующему выражению:

$$K_a=\frac{{\displaystyle \underset{380}{\overset{950}{\int }}{\tau }_{\Phi }\left(\lambda \right)M_{e,\lambda }^{0,отн}\left(\lambda ,T_{ц}\right)S{}_{ПНВ}{}^{отн}\left(\lambda \right)d\lambda }}{{\displaystyle \underset{380}{\overset{959}{\int }}{\tau }_{\Phi }\left(\lambda \right)M_{e,\lambda }^{0,отн}\left(\lambda ,T_{ц}\right)V\left(\lambda \right)d\lambda }}\cdot 100(2)$$

где τ_Φ(λ) - спектральное распределение коэффициента пропускания светофильтра;

$$M_{e,\lambda }^{0,отн}\left(\lambda T_{ц}\right)$$ - относительное спектральное распределение энергетической светимости источника излучения с цветовой температурой Т_ц;

V(λ) - кривая видности глаза, определяемая как относительное спектральное распределение световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения;

$$S{}_{ПНВ}{}^{отн}\left(\lambda \right)$$ - относительная спектральная чувствительность ПНВ;

dλ=5 нм - шаг интегрирования.

Для наблюдения в двух спектральных диапазонах и определения коэффициента адаптации K_a используют фотоприемник с изменяемым коэффициентом усиления и двумя светофильтрами, установленными перед фотоприемником, спектр пропускания одного из них соответствует видимому спектральному диапазону, а спектр пропускания второго светофильтра соответствует спектральной чувствительности ПНВ. При этом сначала производят подстройку фототока в видимом диапазоне первого светофильтра путем изменения усиления фотоприемника с фиксацией значения соответствующего коэффициента усиления фотоприемника, а затем устанавливают заслонку и компенсируют темновой ток фотоприемника с фиксацией значения компенсирующего тока. На следующем этапе измерения устанавливают первый светофильтр и фиксируют значения компенсирующего тока, после чего устанавливают второй светофильтр с сохранением характеристик фотоприемника, полученных в результате предыдущих измерений. Таким образом, величина коэффициента адаптации тестируемого компонента СТО определяется по измеряемому значению фототока, выраженному в %.

Указанный технический результат достигается в контрольно-проверочном приборе ГЕО-КПП, содержащем корпус с входным объективом, включающим светофильтр, и оптически связанном с электронно-оптическим преобразователем, являющимся фотоприемником, и выходным окуляром, а также встроенный электронный блок, соединенный с электронно-оптическим преобразователем, обеспечивающий электропитание и измерение фототока, и индикатор, тем, что в него введены: дополнительный светофильтр, механизм переключения светофильтров и устройство управления, которое контролирует напряжения на фотоприемнике и положение светофильтров, а также измеряет уровни фототока, при этом объектив, механизм переключения светофильтров, фотоприемник, окуляр, электронный блок, устройство управления и индикатор связаны с корпусом жестко, а оптические оси объектива, светофильтров, фотоприемника и окуляра расположены соосно.

На фиг.1 показана функциональная схема устройства контрольно-проверочного прибора ГЕО-КПП.

На фиг.1 приведены позиции:

1 - корпус;

2 - входной объектив;

3 и 4 - сменные светофильтры;

5 - механизм переключения светофильтров;

6 - электронный блок;

7 - устройство управления;

8 - электронно-оптический преобразователь;

9 - индикатор;

10 - выходной окуляр;

11 - аккумуляторный отсек.

Способ контроля степени адаптации СТО кабин транспортных средств к применению приборов ночного видения на основе электронно-оптических преобразователей третьего поколения основан на измерении фототоков, пропорциональных световому потоку тестируемых источников оптического излучения (ламп накаливания, единичных индикаторов, люминесцентных ламп и др.), в составе светотехнического оборудования в двух спектральных диапазонах. При этом спектральная чувствительность фотоприемника контрольно-проверочного прибора с помощью соответствующих светофильтров в одном спектральном диапазоне редуцируется к кривой видности глаза оператора, во втором диапазоне - к усредненной спектральной чувствительности ПНВ.

Контрольно-проверочный прибор содержит электронный блок 6, соединенный с электронно-оптическим преобразователем 8 и устройством управления 7, корпус 1, входной объектив 2, светофильтр 3, дополнительный светофильтр 4, механизм переключения светофильтров 5, индикатор 9 и выходной окуляр 10, при этом объектив 2, механизм переключения светофильтров 5, электронный блок 6, устройство управления 7, электронно-оптический преобразователь 8, индикатор 9 и окуляр 10 связаны с корпусом 1 жестко, а оптические оси объектива 2, светофильтров 3 (4), электронно-оптического преобразователя 8 и окуляра 10 расположены соосно. В верхней части корпуса 1 размещен индикатор 9, который осуществляет вывод цифровой информации о результатах измерения.

Конкретная реализация способа и работа контрольно-проверочного прибора ГЕО-КПП осуществляются следующим образом. После включения прибора, ввода светофильтра, воспроизводящего кривую видности глаза, и установления рабочего режима всех электронных узлов прибора производится автоматическая подстройка фототока, пропорционального яркости измеряемого объекта, подсвеченного источником оптического излучения (лампы накаливания, лампы люминесцентные, единичные индикаторы и др.) в видимом диапазоне спектра путем изменения усиления фотоприемника. Значение фототока при этом устанавливается численно равным 100% по индикатору изделия, а значение соответствующего коэффициента усиления фотоприемника фиксируется. Далее, вместо светофильтра, воспроизводящего кривую видности глаза, устанавливается непрозрачный экран и происходит автоматическая компенсация темнового тока фотоприемника с регистрацией значения компенсирующего тока. Затем вновь устанавливается светофильтр, воспроизводящий кривую видности глаза, и происходит автоматическая регистрация значения компенсирующего тока. Далее вместо светофильтра, воспроизводящего кривую видности глаза, устанавливается светофильтр, воспроизводящий относительную спектральную чувствительность ПНВ, при этом значения характеристик, полученные в результате предыдущих измерений, не меняются. В результате значение фототока и соответственно показания на индикаторе будут численно равны отношению светового потока в диапазоне с усредненной спектральной чувствительностью ПНВ к потоку в видимом диапазоне спектра, которое в соответствии с формулой (2) является искомым коэффициентом адаптации K_a .

Пример действий наблюдателя (оператора) приведен ниже.

Перед использованием необходимо установить заряженные аккумуляторы типа НЛЦ-0,9 в аккумуляторный отсек 11 корпуса 1 и закрыть крышку отсека. Выбор объекта контроля (элемента СТО) производится наведением на него объектива 2, фиксацией положения КПП при появлении его изображения на экране электронно-оптического преобразователя 8, которое наблюдается оператором с помощью окуляра 10.

Подать электрическое питание на прибор нажатием и удерживанием соответствующей кнопки до появления зеленого цвета свечения индикатора (появление желтого цвета свечения индикатора свидетельствует, например, о разряде аккумуляторов). Дождаться окончания мигания крайней левой точки на панели индикатора.

Снять защитную крышку с объектива 2 и навести объектив контрольно-проверочного прибора на измеряемый светящийся объект (букву, цифру, символ и т.п.). После появления в поле зрения изображения измеряемого объекта следует дожидаться медленного мигания верхнего крайнего правого сегмента на панели индикатора (до 3÷4 миганий). Мигание нижнего сегмента свидетельствует о недостаточной яркости измеряемого объекта, что не позволит провести корректное измерение. Для проведения измерений необходимо изображение измеряемого объекта следует максимально расфокусировать, используя для этого настроечное кольцо (не показано) объектива 2. Указанная операция позволяет повысить точность измерения и увеличивает срок службы прибора.

Перевести движок каретки (не показана) механизма переключения светофильтров 5 в положение «Темн. ток» и дождаться медленного мигания крайнего левого нижнего сегмента на панели индикатора 9, при этом индикатор должен отображать нулевое значение. Если крайняя левая точка панели индикаторов не перестает быстро мигать, то через несколько минут прибор автоматически отключается. При неудачной первой попытке проведения измерения, ее следует повторить. Вторая неудача свидетельствует о неисправности изделия или о высоком внутреннем сопротивлении элементов питания.

Перевести движок каретки механизма переключения светофильтров 5 в среднее положение «Измер. Ka» и дождаться установления показаний индикатора, после чего считать показания K_a (коэффициент адаптации).

Если движок каретки переключателей светофильтров не перемещается в течение 5÷6 мин, то прибор автоматически отключается.

Таким образом, предлагаемым изобретением достигается технический результат в виде повышения точности и надежности измерения, расширение функциональных возможностей, увеличение быстродействия прибора при непрерывном наблюдении в ручном режиме с одновременным уменьшением габаритов и обеспечением возможности объективного оперативного контроля степени адаптации элементов СТО кабин транспортных средств под применение ПНВ.

Кроме того, в приборе обеспечивается дополнительная возможность сохранения цифрового изображения с регистрацией времени съемки и измеренных данных.

1. Способ контроля степени адаптации светотехнического оборудования (далее по тексту - СТО) кабин транспортных средств, включающий наблюдение через светофильтр потока оптического излучения, воспринимаемого глазом оператора, и определение коэффициента адаптации СТО как интеграла от произведения спектральной энергетической яркости измеряемого компонента СТО на относительную спектральную чувствительность прибора ночного видения (далее по тексту - ПНВ), отличающийся тем, что регистрацию и наблюдение через светофильтр потока оптического излучения компонента СТО производят в двух спектральных диапазонах, в одном из которых редуцируют спектральную чувствительность фотоприемника контрольно-проверочного прибора к кривой видности глаза оператора, а во втором - к усредненной спектральной чувствительности ПНВ, причем коэффициент адаптации вычисляют по следующему выражению:
$$K_a=\frac{{\displaystyle \underset{380}{\overset{950}{\int }}{\tau }_{\Phi }\left(\lambda \right)M_{e,\lambda }^{0,отн}\left(\lambda ,T_{ц}\right)S{}_{ПНВ}{}^{отн}\left(\lambda \right)d\lambda }}{{\displaystyle \underset{380}{\overset{959}{\int }}{\tau }_{\Phi }\left(\lambda \right)M_{e,\lambda }^{0,отн}\left(\lambda ,T_{ц}\right)V\left(\lambda \right)d\lambda }}\cdot 100(3)$$
где τ_Φ(λ) - спектральное распределение коэффициента пропускания светофильтра;
$$M_{e,\lambda }^{0,отн}\left(\lambda T_{ц}\right)$$ - относительное спектральное распределение энергетической светимости источника излучения с цветовой температурой T_ц;
V(λ) - кривая видности глаза, определяемая как относительное спектральное распределение световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения;
$$S{}_{ПНВ}{}^{отн}\left(\lambda \right)$$ - относительная спектральная чувствительность ПНВ;
dλ=5 нм - шаг интегрирования.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для регистрации и наблюдения в двух спектральных диапазонах используют фотоприемник с изменяемым коэффициентом усиления и двумя светофильтрами перед ним, один из которых воспроизводит кривую видности глаза, а второй - воспроизводит относительную спектральную чувствительность ПНВ, при этом первоначально производят подстройку фототока в видимом диапазоне спектра (при установке первого светофильтра) путем изменения усиления фотоприемника и фиксируют значение соответствующего коэффициента усиления фотоприемника, затем экранируют световой поток и компенсируют темновой ток фотоприемника с фиксацией значения компенсирующего тока, повторно устанавливают первый светофильтр и фиксируют значения компенсирующего тока, далее устанавливают второй светофильтр с сохранением характеристик фотоприемника, полученных в результате предыдущих измерений, затем измеряют значение фототока, которое в соответствии с формулой (3) является искомым коэффициентом адаптации K_a.

3. Контрольно-проверочный прибор, содержащий корпус с входным объективом, светофильтр, электронно-оптический преобразователь, выходной окуляр, электронный блок и индикатор, отличающийся тем, что в него введен дополнительный светофильтр, механизм переключения светофильтров и устройство управления, при этом электронный блок, входной объектив, механизм переключения светофильтров, устройство управления, выходной окуляр и индикатор связаны с корпусом жестко, а оптические оси входного объектива, светофильтров, электронно-оптического преобразователя и выходного окуляра расположены соосно.