автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.07, диссертация на тему:Исследование и моделирование процессов, приводящих к изменению светотехнических параметров ЭОП при длительном хранении и эксплуатации

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ( ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ )

На правах рукописи

РАЧКОЗ Лнцррй Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ И ЗДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ, ПРИВОД®« К ШММШ СВт/Г-МПЕСШ ПАРАМЕТР ОН ЭОП ПРИ ДЯПТЕЛЪНМ ХРАНЕНИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность 05.09.07 - светотехника и источники свста

.АВТОРЕФЕРАТ

. Диссертации на соипгонив ученой степени канцичата технических наук

Москва - 199-1 " ^

фРоХЩ

Работа выполнена"в Научно-исследовательском институте Электронных приборов и на кафедре Светотехники Московского онергзтического института ( технического университета ).

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент •

Романов С.С.

Официальную оппоненты , - доктор технических наук,

профессор Басов О.Г.

- кандидат технических наук, ■ старший научнь'й сотрудник

. Волков В.Г.

Ведущая организация - 22 Центральна научно-исследовательс-

кий испнтательный институт 1/.0 РФ

Зашита состоится 1994 г. в /¿час.00 мин.

в аудитории Г"на яасецании Специализированного соьета Д 053.16.08 Московского йнергетического института, 105835, ГСП, Москва, Красноказарменная ул., ц. 14, Учений соеот КЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института.

Автореферат раяосляч

1994 г.

Ученый секретарь специализированного сонета £ 0Г>З.Т6.С8 ^ ■

кандидат т«сн«чрсктгх наук {'/ 0'А.к.Григорьев

а о'

У.

Актуальность роботы. Электронно-оптическкч преобразователи ( ЭОП ) испольэувтся в различных областях науки и техники для визуализации объектов наблюдения, н системах охранч, для скоростной и ночной фотографии. Наиболее широкое применение они получили в приборах ночного видения ( ПНВ ), которые я настоящей время преимущественно создаются для гражданского применения. Военная доктрина России предполагает дальнейшее соверзенствсва-ние специальной техники за счёт повыиения качественных показа- ' толей и надёжности приборов.

Эффективность использования современной техники в условиях ночной и плохой видимости, елочной обстановки зависит от своевременности и правильности принятия решения человеком-оператором. Это определяется психо-фиэическими способностями и степенью подготовленности оператора, надёжность*) прибора и степенью функциональных возможностей систем». Функциональнее возможности системы визуализации изображений ( СВИ ) определяются уровнем светотехнических параметров ЭОП и степенью их изменения в процессе хранения и эксплуатации. Опыт показывает, что отказ ПНВ при эксплуатации, как правило, приводит к катастрофическим последствиям.

Следовательно, определение процессов и причин, обусловливающих надёжность ЭОП и изменение их светотехнических параметров при хранении и эксплуатации, является актуальной пгоблс-мэй.'

В литературе отсутствуют данные по надёжности ЭОП I и 2 поколений и изменение их светотехнических параметров при длительном хранении и эксплуатации. К моменту написания настоящей работн не бкяо научно обоснованных моделей процессов, описывающих деградацию элементов и ЭОП в целом и влияющих на изменение их параметров, с якспериментадьньтм подтверждением полученных результатов на серийных изделиях. Существоваваие ранее методы ускоренных испытаний ЭОП на сохраняемость были неп^фсктивни, поскольку не учить-вали особенности их технологии и конструкции. Это не позволяло в кратчайшие сроки в процессе ВДОКР оценивать надёжность изнелий.

Представленные в литературе зависимости, евчзнвяюгзие характеристики СВИ с параметрами ЭОП, не учитывали изменение параметров изделий в процессе длительного хранения и гжеплуата-

ции. Это привело к тому, что был неизвестен функциональный запас существующих СВИ при хранении и эксплуатации.

Нормативно-техническая документация по надёжности ЭОЛ не учитывает особенности технологии и производства изделий I и 2 поколений. Это не позволяет эффективно использовать описанные в ней методы и рекомендации по повышению надёжности в серийном производстве ЭОП,

Цели работы:

1. Исследование и количественная оценка изменения светотехнических параметров ЭОП в процессе хранения и эксплуатации, определение причин и механизмов их изменения.

2. Разработка модели процессов, происходящих в ЭОП при хранении и эксплуатации.

3. Разработка и всесторонняя апробация методики ускоренных испытаний ЭОП на сохраняемость.

4. Оценка изменения характеристик системы визуализации изображения СВИ от степени изменения светотехнически параметров ЭОП в процессе хранения и эксплуатации.

5. Обоснование рекомендаций по повышению надёжности ЭОП в процессе хранения и эксплуатации.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты исследований изменения светотехнических параметров ЭОП и характеристик его элементов в процессе длительного хранения и эксплуатации в различных температурных и световых режимах.

2. Расчэтно-экспериментальная модель процессов старения, связывающая деградации многогцелочного фотокатода с изменением его параметров.

3. Методика ускоренных испытаний ЭОП на сохраняемость, позволившая сократить время испытаний более, чем в ТЗО раз. Методика внедрена в серийное производство ЭОП.

4. Результаты исследований зависимости вероятности опознавания объектов наблюдения СВЛ от изменения светотехнических парамзтроп ЭОП при хранении и эксплуатации, что позволило определить изменение дальности действия ПИВ.

5. Рекомендации по погашению надежности ЭОП в процессе

хранения и эксплуатации.

Научная ногизна:

1. Впервые получянч эксперимантаям«.>в зависимости изменения светотехнических параметров ЭОЛ I и 2 поколении в процессе хранения и эксплуатации в различных температурных и световых режимах.

2.Тавработана расчётио-эксперимснтальная модель, повво-лившая впервые в теории вакуумных фотовмиттеров евчзоть изменение светотехнических параметров ЭОЛ с ивмененнеи поверхностного состояния многоцелсшого ^отокатода серийно выпускаемых ЭОЛ в процессе хранения и эксплуатации.

3. Вперт« в практике вакуумных фотоэмиттеров разработана и внедрена методика ускоренных испытания ЗОН I и 2 поколения на сохраняемость, сократившая время испытаний более, чем в 130 раз, и на которую получено положительное решение о вняапе патента РФ.

4. Полуиенк акснеркментальнь-е зависимости пределы»-х характеристик СВ'Л от иякененич параметров ЭОЛ в промессе хранения и эксплуатации, KOTcpvc, на основании большого статистического материала, позволит мести поправочный коэффициент в уравнение дальности.

. 5. Рекомендован ориганальт.Ф уетод определения чистотч поверхности и годности деталей ЭСП на основе флуоресцентного анализа для их входного пооперационного контроля при сборке изделий.

б. Предложен метод выявления скрутнх проияводстяешме дефектов, прияодяоих к OT"asy ЭОЛ в процесс«» хранения и эксплуатации, оенованиь-'й на их ускоренном проявлении при воздействия ..ка ачдеяие перепада температур.

•'Т.-?кт»иеская ценность работы:

Г. Разработанная методика ускоренных испытаний Эй! I и 2 :поколений на сохраняемость внедрена на московском электроламповом заводе ( 1'ЭЛЗ ).

2. Разработанная установка определения характеристик СВ'Л на основе Т поколения использована на K'-.í-c.npo Светотехники МЭИ.

3. Полученные теоретические и экспериментальные результаты ислольоовпнн при разработке ЭОП и аппаратуру на их основе.

4. Полученные результаты вошли в материал научно-технических отчётоь плановых НИР, выполненных в НИИ Электронных приборов к кафедрой Светотехники МЭИ.

Апробация паботн. Основные результаты диссертации докладывались v, обсуждались на Международном семинаре " Светотехника - 92 " d Коскне ' 199? г. ).

Публикации. Основные научные поношения диссертации изложен« d 6 печатных трудах.

Структура диссертации. Работа состоит из введения, четырёх глаз, заключения ( в виде основных выводов по работе ), списка использованных источников и приложения ( Акты об использования результатов работы ). Содер^эт 128 страниц текста, 39 ' рисунков и одну таблицу, список использованных источников из ISS наименований.

КРАТКОЕ С0Д5РЙАНИЕ РАБОТЫ

Во препения показаны актуальность и значимость работы, сформулированы цели .и задачи исследования, приведены положения, вь'нссюл-'е ка защиту, а такте кратко излагается содержание работы.

Первая глага диссертации является литературным обзором, где сделан анализ литературных источников. В нзЯ описываются основное элементу современный уровень их конструкции и основных параметров. Проанализированы процессы, протекавшие в элементах ЭОЛ и влия'Сц/х на изменение светотехнических параметров изделий при хранении и яггеплуптлции. Сделан анализ влияния воздействующих факторов на состояние РОП и ускоренных методов испытаний на их основе. Представлен«* зависимости, связыв&яцис характеристики СВИ с параметрами их элементов и условиями нвЗлэденич. На основании анализа литературных, источников обосновываются задачи диссертационной работ«. '

Во второй главе списаны метода измерения светотехнических параметров ЭОП, контролируемых э процессе длительного хранен;!1?. Этими параметрами являются: чувствительности <*отокатода ( интегральная, с фильтром F.C-I7, спектральная на длине волны ( 850 им !

когчКЬициент преобразования, количество сцинтилляций и отношение сигнал-шум ( С/Ш ). Приведены погрешности измерений и структурные схемы измерительных установок.

Исследованию на длительное хранение подвергали серийно выпускаемое ЭОП I поколения ( трёхмодульные с волоконно-оптическим и пластинами ( ВОП )) и ЭОП 2 поколения ( с ВОП и микроканальной пластиной ( МКП )).

Впервые в практике вакуумных фотоэмиттеров показано влияние технологии и производства ЭОП на изменение их параметров в процессе длительного хранения. При исследовании изменения светотехнических параметров ЭОП было обнаружено, что в них при хранении могут протекать длительные во времени процессы, связанные с изменением физико-химических свойств материалов, входящих в изде-_ ли»; а также кратковременные, имеющие случайный'характер и зависящие от качества элементов конструкции и технологии для конкретных типов ЭОП.

Результат анализа отказов для 5000 ЭОП I и 2 поколений, серийно выпускаемых МЭЛЗ в течение 4 лет, представлен ка рис. I. Исследования показали, что отказы в основном ( 1,1 % ) происходят в течение первого года хранения и эксплуатации.

Р, х Ю-3

4

3

2

• Г.

О

0 1 3 5 7 9 II 13 15 *, мес. Рис. I. Распределение вероятности отказов ЭОП при длительном .хранении.

Причинами выхода ЭОП из строя являются такие скрытые про-изродстренные дефекты, как, например: выход из строя керамических конденсаторов вмсоковольттлс умногитолгй напряжения ( ВУН ) из-за рэстр<?скиранчя керамики, ухудшение впкууш вследствие потери герметичности корпуса вакуумного блока ( ВВ ) и рнутр^нних

^I - ЭОЛ I пок. '2 - ЭШ 2 пок.

/ 1/ 1

У / г<

газоотделений.

Исследования показали, что после первых 9 месяцев хранения кривая вероятности отказов входит в насмцение и отказ" распределены равномерно ( менее 0,01 % в год ), что обусловлено цлитель-нш процессами старения.

Впервуе получена экспериментальные репультатм изменения светотехнических параметров ЭОП I и 2 поколений в процессе длительного хранения. Представленнке на рис. 2 экспериментальные

цаннке, усреднённые для выборки из 5 ЭОП 2. поколения, показывают ухудшение спектральной ЧуВСТБИТеЛЬНОСТИ Фо-токатоца на длине волнк 650 км. При анализе полученных результатов обнаружено, что относительное изменение коэффициента преобразования и интегральной чувствительности ЭОП I и 2 поколений не преиизает относительной погрешности методов измерения.

В процессе хранения исследовались и иуиовге характеристики ЭОП. Полученное изменение количества сцинтилляций представлено на рис. 3 / I /. Возрастание данного параметра в среднем описнзается соотношением

0 I 2 3 4 5 год Рис. 2. Усреднённая зависимость спектральной чувствительности фо-токатоца ЭОП 2 поколения в процессе хранения.

(I)

где N - относительно-; изменение количества сцинтилляций я процессе длительного хранения; t - время хранения, год;

■6, П. - экспериментальные коа^ициентк, аависягаи" от типа ЭШ и условий хранения.

Анализ экспериментальных зависимостей показал, что для ЭОП 2 поколения коэффициент в равен 2, для I поколения & = 0,г:, и коэффициент Л = 2/3.

Впервые экспериментально показано, что изменение светотехнических параметров ЭОП при хранении в основном обусловлено процессами, протекавшими в ВБ ЭОП. Повь-пение количества сцинтилляция, ухудшение спектральной чувствительности мно-гоп;елочного фотокатода связано с увеличением давления остаточ-нь'х газов внутри ВБ ЭОП и изменение?.! их состава. На поверхности элементов и в объёме ВБ протекаю? химические реакции, изменяют,;;« химический баланс, остаточной газовой среды. В результата возрастают парциальное давления газов, активно взаимодействующих с поверхностью фотокатода.

В результате проведённого комплекса исследований влияния различных воздействующих факторов на изменения светотехнических параметров ЭОП и выявления, причин и механизмов, обусловливающих цактв изменения, получен большой статистический материал. Экспериментально установлена воздействующие факторь1 ( термоциклирово-ние, повышенная тедаература, радиация и повышенная влажность воздуха), приводящие к изменению параметров изделий.

Анализ отказов ЭОП I и 2 поколений после приемо-сдаточных испытаний, проводимь'х в серийном производстве на 1>'ЭЛЗ, покапал, что наиболее агрессивном воздействующим фактором является термо-циклирование. Зависимость количества отказов от количества термоциклов для выборки ЭОП, состоящей из более 2000 изделий, пред-ставп'чш. на рис. 4. Характерно, что распределение вероятности отказов для ЭОП I и 2 поколений практически одинаково.

Термоциклировшше приводит к выявлению скрстг« производственна дефектов, аналогично внявленнь*х при длительном хранении. Исследования показывают, что после 5 термоудвров вероятность отказа составляет порядка 0,01 %. Такое значение вероятности практически совпадает с вероятностью отказа ЭОП I и 2 поколений в

Рис. 3. Усреднённое зависимости относительного изменения количества сцинтилляций ЭОП 2 поколения ( I ) и I поколения ( 2 ) при хранении.

Р, х Ю-3

О

12 3 я^, цикл

Рис. 4. Распределение вероятности отказов ЭОЛ по циклам смен температур ( термоударов ).

процессе хранения при отсутствии у изделий скрытых производственных дефектов.

Исследовалось влияние повышенной температуры на изменение светотехнических параметров ЭОЛ. Обнаружено снижение спектральной чувствительности (Ьотокатода после 360 часов воздействия повышенной температуры +Г>0 °С. Относительное изменение коэффициента преобразования ЭОЛ не превыгаало относительной погрешности метода измерения.

Повышение количества сцинтилляций при воздействии температуры _+50 °С показано на рис. 5 и описывается соотношением ( I ). Анализ экспериментальных результатов показал, что показатель степени П. также равен 2/3; комитент -6 для ЭОЛ I поколения равен 0,01, для ЭОП 2 поколения % = 0,03.

Воздействие повышенной температуры приводит к необратима изменениям физико-химических свойств материалов 3ОП. Восстановление количества сцинтилляций после воядействил повышенной температуры +1С0 °С показано в работе / 2 /. После 3 месяцев хранения в нормальных климатических условиях в темноте шумодое характеристики ЭОП стабилизировались.. Остаточное количество сцантетляцнй укапывает на необратимее процесса, происшедшие в ВБ ЭОП / 2 /.

Исследование воздействия по-выяешой влажности на ЭОП показало, что. ЭОП являете« нэвкагостойиим прибором. При опщаеленньх условиях капилляр*« п ВЯЗ пропускают пары во-

отн.ед

60

Рис. 5. Зависимости изменения количества сцинтилляций ЭСП 2 поколения ( I ) и 1 поколения ( 2 ) при воздействия температуры +50 °С.

пь\ В месте взаимодействия паров воды с многог<?лочн<--и фэтотато-дом образуются темные пятна с низким кеснтояым выходом.

Радиация приводит к ускоренному изменению параметров ?СП. В результате исследований обнаружено, что воздействие радианта обусловливает образование новых механизмов отказов по сроеканач) с обнаруженными при хранении, что противоречит принципу форсированной нагрузки. Следовательно, применение данного воздействия в разрабатываемых методах ускоренных испытаний сСП на сохраняемость нецелесообразно.

В третьей главе представлена расчётно-зкспериментальная модель процессов старения многот;елочного фотокатода, "ного'дэ-лочной фотокатод находится в соприкосновении с газовой средой. Со временем поверхность Фотокатоца начинает заполняться молекулами газа и изменяются его поверхностное состояние и характеристики.

При хемосорбции адсорбированная молекула и решетка фотокгг-тода образуют единую квантовокеханичесхую систему, обменнго процессы которой влияют на поверхностное состояние полупрородкякз. При таком рассмотрении данного процесса хемосорбнроранкые частицы являются как бь» " примесями внедрённой в поверхность фотокатода. Они обрачуот структурные дефекты, норузет-ггле строго периодическое строение поверхности.

Теория хемосорбаии на поверхности полупроводника разработана в.Ф.Волькентгейном. Согласно теория» изложенной..в его работах, поверхность полупроводника яаряасаетея при наличии на ной хемосорбированнюе частиц. Слодствхам зарчдгл поверхности является возникновение в приповерхностном слое эаюгодавочкого фото катода объёмного заряда, по знаку противоположного яарчду поверхности и его компенсирующего. Результатом детого процесса является ис- . кривление энергетических зон гблпяа поверхности фотокатоца.

Данное изменение поверхностного состоя:-:::« нгюгоселочного Фотокатоца. приводит к изменения работи выхода. 3 работе / 3 / представлена полученная зависимость, евяаква'яадя йэнемзкге работы выхода с изменением спектральной чугстбпте."••нссти ^отокатода на длине волны 0,05 мкм

= (^-Ч) , при (2)

где - абсолютное изменение спектральной чувствительности

фотокатода относительно первоначального значения 5А для I -го измерении параметра.

Полученное расчётным путём количество адсорбируемых частиц на поверхности фотокатода составляет порядка монослоя. Площадь загрязнений при хранении и при воздействии повышенной температуры постепенно увеличивается, что приводит к изменения состояния поверхности и параметров фотокатода. Температура -<50 °С способствует ускоренной адсорбции остаточных гозов на поверхности фогокатода. Приведённые исследования показали, что процесс воздействии поименной температуры +50 °С аналогичен процессу естественного старания изделий.

Описанные процессы ведут к обеднению поьерхностного слон основными носителями и постепенному уменьшения изгиба поверхностных энергетических зон фотокатода. Это обусловливает увеличение {флективного сродства.

На основании экспериментальных исследований разработана методика ускоренных испытаний ЭОи 1 и 2 поколений на сохраняемость. Данная методика позволяет на стадии НИОКР и в серийном проиавоцстве проводить оценку надёжности изделий. Она удобна в использовании,- поскольку включает в себя климатические воздействия.

Приведённые в гл. 2 исследования показывает, что термоцик-лирование приводит к выявлению скрытых производственных дефектов, ил-яа которых происходит отказ ЭШ при хранении и яксплуа-тации. При анализе ркспериментальных данных установлено, что изменение характера воздействующего фактора ( скорости перепада температуры ) влияет на проявление и образование дефектов. В работе / 4 / предложена эмпирическая зависимость, связывающая количество термоциклов и условия воздействия, необходимые для выявления дефектов '

п , <з>

где ¿Г - средний перепад температур в процессе длительного хранения в пределах одного цикла;

"Ьц- продолжительность одного цикла при хранении ( 12 ч );

Tl1^- число циклов при хранении ЗОП;

йТ - перепад температур при термоциклировании;

t^ - продолжительность много цикла при термоциклировании.

Граничные температуры при ускоренных испытаниях не долгим выходить за пределы рабочих температур ЗОП. В противном случае отказы ЭОП могут происходить вследствие температурных рязрупрний, не предусмотренных конструкцией и технологией изготовления изделий.

Режимы термоииклироеания взяты из периодических испытаний ЭОП: ¿T = НО °С ( минус 60 °С - +50 °С ), процол*ител>-ность цикла - 4 часа. Количество термоциклов, рассчитанное по формуле ( 3 ), для ЭОП I и 2 поколений составляет 5 циклов, что хорошо согласуется с экспериментальными данными рис. 4.

Поведенная температура является основным воздействующим фактором, ускоряющим процесс старения материала. Как показали проведённые исследования, повэтенная температура +50 °С не, приводит к изменения механизма отказа и её можно использовать как форсированную нагрузку.

Экспериментально установлено, что относительное изменение количества сцинтилляций ЭОП при хранении и при воздействии температуры +50 °С описывается соотношением ( I ). Экстраполируя зкепериментальные данные, преходится относительное изменение количества сцинтилляций в течение срока сохраняемости. Используя полученное значение, из соотношения ( I ) определяется время воздействия повь-зенной температуры +50 °С. Для ЭОП I и 2 поколений время воздействия в среднем составляет 120 ч, что зквива-лентко 8 годам длительного хранения.

Экспериментально обнпружено, что ЭОП является невлагостойким прибором. При определённых условиях пары воды проникают через ВОР, внутрь изделия. В процессе хранения ЭОП, находящийся в упаковке, мокст подвергаться воздействию влаги. Результаты исследований показывают, что испытание ЭОП в течение 2 суток при температуре +40 °С и относительной влажности воздуха 98 % достаточно для проверки их влагостойкости. Испытанию на повылечнуэт влажность подвергается упаковка с ЭОП, где изделие случит анализатором.

Таким образом, методика ускоренных испытаний ЭОП на сохраняемость включает в себя: термоциклирование, воздействие повы-

шениой температуры +50 С, воздействие повмвенной влажности воздуха 98 % .при тешературе +40 °С в течение 2 суток.

Время испытаний ЭОП по указанной методике с учётом промежуточных и.чкрроняй параметров составляет 22 суток вместо 8 лет.

Б четвертой главе выработаны рекомендации по эксплуатации изделий в различных условиях, где определяется время и цикличность наработки. .Для определения зависимостей и причин изменения пара'птроа ПОП при Эксплуатации проведены исследования комплексного роздойетвия освещённости и температуры на состояние изделий в процессе наработки.'

С ."»той целью проведены испытания ЭС£1.1 поколения в различных температурных к световг-к режимах: в ННУ, при температурах +40 °С, +70 °С и освецённоотях на фотокатоде 10"^ и 10~3 лк. Анализ экспериментальных исследований приведен в работе / 5 /.

Для определения процессов и причин, обусловливающих полученные результаты, проведены исследования пяти ЭОП при эксплуатации в диапазоне темпера-

отн.ед

1.0 0..8

'

тур 20 0 - +70 С с шагом 10 °С. В каждом температурном цикле на фотокатоде создавалась освет"нность . Ю~3 лк, Ю~2 лк и

т

Iлк. В процессе испытаний измерялось напряжение на каждом модуле ЭОП, фототок первого модуля' и яркость экрана третьего модуля.

Экспериментально установлено, что напряжения на мод,глях, обеспечиваемые ВУН, остаются постоянными во всём диапазоне температур. Относительные изменения остальных указанных параметров ЭОП приведены на рис. 6.

Полученные результат*' позволяют объяснить изменение светотехнических параметров Э0Б при;комплексном воздействии на изделие освещённости и температурыПри температуре +40 °С наблтода-

0.6 0.4 0.2

20 30 ' 50 \ 70 Т, °С . I - I при освещённости 10""* лк;: 2,3 - и при освещённости 10"* лк, 10"^ и 10 лк.соответственно. . Рис. 6. Зависимости изменения фототока первого модуля ( I ) и яркости зкрана ЭОП ( £ ) от температуры.

ется наиболее напрякённмЧ режим эксплуатации ЭОП, обуслопленной совместным воздействием световой нагрузки и повышенной температуры. При дальнейшем повютении температуры происходит снижение коэффициента преобразования модулей из-за температурного уменьшения чувствительности фотокатода и светоотдачи экрр.нл. Таким образом, на третьем модуле ЭОП, имеюдам наиболее напряжённый режим эксплуатации, снижается световая нагрузка.

Это подтверждается проведёнными исследованиями, при которых произошел отказ третьего модуля ЭОП вследствие внутренних газоотделений при наработке при температуре -^40 °С.

Анализ результатов показывает, что изменение светотехнических параметров ЭОП в процессе эксплуатации обусловлено воздействием вннямих факторов на процессы деградации, протекание в элементах КБ изделия.

Изменение спектральной чувствительности фотокатода при эксплуатации определяется хемосорбг.шей газовых частиц на его поверхности и влиянием на этот процесс повышенной температуры. На указанное факторм накладывается воздействие внешнего электрического поля. В результате изменяется адсорбционная способность поверхности полупроводника и его поверхностное состояние. Пп соотношении ( 2 ) найдено изменение работы выхода многогаелочного фотокатода при эксплуатации ЭОП в различных световых и температурных режимах / 3 /.

Экспериментально установлено, что при эксплуатации ЭОП происходит снижение светоотдачи экрана и смешение спектра излучения люминофора под действием температуры в длинноволновую часть спектра. Данное тушение люминесценции экрана ЭОП обусловлено по-вктением обмена энергией мелду центрами свечения и воздействием на них.атмосферы остаточных газов / 6 /.

В результате проведённых исследований определено время наработки в различных температурных и световых регимях.

Изменение светотехнических параметров ЭОП в процессе хранения и эксплуатации влияет на функциональные возможности СВИ. Приборы наблюдения настроены ка " бесконечность ". В этом случае спад светотехнических, параметров изделий пси хранении и экспяуэг тацяи вызывает-изменение дальности действия ГНЗ. Лля оненгл влияния изменения параметров ЭОП но дальность действия ПКВ про«еде-.

ны.исследования вероятностных характеристик аппаратуры на основе ЭОЛ I поколения.

'Исследовательская установка позволяла создавать различнее условия наблюдения, изменяя значения освещённости и контраста тест-объсктов. Оптическая схема установки била собрана таким образом, чтобы наблюдение тест-объекта велось при соблюдении условия " бесконечности Задача наблюдателей состояла в определении направления движения тест-объекта, выполненного в виде транспортного средства. Наблюдение нгоднократно осуществлялось при помочи десяти ЭОП имеющих различите светотехнические параметр».

Анализ полученных статистических данных показал, что необходимо ввести поправочный. коМфициент К , яависяяиЯ от отношения С/Ш ЭОП, в уравнение дальности. С учётом поправки уравнение имеет следующий вид

и»ел Л/ 'У о*

( 4 )

где - дальность действия ГШ, м;

^ .' — фокусное расстояние объектива, мм;

Ы - минимея-ннй размер объекта,

Ап»- р«према«С8я способность • ГОВ,' п.-. л./мм;

количество Элементов.-изобрствни« объекта, п.л.

При ятом не учитывается состояние -атмосферы и считается, что зрительная анализатор работает в оптимально.услов;<!Х.

К а равнн значениям вероятности опознавания объектов. Установлен диястпои оэтг<гая»н«,я С/&- ('.20 30, отн.ед. .), в пр.ецп-лах которого..п^Ьисхо.Нйт-ш'менчнле вероятности опознавания. Анализ статистических .^нччх показал, что Ьгио^нт 'С/В серхУно выпускаемых оточестветпос ЗШ • 2. поколения не прев'мает .40 -отн.. ед. Следовательно, получение»- лиятгазои представляет интерес для ГН8-не основе- ЭОП 2 .и' 2/••поколений,. •пос^оя'.-ку. изменение. параметров »тих изделий при хранении й екепауатацин мэтот-привести к- отлич-н><м от расчётных хпрактерхотик.г.м «рийоров наблюдения. . ..

В процессе изготовст.низ-оОЯ-■■ детали ,ВБ проходят технологическую обработку, в хг-до ко;орей- их поверхности/ .очи,",а,отся-от загрязнений, в том числе и ергччнкч^елгйх!;'. Однакос}десгвурт •'.■вероятность

того, что при сборке ВБ в него попадут детали, имеющие незначительные органические загрязнения, в том числе плёнки смазочных веществ и пото-^ировые выделения косного покрова незащищённых перчатками рук человека. Данные микроскопические органические-плёнки могут нарушить газовый баланс внутри ББ ЭОП, В результате в среде остаточных газов при хранении и рксплуатаиии ЭОП образуется компоненты, активно взаимодействугпие с поверхностью фотокатода, что, как показано ранее, приводит к изменению параметров ЭОП.

Наиболее наглядными и простыми методами выявления органических плёнок на поверхности являются те, которые используют оптические средства контроля чистоты поверхности."

Проанализированы спектры поглощения и.испускания веществ, входящих в возможные органические загрязнения. Проведённые исследования показывают преимущество флуоресцентного анализа чистотн поверхности над ИК-спектроскопией. Установлено, что под действием УФ облучения органические загрязнения флуоресцируют.

Разработанный метод контроля чистоты поверхностей деталей ВБ основан на флуоресценции органических плёнок под действием УФ или видимого излучения. Этот метод нагляден и прост, имеется большой выбор источников и приёмников излучения.

Детали ВБ ЭОП имеют сложную форму. Пленка органических загрязнений мокет находиться в любом месте её поверхности. В разработанной установке контроля чистоты поверхности используется Фотометрический пар для равномерного освегюния поверхности детали.

На разработанной установке проведены исследования по обнаружении органической плёнки витамина В^, входящего в состав по-то-чировых выделений, нанесённого на бумажную и металлическую подложки. В результате зафиксирована интенсивная флуоресценция органической плёнки.

Данный метод рекоменцуется для пооперационного контроля чистоты поверхности деталей ВВ ЭОП при сборке изделий в серийном производстве.

ОСНОВНОЕ ВЧВОДУ ПО РАБОТЕ:

1. Впервые получены данные по изменении светотехнических параметров ЭС{1 I и 2 поколений при длительном хранении и эксплуатации в различных енотовых и температурных режимах и сделана их оценка. Проведённые исследсчания показали, что ухудшение светотехнических параметров ЭОП в основном обусловлено процессами, ■ протекавшим;: в ВБ изделий.

2. Исследования комплексного воздействия повышенной температуры и ссвещэнности при наработке ЗОН с многощелочным Фотокатодом показали, что измешэние коя^фициента, преобразования изделия обусловлено в основном температурными изменениями чувствительности Фотокатода и, в меньшей степени, снижением светоотдачи катоцоиоминесцентного окрача. Полученные результаты можно использовать для прогноз[фования изменения параметров ЭОЛ 2 и 2+ поколений при эксплуатации в аналогичных условиях.

3. Разработана расчётно-экспериментальная модель, связывающая процессы старения и изменение параметров ЭОП. Модель позволяет определять характеристики многослойного Фотокатода по изменении его спектральной чувствительности при хранении и эксплуатации ЭОП, что является принципиально новым в теории вакуумных фотозмиттеров.

4. В результате экспериментальных исследований впервые разработана методика ускоренных испытаний ЭОП I и 2 поколений на сохраняемость. При анализе статистических данных обнаружено, что в пропессе хранения изменение параметров ЭОП обусловлено кратковременными и длительно протекающими процессами. Кратковременные процессы связаны со скрытыми производственными дефектами, которые приводят к отказу изделий в течение первого года хранения.

. Длительно протекающие процессы обусловлены естественным старением ЭОП. Разработанная методика позволяет выявлять скрытые производственные дефекты, не приводит к образованию новых механизмов отказов и ускоряет процессы старения ЭОП. Данная методика сократила время испытаний ЭОП на сохраняемость более, чем в ГЗО раз. Методика ускоренных испытаний ЭОП на сохраняемость использована на МЭЛЗ в серийном производстве ЭОП.

5. В результате проведённых исследований влияния ухудшения

параметров ЗОГ! при хранении и эксплуатации на вероятность опознавания объектов ЛНВ получен болъкой массив пкспериментапмп-чс данных. fix анализ позволил определить зависимость изм-нення дальности обнаружения приборов МЕ.блчдения от величин» отиоаения С/Ш ЭОП и ввести'поправочный ксг^фипиент в уравнение дальности.

6. Анализ технологического процесса сборки СОТ! показал, что в.изделие"могут попасть детали,, иметеаие незначительные органические загрязнения. Данные плёнки повлияют на изменение параметров ЭОП в процессе длительного хранения и' оксплуатаг.ии. В ходе литературных и экспериментальных исследований определён состав возможных органических загрязнений поверхности внутренних деталей ВБ ЭОП. На основе Флуоресцентного анализа свечения органических загрязнений рвяработеяа установка определения чистоты поверхности деталей ВБ. С помот.ью разработанной установки удалось зарегистрировать Флуоресценцию органических плёнок. Кетод рекомендуется для входного поопереционного контроля при сборке ЭОП.

7. Разработаны ре:?смпкцаииа по использованию внеяних воа-.яействуаяих Факторов в периодических испытаниях ЭОП. Рекомендации заключаются в применении•термоииклированяя для выявления скриткх производственных дефектов изделий на стадии производства. Воздействие 5 термоциклов с перепадом температур ПО °С и продолжительность« цикла 4 часа приведёт к параметрическому или полному отказу ЭОП со скрктмки произвоцегведаши прЫкттм. Для стабилизации и улучшения параметров ВБ ЭОП рекомендуется использовать наработку изделий при совместном воздействии повшенной температуры +70 °С и освещённости на фотокатоде порядка 10"^ лк в течение 50 часов. •' ...... '

Основное содержание диссертации изложено в следутнщх работах:

1. Рачков A.B., Соколов Д.С., Романов С.С. Измерение светотехнических параметров ЭОП в процессе эксплуатации и хранения // Светотехника-92. Тезисы докладов / 1'ечдународный семинар, Москва, янкарь" I9S2 г.- М., 159?..- С.129.

2. рачков A.B.; Соколов Д.С., Романов С.С. Исследование изменения светотехнических параметров ЭОП при воздействии различных inкторов' // Сл<\тотехника-92. Тезисы докладов / Кг"*яунпроянкЯ со-'мг.нпр,. Кйсив?, янрпрь Т992 г.- М., 1992,- С Л 30-13").

3. Петров А.Э., Рачков A.B., Романов С.С., Соколов Д.С. Температурное изменение поверхностного состояния многощелочного фотокатода в процессе эксплуатации ЭШ // Сб. науч. трудов Смоленского филиала МЭИ.- Смоленск, 1993.- № Б.- C.I54-I56.

4. Способ ускоренных испытаний электронно-оптического upe- • образователи / Д.С.Соколов, А.В.Рачков.- Положительное решение

о выдаче патента И- по заявке !* 5018099/21 от 23.12.1991 г.

5.' Рачков A.B., Романов С.С., Хохорин A.C. Определение ¡ коэффициента пересчёта времени испытаний электронно-оптического преобразователя // Вопросы оборонной техники. Сер. II.- 1993.-: ныл Л (136) - 2 (137).- С.41-43. i

6. Рачков A.B., Соколов Д.С. Температурные изменения параметров электронно-оптического преобразователя // ПТЭ.- 1993.* 4.- С.167-168.

у;;.:,, кю .-.„>„

In ¡.|Гр;|фп» М.ЧЦ. Кр.Чаиммгжмт. ¡'а.''