Продолокение табл. 4.7

Институт электроники АН Узб. ССР (Ташкент)

Институт проблем материаловедения АН УССР (Киев)

Физика-технический институт АН ТССР (Ашхабад)

90% энергии.

Глава 5

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ ТЕПЛОИЗЛУЧАЮЩИХ ОБЪЕКТОВ

1. НАЗНАЧЕНИЕ, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ

Устройства, служащие для автоматического непрерывного или дискретного определения угла между заданной осью и направлением на объект (угол рассогласования), называют координаторами. Проекции угла рассогласования ф на продольную плоскость OiOf] (рис. 5.1) и перпендикулярную ей поперечную плоскость OiOJL обозначают и ф^. Выходными величинами координатора являются напряжения, зависящие от этих составляющих. В большинстве случаев оптические координаторы работают по пассивному принципу, используя инфракрасное излучение объектов в диапазоне длин волн от 1 до 14 мкм.

Основные элементы координатора:

оптическая система, собирающая поток лучистой энергии, излучаемой объектом, и концентрирующая его на чувствительную площадку приемника;

приемник излучения, преооразующии приходящую к нему энергию оптического излучения в электрический ток;

оптические фильтры, ослабляющие излучение фона;

анализирующее устройство, служащее для анализа картинной плоскости и определения координат изображения объекта;

усилитель электрических сигналов, появляющихся на выходе приемника излучения, с устройствами для автоматической регулировки усиления;

разделительное устройство, служащее для преобразования выходных сигналов усилителя в напряжения, зависящие от составляющих угла рассогласования в двух взаимно перпендикулярных плоскостях управления.

Рис. 5.1. К объяснению принципа определения угловых координат объекта оптическим координатором:

t - наблюдаемый объект; 2 - плоскость расположения объекта; 3 -объектив;-4 - изображение объекта; 5 - фокальная плоскость объектива; 6 - ось координатора

В дальнейщем изложении принята следующая терминология: угол поля зрения координатора - угол 2Ь у верщины Конуса, связанной с оптической системой. Образующая этого конуса равна максимальной дальности действия координатора. Объект, находящийся в любой точке конуса, проектируется на чувствительную площадку приемника излучения и вызывает появление сигнала на его выходе;

ось координатора -линия в пределах угла поля зрения координатора, характеризующаяся тем свойством, что при неподвижном положении объекта в любой точке линии напряжения на выходе координатора равны нулю. Во многих случаях осью координатора служит ось его оптической системы;

плоскость рассогласорания - плоскость, проходящая через ось координатора и направление на объект (линия, соединяющая ценТр входного зрачка оптической системы координатора с объектом);

угол фазирования - угол Ф (рис. 5.1), определяющий положение плоскости рассогласования относительно плоскости OOZ, принимаемой за отсчетную.

В оптических координаторах угол рассогласования ф и его составляющие в двух взаимно перпендикулярных плоскостях определяются по положению изображения объекта в фокальной плоскости оптической системы. Если ф = О, изображение объекта совпадает с точкой О фокальной плоскости (рис. 5.1), через которую проходит оптическая ось. Эту точку условно называют центром фокальной плоскости.

При наличии угла рассогласования изображение объекта смещается относительно центра фокальной плоскости на некоторое расстояние р, пропорциональное углу рассогласования.

Обозначая /g фокусное расстояние объектива и имея в виду, что в процессе работы координатора углы рассогласования ф не превышают 5-10°, в соответствии с рис. 5.1 находим уравнения, характеризующие линейные отклонения изображения цели:

Р =/об tg Ф /об

Pi, =/об tg Ф^, /обЧ>,;

Pz=/oбtgФг~/ocФг

Принцип действия оптического координатора заключается в следующем. Изображения предметов, попадающих в поле зрения координатора, проектируют на фокальную плоскость; контрастность объекта, обусловленная тем, что его яркость отличается от яркости других предметов, образующих фон, позволяет получить на выходе приемника излучения (находящегося за фокальной плоскостью) соответствующие сигналы от объекта и фона. С помощью усилителя фототока сигнал от фона ослабляется, а сигнал от объекта усиливается и используется в дальнейшем для определения координат изображения объекта в фокальной плоскости, характеризующих составляющие угла рассогласования.

По принципу устройства координаторы делят на два класса: с модуляцией и без модуляции лучистого потока, излучаемого объектом, координаты которого определяются. В координаторах первого класса возможны различные методы модуляции, в связи с чем их классифицируют на координаторы с Непрерывной и импульсной модуляцией.

В координаторах без модуляции лучистого потока выходной сигнал, снимаемый с приемника излучения, зависит от положения изображения объекта относительно оси симметрии чувствительной площадки одного приемника или чувствительных площадок нескольких приемников.

2. КООРДИНАТОРЫ С НЕПРЕРЫВНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ ИЗЛУЧЕНИЯ

Для непрерывной модуляции потока излучения используют механический модулятор - растр, перемещаемый относительно изображения цели

маломощным двигателем. Растром называют совокупность подобных элементов, образующих периодическую структуру и воздействующих на лучистый поток как единое целое. В оптических координаторах применяют прозрачные растры, выполненные в виде системы прозрачных и непрозрачных элементов. На рис. 5.2 для примера показано несколько растров. Параллельный растр (а) представляет совокупность параллельных прозрачных и непрозрачных полос. В радиальном растре (б) непрозрачные элементы расходятся в виде лучей из одного центра. Элементы радиального растра (е) являются касательными к окружности малого радиуса. В кольцевом растре (г) модули-рующие элементы выполнены в виде . концентрических колец.

Растр можно располагать не только в одной плоскости (плоский растр), но и наносить на поверхность цилиндра (д) или конуса. Элементы растра обычно выполняют с постоянным линейным или угловым шагом (р е-гуляриый растр). В некоторых случаях растры наносят с линейно

Рис. 5.2. Типы растров:

а - параллельный; б, -радиальный; г - кольцевой; д - цилиндрический; е - с линейно изменяющимся шагом