Пензенский артиллерийский инженерный институт

Пензенский артиллерийский инженерный институт

Кафедра АРТИЛЛЕРИЙСКИЕ ПРИБОРЫ

 

УТВЕРЖДАЮ

Начальник кафедры №22

Подполковник С. Шишков

«___»________________200 г.

 

Текст лекции

по дисциплине: Оптическим и оптико-электронным системам и приборам

Для специальности: Оптико-электронные приборы и системы

Тема № 3. Конструкция приборов ночного видения

Занятие № 1. Основы устройства приборов ночного видения

Текст лекции обсуждена на заседании кафедры № 22

«___»_______________ 200 г.

Протокол №__

 

Г. Пенза

Содержание

Введение

1. Определение и классификация ПНВ.

2. Структурная схема ПНВ.

3. Оптическая схема ПНВ.

4. Характеристики ПНВ.

Заключение

Литература

1. Долгих Н.Л. Основы теории расчета оптических приборов. Пенза: ВАИУ, 1975. с.216…235.

2. Артиллерийские приборы. Часть 1. Пенза: ВАИУ. 1976, с. 200…215.

3. Основы теории и расчета электронно-оптических приборов. Пенза: ВАИУ. 1988, с. 22…27, 121…124.

4. Изнар А.Н. Электронно-оптические приборы. М: Машиностроение. 1977, с. 16…32.

5. ГОСТ В28175-89. Приборы оптико-механические.

 

Учебно-материальное обеспечение

1. Приборы и наглядные пособия:

- приборы АПН-7, 1ПН54, 1ПН51;

- набор ЭОП;

- стенды «Артиллерийские электронно-оптические приборы».

2. Технические средства обучения:

- диафильм «Основы устройства приборов ночного видения»

- мультимедийное обеспечение.

Организационно-методические указания

по подготовке и проведению занятия

 

Занятие проводится в специализированном классе № 764 (765) «Оптико-электронные приборы», где имеются оптико-электронные приборы и элементы изучаемых артиллерийских приборов и комплексов, стенды и дополнительное материальное обеспечение, позволяющее наглядно демонстрировать обучаемым приборы, приемы работы и выверки и другое материальное обеспечение на занятии.

При подготовке к занятию целесообразно:

- ознакомиться с размещением в классе элементов артиллерийских приборов, информацией на стендах и кнопками управления ЛЭТИ и ЛЕКТОРОМ;

- проверить исправность и надежность функционирования оборудования.

При подготовке к занятию преподаватель лично проверяет образцы вооружения, технические средства обучения, визуальный материал:

- подготовить раздаточный материал для курсантов.

Как раздаточный материал подготовить:

- рисунки и основные формулы с обозначениями для пояснения зависимостей.

Достижение учебных целей на занятии обеспечить:

знать - путем рассказа, показа, пояснения и записи материала занятия в конспект;

иметь представление - путем рассказа и показа.

Командно-методические навыки курсантов на данном занятии формируются путем:

- проведением занятия в строгом соответствии с организационно- методическими рекомендациями тематического плана;

- выполнением требований Строевого устава;

- личной примерностью преподавателя;

- привлечения курсантов к контролю (взаимопроверке) и анализу знаний при контрольном опросе;

- изложения учебного материала в строго заданной последовательности;

- привития навыков высокой штабной культуры оформления документов при ведении конспектов;

- организации и проведения занятия в строгом соответствии с требованиями по соблюдению дисциплины и уставных взаимоотношений.

Навыки воспитательной работы приобретаются путем:

- приобретения умения анализировать и оценивать работу товарищей (при оценке летучки), убеждения товарищей и подчиненных в обоснованности выставленной оценки;

- воспитания чувства ответственности за подготовку к занятиям и изучение материала дисциплины.

На занятии развивать патриотические чувства (чувство гордости за успехи в развитии оптико-электронных приборов, при сравнению характеристик отечественных и зарубежных приборов, показывая наше превосходство).

В начале занятия преподаватель проверяет обязательное наличие личного состава, внешний вид и дисциплину, наличие классного журнала, конспектов и тетрадей для летучек.

Проводится контроль знаний материала, изученного на предыдущем занятии. Контроль проводится в виде летучки по вопросам (первый ряд - первый вариант, второй ряд - второй вариант и т.д.). Проверка результатов летучки осуществляется курсантами методом взаимопроверки (курсанты, писавшие 1 вариант, проверяют второй вариант и наоборот).

При проведении занятия реализовывать принцип:

«РАССКАЗ - ПОКАЗ – ЗАПИСЬ».

При изложении материала по вопросам занятия:

- пояснять материал, используя иллюстрации мелом на доске, проектор, материальное обеспечение и стенды класса;

- выдавать раздаточный материал курсантам с целью ускорения конспектирования и усвоения материала.

- делать выводы по вопросам занятия, пояснять непонятное.

В заключении занятия. Подвести итоги занятия. Уяснить степень усвоения изученного материала. Объявить оценки курсантам по итогам работы в течении занятия и выставить их в журнал. Выдать задание на самоподготовку.

 

Введение

Приборы ночного видения находят все более широкое применение в военном деле. Если во вторую мировую войну их применение не носило массового характера, то в настоящее время они заняли значительное место в приборном вооружении армии.

Проблема ночного видения давно интересовала ученых. Этому вопросу уделял внимание наш русский ученый Ломоносов, который создал оптический прибор «ночегляд», представлявший собой светосильную оптическую систему.

Создание современных ночных приборов стало возможно лишь в результате фундаментальных исследований природы света и его взаимодействия с различными средствами.

В 1922 году советским инженером Арцеуловым был предложен проект первого в мире прибора для наблюдения в темноте «Ультротелеоптикон», основанный на свойствах фотоэлементов превращать свет в электричество и на свойствах флуоресцирующего экрана приходить в свечение под действием катодных лучей.

Создание современного электронно-оптического преобразователя относится к 1933...1934 гг. Создан он был группой советских ученых Тимофеевым В.П., Архангельским E.С., Ратнером В.П. и Красовским И.М.

В 1933...1939 гг. был разработан ряд ПНВ для ВМФ, а в 1939...1940 гг. были разработаны схемы и созданы первые образцы ночных стрелковых прицелов.

Перед войной и в годы войны работы по созданию электронно-оптических приборов не прекращались. В 1941 г. они применялись при оборине Севастополя (при высадке на Мысхако, при форсировании Керченского пролива).

В США и фашистской Германии электронно-оптические преобразователи были созданы несколько позже, чем в Советском Союзе. Эта разница составляла примерно 2...3 года (например, в США электронно-оптические преобразователи созданы в 1936 г.).

Фашистская Германия впервые применила ПНВ в 1944 г. в боях у озера Балатон, а США - 1945 г, на Гавайских островах применены снайперские прицелы «Снайперскоп».

В послевоенный период началось бурное развитие ночных приборов во всех наиболее развитых в промышленном отношении странах.

Впервые действующие образцы многокамерных ЭОП, послуживших основой для электронно-оптических приборов второго поколения, работающих в условиях низкой освещенности без искусственной подсветки, были созданы в Сов. Союзе под руководством М.М.Бутслова в 1951 г.

ПНВ пассивного действия.

Недостатки:

- сравнительно малая мощность собственного излучения большинства естественных излучателей;

- чувствительны к световым помехам.
Достоинства:

- независимость их работы от величины естественной ночной освещенности (ЕНО), что позволяет применять их в условиях полной темноты (в закрытых помещениях, глубоких траншеях и др.);

- обеспечивают достаточно большую дальность наблюдения.

- обладают скрытностью при работе;

- имеют менее массивную (габаритную) и менее сложную по конструкции электронно-оптическую зрительную трубу;

- высокий ресурс работы до замены источника питания;

- высокая надежность в работе.

Из-за скрытности действия эти приборы в настоящее время получили наибольшее распространение в войсках.

Этапы развития электронно-оптических приборов:

- активные приборы с ИК подсветкой;

- пассивные;

- комбинированные;

- активные с лазерной подсветкой.

 

 

Оптическая схема приборов ночного видения

 

Методические указания.

Дать под запись и пояснить (используя диафильм, стенды и приборы):

- основные элементы электронно-оптической зрительной трубы;

- требования и устройство компонентов электронно-оптической зрительной трубы (объектив, окуляр и др.);

- устройство и работа электронно-оптического преобразователя;

- многокамерные ЭОП; фокусирующие системы ЭОП;

- маркировка электронно-оптических преобразователей;

- перспективные электронно-оптические приборы.

Окуляр.

Окуляры ПНВ предназначены для рассматривания изображения на экране. Увеличение их должно быть таким, чтобы исключить наблюдение зернистой структуры экрана. Окуляры также имеют сложную конструкцию, обеспечивающую уменьшение аберраций.

Как объективы, так и окуляры ПНВ стандартизованы и при проектировании ПНВ выбираются по каталогу. Однако следует подчеркнуть, что при расчете ПНВ нередки случаи, когда объективы и окуляры рассчитываются заново.

 

Сетка.

Из других элементов ПНВ следует обратить внимание на сетки. Если сетки достаточно просты, то они обычно наносятся на колбе ЭОП со стороны фотокатода.

Если сетки сложны (например, у артиллерийских ночных прицелов), то они с помощью проекционной системы проектируются через объектив на фотокатод ЭОП.

Электронно-оптический преобразователь (ЭОП), как компонент в оптической системе зрительной трубы, построенной по классической системе Кеплера, выполняет роль оборачивающей системы.

Кроме основных элементов в состав электронно-оптической зрительной трубы могут входить:

- проекционные системы;

- защитные стекла;

- светофильтры.

- и другие элементы, обеспечивающие удобство использования или улучшения конструктивных характеристик прибора.

 

Фотокатод.

В качестве фотокатодов в ЭОП применяют тонкие полупрозрачные слои полупроводников сложной структуры, обладающие свойством внешнего фотоэффекта при действии светового потока.

Полупрозрачные фотокатоды работают на " просвет" , когда световой поток проходит через стеклянное или кварцевое основание фотокатода и вызывает эмиссию электронов с внутренней поверхности фотокатода, обращенной к экрану (аноду).

Поэтому толщина полупрозрачных фотокатодов мала и составляет несколько сотен молекулярных слоев.

В ЭОП применяются фотокатоды трех типов:

- серебряно - кислородно - цезиевые - для однокамерных ЭОП, которые обычно применяются в активных ПНВ;

- многощелочные фотокатоды, применяемые в первой камере многокамерных ЭОП пассивных ПНВ;

- сурьмяно - цезиевые фотокатоды, применяемые в последующих каскадах многокамерных ЭОП;

- арсенид галлия.

 

Экран.

В качестве экрана в ЭОП применяется слой люминофора, нанесенный на заднюю стенку колбы или на закрепленную в ней стеклянную или слюдяную пластинку.

Вещество люминофора состоит из трех компонентов:

- основного вещества (сернистые и селенистые соединения цинка и кадмия);

- активатора, обеспечивающего требуемый спектр и в значительную степень интенсивность свечения (примеси меди, марганца и других металлов);

- плавня, обеспечивающего однородность и прочность люминофора (соли лития, натрия, калия и др.).

Толщина слоя люминофора должна быть такой, чтобы свечение, обусловленное действием электронных лучей, проходило через толщину экрана.

Разрешающая способность экрана зависит, в конечном счете, от его зернистости.

Световой поток, попадая на фотокатод, выбирает электрон, который под действием электростатического поля направляется на экран и приобретает кинетическую энергию

, (4)

необходимую для пробивания алюминиевой пленки и возбуждения люминофора экрана. В результате возбуждения изучаются фотоны.

Если световым потоком на фотокатоде построено изображение предмета, то очевидно, что поток электронов будет нести информацию об этом изображении.

Бомбардировка электронами экрана вызывает свечение последнего. В результате люминесценции на поверхности экрана возникает светящееся изображение объектов, спроецированных на фотокатоде.

Так как энергия электронов приблизительно пропорциональна ускоряющемуся напряжению, то яркость экрана увеличивается с увеличением этого напряжения. Это дает возможность рассматривать простейший ЭОП как усилитель яркости и создавать многокамерные ЭОП, представляющие собой последовательное соединение однокамерных ЭОП.

 

Многокамерные преобразователи состоят из двух, трех и более камер, расположенных так, чтобы фотокатод последующей камеры нанесен на одну пластину с экрана предыдущей камеры. В ЭОП, применяемых в ПНВ, все элементы каскадов расположены в одной общей для них стеклянной колбе.

Камеры в многокамерных ЭОП могут соединяться между собой так же с помощью промежуточных линзовых систем или стекловолоконной оптики.

Изображение на экране простейшего ЭОП менее отчетливо и менее контрастно, чем на фотокатоде. Это объясняется тем, что каждая точка изображения на фотокатоде при ее переносе электронами на экран преобразуется в пятно, которое называется кружком рассеяния.

Кружок рассеяния возникает потому, что электроны, вылетающие из фотокатода, имеют различные по величине и направлению векторы линейных скоростей и движущихся по разным траекториям.

Дальше всех от центра кружка отклоняются электроны, векторы линейной скорости которых перпендикулярны продольной оси ЭОП.

Для того, чтобы векторы линейных скоростей были параллельны продольной оси ЭОП, и создается электростатическое поле.

Диаметр кружка рассеяния может быть определен по формуле:

, (3)

где - расстояние между экраном и фотокатодом;

- анодное напряжение;

- наибольшая начальная энергия электрона в электровольтах.

При и величина кружка рассеивания

Диаметром кружка рассеяния определяется разрешающая способность ЭОП, которая оценивается по стандартным мирам.

Диаметр рассеяния уменьшить путем уменьшения L или увеличения U_a не представляется возможным из-за уменьшения контраста с увеличением яркости и возможности электрического пробоя ЭОП.

Поэтому для уменьшения кружка рассеяния и улучшения качества изображения на экране применяют специальные фокусирующие системы.

Фокусирующие системы.

Они могут быть трех видов:

- электрические;

- магнитные;

- смешанные.

В общем случае в фокусирующих системах создается электростатическое или магнитное поле, которое изменяет траекторию движения электронов аналогично изменению хода оптических лучей оптическими деталями.

Поэтому устройство, обеспечивающие изменение траектории электронов в фокусирующих системах, называют электростатическими и магнитными электронными линзами.

В последнее время применяется 2 новых типа ЭОП с высоким коэффициентом усиления, которые можно отнести к каскадным и многокамерным:

- ЭОП с использованием вторичной эмиссии электронов на " прострел";

- ЭОП с высоким коэффициентом усиления основанный на использовании диодной схемы с распределенным эмиттером.

- однокамерные ЭОП с микроканальным усилителем и волоконными шайбами.

 

1. ЭОП с использованием вторичной эмиссии электронов на " прострел".

Он состоит из входного фотокатода, ряда тонких пленочных диодов и экрана.

Фотоэлектроны, допускаются на наружной слой первого диода и вызывает вторичную эмиссию электронов с противоположной стороны диода с коэффициентом вторичной эмиссии около 6. Даже процесс уменьшения электронов повторяется...

Преимущество - простота изготовления, обусловлена наличием одного фотокатода.

Недостатки:

- большая хроматическая аберрация из-за большей начальной скорости вторичных электронов;

- меньший контраст изображения;

- низкая механическая прочность тонких диодов;

- большой вес и потребляющая мощность системы магнитной фокусировки.

Для устранения данных недостатков разработаны ЭОП с диодами из пленок малой плотности. Пористая структура пленок (эмиттер KC1 на алюминиевой пленке) позволяет извлечь большую часть вторичных электронов.

 

Заключение

На данном занятии были рассмотрены назначение и классификация ПНВ, структурная и оптическая схемы ПНВ, а также характеристики приборов ночного видения.

Современные ПНВ в основном выполняют свое назначение по боевому применению. Однако по сравнению с оптическими приборами они требуют более корректного обращения, эффективного обучения личного состава, работающего с этими приборами.

Знание основ устройства приборов ночного видения, позволяет правильно их эксплуатировать и ремонтировать. Данные знания Вам необходимы при изучении курсов кафедр N^о22, 2, 13 и др., при курсовом, дипломном проектировании и в дальнейшей службе в войсках при работе по специальности после выпуска.

Следующее лекционное занятие будет посвящено изучению источников питания и зарядным устройствам.

 

Методические указания.

Подвести итоги занятия. Уяснить степень усвоения изученного материала. Объявить оценки курсантам по итогам работы в течение занятия и выставляет их в журнал. Выдать задание на самоподготовку.

 

Задание на самоподготовку.

1. Повторить изученный материал [1] c. 200...215,

[2] с. 22...27, 121...124, [3] с. 16...32.

2. Зарисовать в конспект схему устройства ЭОП.

5. Ответить на вопрос: «Из каких расчетов выбирается увеличение окуляра ночных приборов? »

 

Преподаватель кафедры №22

Подполковник А. Федотов

Пензенский артиллерийский инженерный институт

123Следующая ⇒

Поделиться: