X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

В последнее время на отечественном приборостроительном рынке появилось большое количество оптических приборов, имеющих различные характеристики, требования, обслуживание и т.д. Вне зависимости от их назначения все эти приборы должны подвергаться тестированию и испытаниям для подтверждения их эксплуатационных характеристик.

Для проведения такого рода испытаний оптических приборов может применяться электронно-оптический тестер - коллиматор. Коллиматор — это оптическое устройство для получения пучков параллельных световых лучей. Оптический коллиматор состоит из объектива, в фокальной плоскости которого помещён источник света малой величины. Наиболее часто таким источником служит отверстие непрозрачной диафрагмы, например узкая щель постоянной или изменяемой ширины. Относительное расположение объектива и источника фиксируется закреплением их в корпусе. Зачернённые изнутри стенки корпуса поглощают лучи, направление которых не совпадает с оптической осью объектива. Неидеальность параллельного пучка, выходящего из коллиматора, обусловлена конечным размером источника и аберрациями объектива. Фокусное расстояние, действующее отверстие и качество исправлений аберраций объектива, а также форма и размеры предмета выбираются в соответствии с назначением коллиматора и условиями его использования.

Современные оптические тестеры совместно с программным обеспечением позволяют проводить испытания ИК приемников переднего обзора, ПЗС-матриц, лазерных дальномеров и целеуказателей, включают в себя широкую библиотеку тестовых алгоритмов для поддержки испытаний оптических приборов, обеспечивают гибкость работы пользователя без необходимости программирования, помогают уменьшить время при разработке и обслуживании испытываемого оборудования, обеспечивают выполнение одним пользователем всех операции по разработке, отладке и производству оптических приборов, имеют модульную структуру, что позволяет добавлять необходимые компоненты. Внешний вид одного из таких оптических тестеров приведен на рисунке 1.

Рисунок 1

Для того, чтобы использовать коллиматор в качестве испытательного оборудования, необходимо провести его аттестацию в соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.568-97.

Основная цель аттестации испытательного оборудования - подтверждение возможности воспроизведения условий испытаний в пределах допускаемых отклонений и установление пригодности использования испытательного оборудования в соответствии с его назначением.

Суть процесса аттестации коллиматора заключается в определении его точностных характеристик.

В состав каждого коллиматора входят тепловые тест-объекты, так называемые, штриховые миры. Миры располагаются на главной оптической оси коллиматора и проецируются на испытуемое устройство. На первом этапе необходимо определить пространственную частоту тепловых тест-объектов. Данную характеристику предлагается определять с использованием теодолита. Для этого между излучающей головкой и диском с тепловыми тест-объектами устанавливается белый экран и подсвечивается лампой накаливания. С помощью теодолита необходимо выполнить измерения величины углового размера трех полных штрихов на всех тепловых тест-объектах.

Искомое значение пространственной частоты тепловых тест-объектов, определяется по формуле:

₍₁₎

где η - пространственная частота теплового тест-объекта, 1/мрад,

α – угловой размер трех полных штрихов теплового тест-объекта, рад.

Отклонение достигнутого значения пространственных частот тепловых тест-объектов, от требуемого определяют следующим образом:

(2)

где δ – отклонение достигнутого значения пространственных частот тепловых тест-объектов, %,

η_изм – измеренная пространственная частота теплового тест-объекта, 1/мрад,

η_номин – номинальная пространственная частота теплового тест-объекта, 1/мрад.

Следующая характеристика, которую необходимо определить при аттестации коллиматора, – это разрешающая способность коллиматора. Ее предлагается определять с использованием универсального измерительного микроскопа, например УИМ-23.

Искомое значение разрешающей способности коллиматора определяется по формуле:

₍₃₎

где Р – размер штриха элемента миры, измеренный универсальным измерительным микроскопом;

F – фокусное расстояние стенда.

Основное назначение коллиматора – это воспроизведение разности радиационных температур, поэтому его основной точностной характеристикой является отклонение этой установленной величины в различных спектральных диапазонах.

Диапазон и точность установки разности радиационных температур при аттестации предлагается определять с использованием эталона-переносчика единиц разности радиационных температур и разности энергетических яркостей ЭП-38 (далее – эталон - переносчик).

После подготовки к работе коллиматора и эталона – переносчика, добившись соосности оси визирования эталона - переносчика с оптической осью коллиматора, необходимо убедиться, что изображение теплового тест-объекта четко и корректно отображается на экране монитора эталона - переносчика. После этого задаем на аттестуемом коллиматоре контролируемую разность радиационных температур, эталоном - переносчиком проводим измерения величины этой разности. Данные измерения необходимо провести во всем диапазоне воспроизведения и во всех спектральных диапазонах.

Искомое значение разности радиационных температур, воспроизводимое коллиматором, определяется по формуле:

, (4)

где - значение разности радиационных температур на выходе коллиматора, определяемое при i-ом измерении эталоном - переносчиком;

n – число результатов измерений.

В качестве достигнутого значения разности радиационных температур, воспроизводимой коллиматором, при аттестации, необходимо принять среднее значение разности радиационных температур, вычисленное по формуле (4).

Отклонение достигнутого значения разности радиационных температур, воспроизводимой коллиматором, от требуемого определяется следующим образом:

, (5)

где - требуемое значение разности радиационных температур «ΔT», К;

- достигнутое значение разности радиационных температур, К.

Предложенные методы определения точностных характеристик коллиматора могут быть использованы при разработке программ и методики первичной и периодической аттестации в соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.568-97. После аттестации оборудование может быть использовано в качестве испытательного для тестирования оптических приборов и систем различного назначения.

Список используемых источников:

ГОСТ Р 8.568-97. ГСИ. Аттестация испытательного оборудования. Основные положения.

Афанасьев В.А. Оптические измерения. - М. 1981.

Тымкул, В.М. Оптико-электронные приборы и системы. Теория и методы энергетического расчета: учебное пособие / В.М. Тымкул, Л.В. Тымкул. – Новосибирск: СГГА. – 2005. – 215 с

Код для цитирования: Скопировать