Разработка руководства по эксплуатации и ремонту компонентов визира оптического устройства

дипломная работа

1.2 Описание конструкции и принцип работы визира оптического устройства

трехмерный модель визир автоматизация

Оптические визиры используются в механических прицелах для визирования по мишени либо точке наводки. Оптические визиры дают возможность совершать прямую наводку на достаточно большое расстояние стрельбы и выполняют наводку в условиях плохого освещения цели, а также ночью при искусственном освещении, более того их применение улучшает точность наводки по сравнению с механическими визирами.

Оптические визиры не содержат устройство для прицельных углов, а также у них нет механизмов выверок, в отличие от оптических прицелов.

Оптические визиры делятся на три основных типа: панорамные, телескопические и коллиматорные.

Панорама является представителем панорамного оптического визира.

Телескопические визиры постороены на оптической схеме.

Суть работы коллиматорных визиров заключается в принципе совмещения бесконечно удаленного перекрестия визира имитированного коллиматором с целью.

Преимущество коллиматорного визира перед механическим заключается в том, что прицеливание с помощью этого визира производится по двум точкам: изображению перекрестия сетки коллиматора и цели. Обе эти точки располагаются на значительном удалении от глаза, и он их видит без аккомодации, чего нет при использовании механического визира.

Ночные прицелы.

Различные виды излучения представляют собой электромагнитные колебания, свойства, способы получения и действие которых зависят от длины волны. Совокупность всех электромагнитных волн составляет электромагнитный спектр. Этот спектр условно можно разбить на отдельные области, частично перекрывающие друг друга (рисунок13).

Наиболее узкий участок спектра (0,4--0,76 мкм) занимают видимые лучи, воспринимаемые человеческим глазом и используемые в оптических прицелах наземной артиллерии. Непосредственно к видимой области со стороны более длинных волн примыкают инфракрасные лучи, а со стороны более коротких волн - ультрафиолетовые лучи.

Шкалы спектра электромагнитных волн

Инфракрасные и ультрафиолетовые лучи невидимы для невооруженного глаза, но обладают такими же свойствами, как и видимые лучи, т. е. распространяются прямолинейно, преломляются и отражаются. Это позволяет использовать их для получения невидимого изображения объектов с помощью оптических систем, состоящих из линз и зеркал. Невидимое изображение в дальнейшем преобразовывается в видимое, благодаря чему обеспечивается возможность наблюдения в темноте и создания ночного прицела.

Применению инфракрасных лучей в ночных прицелах способствует также большое процентное содержание их в общей энергии излучения тел. И хотя по мере понижения температуры тела интенсивность излучения быстро уменьшается, содержание инфракрасных лучей в общем излучении увеличивается. Это позволяет использовать для подсветки целей такие технически простые и малогабаритные генераторы инфракрасных излучений, как лампы накаливания.

Достаточно интенсивными источниками инфракрасных лучей являются такие низкотемпературные излучатели, как выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания и реактивных двигателей, пламя выстрелов и разрывов и т. п., что позволяет использовать ночные прицелы для обнаружения целей по их собственному инфракрасному излучению.

Ночной прицел в отличие от дневного оптического прицела должен иметь устройство для преобразования невидимых для невооруженного глаза инфракрасных лучей в лучи видимой области спектра. Этот сложный процесс происходит в специальном устройстве, называемом электронно-оптическим преобразователем.

Электронно-оптический преобразователь (рисунок 14) представляет собой стеклянную вакуумную электронно-лучевую трубку 1 цилиндрической формы. На передней торцевой поверхности трубки (обращенной в сторону объектива) нанесен светочувствительный слой 2, называемый фотокатодом; на задней поверхности нанесен слой светящегося вещества 4, представляющий собой люминесцирующий экран, а внутри расположена фокусирующая система 3.

Фотокатод предназначен для преобразования энергии инфракрасных лучей в пропорциональную ей энергию движущихся электронов.

Фотокатод работает на принципе внешнего фотоэлектрического эффекта, сущность которого заключается в следующем.

Внешние электроны атомов металлов слабо связаны с ядром и под действием даже слабых внешних влияний (например, повышения температуры) свободно и хаотически перемещаются от одного атома к другому, имея различные скорости и, следовательно, различные значения кинетической энергии. Этой кинетической энергии недостаточно для того, чтобы электроны могли выйти из металла. Для преодоления тормозящих сил, расположенных внутри металла у поверхности отрицательных зарядов, и сил электрического притяжения, расположенного снаружи избытка положительного заряда, «свободным» электронам необходимо придать дополнительную энергию. Эта энергия называется работой выхода электронов.

Электронно-оптический преобразователь:

1 -- стеклянная трубка; 2 -- фотокатод; 3 -- фокусирующая система; 4 -- экран

В настоящее время в ночных прицелах, работающих без подсветки целей прожектором, используются многощелочные и сурьмяно-цезиевые фотокатоды.

Фотокатод представляет собой полупрозрачный светочувствительный слой сложной структуры, который наносится на внутреннюю стенку стеклянного баллона и подключается к отрицательному полюсу источника питания. Фотокатод работает на просвет, т. е. падающие на него лучи проходят через стекло и вызывают фотоэлектронную эмиссию (выбивают электроны) с внутренней, обращенной к экрану поверхности фотокатода. Толщина полупрозрачного фотокатода составляет всего несколько сотен молекулярных слоев.

Следует иметь в виду, что облучение фотокатода коротковолновыми видимыми и особенно ультрафиолетовыми излучениями может привести к уменьшению чувствительности фотокатода и даже к выходу его из строя. Для предохранения фотокатода от видимых и ультрафиолетовых лучей перед ним необходимо помещать специальный фильтр и принимать дополнительные меры по его защите.

Экран служит для преобразования энергии движущихся электронов в энергию видимых лучей и получения видимого изображения наблюдаемых объектов. Он представляет собой слой люминофора, нанесенный на стеклянное основание задней стенки корпуса электронно-оптического преобразователя.

Люминофоры -- это вещества, обладающие свойством люминесценции, т. е. излучающие свет в холодном состоянии, не поглощая тепло, под воздействием подводимой к ним энергии в той или иной форме.

Для экранов преобразователей применяют люминофоры временного действия, работающие на принципе катодолюминесценции. Причиной свечения катодолюминофора является возбуждение атомов его ярко выраженной кристаллической решетки электронами, падающими на его поверхность с определенной кинетической энергией, которые при возвращении в нормальное состояние отдают энергию в виде свечения. Величина этой энергии зависит от начальной скорости электрона, вылетевшего с поверхности фотокатода, и разности потенциалов, которую проходит электрон до соударения с люминофором. По окончании возбуждения свечение люминофора прекращается, что и обусловливает его название люминофора временного действия.

Цвет и в значительной степени яркость свечения экрана зависят от состава катодолюминофора. Максимум спектральной чувствительности люминофора соответствует максимуму спектральной чувствительности глаза, который лежит в области зеленых лучей. Этим объясняется зеленый цвет свечения экрана. Яркость свечения зависит также от плотности электронного тока (числа электронов, падающих на экран в единицу времени) и скорости движения электронов в преобразователе. Повышение яркости за счет повышения плотности тока возможно до насыщения экрана, после чего избыток энергии электронов расходуется на вредный нагрев люминофора. Для отвода излишних электронов со слоя люминофора в современных преобразователях на его поверхность со стороны фотокатода наносят тонкий слой металла, например алюминия. Металлизация люминофора позволяет повысить яркость свечения, увеличивает стойкость люминофора и защищает фотокатод от засветки со стороны экрана:

Разрешающая способность экрана, а следовательно, и самого ночного прицела зависит от зернистости экрана. Последняя определяется структурой люминофора и технологией изготовления экрана. Разрешающая способность современных преобразователей составляет 25--40 штрихов на 1 мм изображения, при этом диаметр зерен люминофора не превышает нескольких микрон.

Фокусирующая система улучшает качество изображения на экране и повышает разрешающую способность ночного прицела. Достигается это следующим образом.

Под действием инфракрасных лучей с площади фотокатода эмитируются широкие пучки электронов, проходящие под различными углами к оси симметрии преобразователя. Благодаря очень высокой разности потенциалов, приложенной между фотокатодом и экраном, электроны устремляются по направлению к экрану. В процессе движения электроны пучка дополнительно рассеиваются и создают нерезкое изображение на экране. Для устранения этого недостатка необходимо фокусировать электронные пучки.

Направление движения электронных пучков определяется характером изменения напряженности электрического поля или, в конечном счете величиной приложенной разности потенциалов и конструкцией электродов электронной фокусирующей системы, формирующей электрическое поле. Для построения электрической электронно-оптической системы, действующей на электроны аналогично действию оптической системы на световые лучи, необходимо, чтобы разность потенциалов в этой системе изменялась так же, как показатель преломления в оптической системе. Создать такую систему не представляет особого труда.

В преобразователях с электростатической фокусировкой, находящих в настоящее время наиболее широкое применение, для воздействия на пучки электронов и получения высококачественного электронно-оптического изображения применяются такие фокусирующие системы, электроды которых размещаются за пределами хода электронных лучей. На пути последних находится лишь созданное ими электростатическое поле с непрерывным и плавным изменением потенциала и напряженности. Электроды в сложных системах устанавливаются между фотокатодом и экраном так, что потенциал электродов равен потенциалу экрана или имеет промежуточное значение между потенциалами фотокатода и экрана. Электростатические поля делаются симметричными относительно оптической оси преобразователя, для чего формирующие их электроды берутся в виде тел вращения, например в виде круглых диафрагм, цилиндров, усеченных конусов и т. п. Эти поля сохраняют в процессе работы преобразователя постоянное, заранее отрегулированное значение, причем стабильность их параметров является необходимым условием для получения на экране изображения высокого качества.

В современных электронно-оптических преобразователях фокусирующая система наряду с фокусировкой электронных пучков оборачивает изображение на экране АВ по сравнению с положением изображения на фотокатоде АВ. Благодаря этому в оптической схеме ночного прицела не применяют дополнительных оборачивающих систем.

Электронно-оптический преобразователь в целом можно рассматривать как электронную линзу, которая преобразует невидимое изображение в видимое и оборачивает его.

Местность и находящиеся на ней предметы даже в самую темную ночь освещаются слабым рассеянным светом Солнца и звезд. Однако отраженные от них и падающие в глаза лучи настолько слабы, что в обычных условиях мы не в состоянии видеть их.

Для наблюдения за полем боя, отыскания и изучения целей, ведения огня прямой наводкой в темное время суток и созданы ночные прицелы.

Принципиальная схема ночного прицела (на рисунке 15) состоит из электронно-оптического прицела (визира) 11 и низковольтного 1 и высоковольтного 2 источников питания. При необходимости подсветки целей инфракрасными лучами в качестве искусственного источника излучения может быть использован инфракрасный прожектор.

Принципиальная схема ночного прицела

1--первичный (низковольтный) источник постоянного тока; 2 -- высоковольтный преобразователь; 3 -- лучи подсветки целей; 4 -- цель; 5 -- невидимые лучи, отраженные от цели или излучаемые целью; б -- объектив; 7 -- фотокатод; 8 -- фокусирующая система; 9 -- электронно-оптический преобразователь; 10 -- экран; 11--электронно-оптический прицел (визир); 12 -- окуляр

Основными конструктивными элементами электронно-оптического прицела являются корпус с элементами крепления прицела на орудии, телескопическая оптическая система, состоящая из объектива и окуляра, электронно-оптический преобразователь, коллимационная система для ввода изображения сетки в поле зрения прицела, механизмы углов прицеливания и выверки прицела по дальности и направлению стрельбы, механизмы защиты электронно-оптического преобразователя от засветки пламенем собственного выстрела, трассера снаряда и посторонним источником света, а также различные вспомогательные элементы.

Первичным источником постоянного тока низкого напряжения 1, используемого для питания прицела, служат аккумуляторные батареи. Первичное напряжение подается на вход высоковольтного источника 2, который преобразовывает его в высокое напряжение постоянного тока, создающее необходимую разность потенциалов на электродах электронно-оптического преобразователя, достигающую 18 кВ и более.

Работа электронно-оптического прицела заключается в следующем. Лучи 5 от объектов наблюдения 4 попадают на объектив 6 прибора, в результате чего на поверхности фотокатода 7 создается действительное, уменьшенное, перевернутое и невидимое для невооруженного глаза изображение этих объектов.

С участков поверхности фотокатода, на которые упали невидимые глазу лучи, выбиваются электроны. Поверхностная плотность электронного потока, т. е. количество электронов, выбиваемых с единицы площади изображения в единицу времени, пропорциональна распределению интенсивности падающего на фотокатод пучка лучей.

Под действием приложенной разности потенциалов электроны устремляются через отверстия в электродах фокусирующей системы 8 к экрану 10. При движении от фотокатода к экрану пучки электронов сохраняют распределение интенсивности в поперечном сечении, тем самым как бы перенося «электронное изображение» на экран, одновременно оборачивая его.

Под действием высокой разности потенциалов между фотокатодом и экраном электроны приобретают большую кинетическую энергию и, ударяя в экран, создают на нем яркое изображение наблюдаемого объекта. При этом распределение яркости свечения по площади экрана пропорционально распределению электронов в поперечном сечении электронного пучка, что обеспечивает получение на экране видимого изображения, подобного по форме и распределению яркости картине, созданной объективом па фотокатоде.

Изображение, полученное на экране, рассматривается в увеличенном виде с помощью окуляра 12. Особенностью изображения является его одноцветность, а также отличие яркостного контраста от реальной картины. Эта особенность может быть использована для демаскировки целей, но требует специальной тренировки наблюдателей.

Увеличение яркости изображения на экране позволяет наблюдать объекты при значительно меньших потоках лучистой энергии, падающей на фотокатод, и тем самым увеличивает дальность видимости ночных прицелов. Эффективным способом увеличения яркости изображения является последовательное каскадное соединение электронно-оптических преобразователей. Перспективным является применение многокамерных преобразователей с контактным соединением экрана предыдущей камеры с фотокатодом последующей путем нанесения их по обе стороны тонкой прозрачной пластинки. Это позволяет уменьшить потери световой энергии. При этом в первой камере устанавливают многощелочной фотокатод, а в последующих -- сурьмяно-цезиевые. Эмиссия электронов с последующего фотокатода более интенсивна, чем с предыдущего, поэтому свечение экрана каждой последующей камеры будет более ярким. Для получения прямого изображения объектов преобразователь должен иметь нечетное число камер, что влечет за собой увеличение длины преобразователя, а значит, габаритов и веса всего прицела.

Механизм углов прицеливания позволяет устанавливать угол прицеливания в соответствии с дальностью прямого выстрела. При этом сетка с нанесенными на ней дистанционными шкалами проектируется в поле зрения прицела либо располагается в поле зрения прицела и с помощью маховичка углов прицеливания может перемещаться в вертикальной плоскости. Простейший прицельный знак обычно наносится на экране преобразователя и перемещается путем покачивания самого преобразователя.

Механизмы выверки прицела по дальности и направлению служат для проверки нулевой линии прицеливания и по устройству и действию аналогичны подобным механизмам оптических прицелов прямой наводки.

Механизмы защиты фотокатода электронно-оптического преобразователя имеют разнообразную конструкцию и принцип действия и предохраняют фотокатод от попадания на него мощного светового потока.

Делись добром ;)