автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Сканирующие устройства тепловизоров второго поколения

На правах, рукописи

Насибуллин Рустем Анасович

СКАНИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ТЕПЛОВИЗОРОВ ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ

Специальность 05.11.07 — "Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидат технических наук

Санкт Петербург - 2006

<

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики и в закрытом акционерном обществе "Научно-производственная фирма "Оптоойл", г. Казань.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Панков Эрнст Дмитриевич Научный консультант:

доктор технических наук Алеев Рафиль Мухтарович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Смирнов Всеволод Дмитриевич;

кандидат технических наук, доцент Чиков Константин Никитович;

Ведущая организация: Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "НПО "Орион".

Защита состоится -К- 2006 г. в 17.00 часов

на заседании диссертационного совета Д.212.227.01 Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики по адресу: 197101, г. Санкт-Петербург, пер. Гривцова, д. 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "¿4" 2006 г.

Ваши отзывы на автореферат направлять по адресу: 197101 г. Санкт Петербург, Кронверкский пр., 49.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

Красавцев В.М.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы

Тепловизионные приборы (ТВП) отличаются большим многообразием схем и технических решений визуализации теплового излучения и формирования теп-ловизионного изображения, а уровень совершенства и значения основных параметров фотоприСмных устройств определяют существующий сегодня принцип деления ТВП на соответствующие поколения.

В тепловизорах 1-го поколения используются линейчатые фотоприёмные устройства, содержащие от одного до нескольких чувствительных элементов (ЧЭ) требующих весьма глубокого охлаждения.

ТВП 2-го поколения, используют более длинные приёмные линейки. Развитие микрофотоэлектроники позволило довести количество ЧЭ располагаемых на одной подложке фотоприёмного устройства (ФПУ) до нескольких сотен, что позволяет сформировать тепловизионное изображение сканированием по одной координате. Кроме того, наличие нескольких рядов ЧЭ (субматричность) позволяет реализовывать режим временной задержки и накопления (ВЗН), что приводит к существенному улучшению параметров эффективности ТВП, например, таких как минимально обнаруживаемая и разрешаемая разность температур, дальность обнаружения.

При проектировании тепловизоров 2-го поколения одной из основных проблем является формирование механической развёртки с высокой равномерностью скорости движения изображения в плоскости ЧЭ субматричного фотоприёмного устройства (СФПУ). Такую механическую развёртку должно обеспечивать электромеханическое устройство сканирования. Несмотря на то что работы по созданию устройств сканирования в России ведутся уже несколько лет, до сих пор не получены удовлетворительные во всех отношениях результаты.

Устройство сканирования, состоящее из блока управления сканером и самого сканера должно удовлетворять множеству требований предъявляемых теплови-зионной камерой. Одним из главных требований, является обеспечение высокой равномерности угловой скорости ограниченного по углу вращения сканирующего зеркала (СЗ).

Известно множество сканирующих устройств непрерывного вращения в ТВП 1-го поколения, однако практически все они имеют малое КПД сканирования, либо значительное виньетирование, либо большие габариты. То есть, классические сканирующие устройства непрерывного вращения имеют, существенные недостатки, и уже не могут обеспечить высоких требований, соответствующих тепловизионным приборам 2-го поколения. Единственной альтернативой, позволяющей достичь максимальных параметров эффективности тепловизионных приборов 2-го поколения является использование в качестве устройства развёртки сканера с ограниченным по углу вращением на рабочем участке и быстрым возвратом в исходное положение. В этом случае сканер реализует колебательное движение СЗ в ограниченном угле с частотой десятки и сотни герц, и изображение формируется на рабочем участке с высокой равномерностью скорости поворота СЗ. Возможны два варианта законов сканирования, при котором формируются участки с высокой равномерностью скорости поворота СЗ, это двунаправ-

ленный и однонаправленный законы сканирования. Причём, у двунаправленного закона сканирования, за период колебания СЗ формируется два рабочих участка с высокой равномерностью скорости поворота СЗ, а у однонаправленного закона сканирования один. Поэтому, частота колебания СЗ при однонаправленном законе сканирования должна быть в 2 раза выше, чем при двунаправленном и он должен иметь более высокую динамику.

До недавнего времени задача колебания СЗ с высокой частотой и амплитудой от единиц до нескольких десятков градусов оставалась недостижимой, не говоря уже о формировании при этом рабочего участка с высокой равномерностью скорости поворота СЗ. На момент выполнения диссертационных исследований, существующие сканирующие устройства были далеки от удовлетворения всем требованиям, предъявляемым к ним тепловизионным прибором 2-го поколения. Поэтому задача разработки и исследования сканирующих устройств ограниченного вращения для тепловизоров 2-го поколения обеспечивающих максимальную эффективность режима ВЗН, а значит и максимальную эффективность ТВП 2-го поколения является актуальной.

На сегодняшний день, в России, вопросами создания сканеров различного назначения занимаются несколько организаций. И только три предприятия, ведущие работы по разработке и изготовлению сканеров для ТВП 2-го поколения, достигли некоторых практических результатов,

Бердское КБ «Вега» разработало сканирующие устройства на базе момент-ных двигателей с вращающейся рамкой. Сканеры, изготовленные в Бердске, используются для реализации низкодинамичного двунаправленного закона сканирования.

ФГУП НПО ГИИО, лидер тепловидения в России, также разрабатывает сканеры ограниченного вращения на базе двигателя с мостовой магнитной схемой. Этот тип двигателя так же не отличается высокой динамикой движения, и используется для реализации двунаправленного закона сканирования при формировании тепловизионного изображения.

В ЗАО «НПФ «ОПТООИЛ» при участии автора диссертации спроектированы и изготовлены сканеры с однонаправленным законом сканирования, отличающиеся высокой динамикой. Сканеры выполнены на базе моментного двигателя с гладким статором и ротором-магнитом. Такая конструкция позволяет формировать как однонаправленный, так и двунаправленный закон сканирования и соответствующие им режимы ВЗН.

Цель работы

Целью данной работы является исследование, разработка и создание высокодинамичного сканирующего устройства ТВП 2-го поколения.

Задачи исследования

1. Анализ и выявление параметров движения СЗ в ограниченном угле влияющих на формируемое тепловизионное изображение.

2. Разработка математической модели высокодинамичного сканирующего устройства. Исследование и оценка параметров эффективности ТВП 2-го

поколения в зависимости от погрешности реализации закона сканирования.

3. Сравнение однонаправленного и двунаправленного законов сканирования при реализации режима ВЗН.

4. Анализ конструкции макета сканирующего устройства ограниченного вращения, разработка рекомендаций для конструирования экспериментального образца.

5. Создание экспериментального образца сканирующего устройства и разработка методики измерения характеристик сканера и параметров сканирующего движения.

6. Разработка методики и программ расчёта габаритов сканера и закона управления сканером оптимального с позиций энергопотребления и быстродействия. Разработка методики и программ оценки влияния характеристик сканера и качества сканирования на эффективность тепловизоров 2-го поколения.

Научная новизна работы

1. Разработана математическая модель сканирующего устройства ТВГТ 2-го поколения и параметров движения СЗ.

2. Разработана методика оценки влияния параметров сканирующего движения зеркала на основные параметры эффективности ТВП.

3. Предложено и исследовано три варианта реализации режима ВЗН.

4. Проведено сравнение степени влияния однонаправленного и двунаправленного законов сканирования на формируемое изображение,

5. Предложен и запатентован способ уменьшения люфта ротора сканера, что позволяет улучшить показатели эффективности тепловизора.

Методы исследования

Для анализа влияния параметров движения СЗ на характеристики формируемого изображения использовался математический аппарат теории линейной фильтрации. Расчёт закона управления сканером, который был представлен линейной математической моделью, производился с использованием дифференциального исчисления и элементов элементарной алгебры.

Практическая ценность

1. Разработаны методики и алгоритмы расчёта габаритов сканера, оптимального закона управления сканером, оценки параметров эффективности тепловизора в зависимости от характеристик сканера и параметров движения сканирующего зеркала. Создан пакет программ реализующих эти алгоритмы.

2. Сформулированы требования к конструкции сканирующего устройства и системе управления для применения в составе ТВП 2-го поколения.

3. .Разработан и изготовлен экспериментальный образец сканирующего устройства. Сканирующее устройство испытано и эксплуатируется в составе опытного образца тепловизора.

4. Разработаны методики измерения характеристик сканера, параметров движения сканирующего зеркала и проведены измерения.

5. Результаты диссертационной работы могут быть использованы при проектировании сканирующих устройств, анализе влияния характеристик сканера на параметры эффективности ТВП 2-го поколения.

. Защищаемые положения

1. Требуемая динамика колебаний СЗ для реализации однонаправленного закона сканирования обеспечивается сканером на базе моментного двигателя с гладким статором, оптического инкрементального датчика углового положения, радиально действующего прижима ротора и комбинированной системой управления сканером.

2. Расчёт габаритов сканера и программного управляющего напряжения сканера обеспечивается с высокой точностью на основе разработанной методики расчета и реализованной в виде пакета прикладных программ.

3. Адекватность математической модели сканирующего устройства экспериментальному образцу, что позволяет рассчитывать и прогнозировать с малой погрешностью ожидаемую эффективность реализации режима ВЗН и параметров эффективности ТВП 2-го поколения на этапе конструирования тепловизоров.

4. При однонаправленном режиме сканирования влияние погрешности характеристик сканера и параметров движения СЗ на параметры эффективности тепловизоров значительно меньше, чем при двунаправленном сканировании, поэтому при выборе направления разработки сканирующего ТВП 2-го поколения предпочтительнее использовать однонаправленный режим сканирования.

Апробация работы

Результаты работы докладывались на конференциях и симпозиумах: • Лазеры дня медицины, биологии и экологии. -СПб: СПбГПУ, 2005

- XXXIV научная и учебно-методическая конференция СПбГУИТМО, 2005.

- XIX международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения. ГНЦ РФ ФГУП НПО «ОРИОН», 2006.

- Сканирующее устройство ограниченного вращения в составе тепловизора испытано » используется в ФГУП НПО «ОРИОН». Сканер обеспечивает получение устойчивого изображения с удовлетворительным качеством.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 8 работ: 2 статьи, получен патент на изобретение, 5 тезисов докладов по материалам конференции.

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы, изложена на 157 страницах, содержит 36 иллюстраций и две таблицы. Библиография включает 53 наименования.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы её цель и основные задачи, приведены выносимые на защиту научные положения.

В первой главе описаны различные сканирующие устройства тепловизоров первого и второго поколений. Проведён анализ вариантов сканирования, показаны их достоинства и недостатки. Описаны сканирующие устройства ограниченного вращения различных фирм производителей и особенности их функционирования, проведёно их сравнение.

Во второй главе представлены основные параметры сканирующего движения ротора сканера. Выявлены возмущения формируемые сканером и влияющие на процесс формирования изображения. Показано что характеристики сканера и отклонения параметров движения СЗ от номинальных значений, можно привести к двум интегральным характеристикам сканера: повторяемости закона сканирования и неравномерности (линейности) скорости движения СЗ.

Проведена оценка влияния параметров сканирующего движения на показатели эффективности тепловизора. При этом учитывается вариант синхронизации работы сканера и СФПУ. Предложено к рассмотрению 3 варианта синхронизации.

1-ый вариант.

Момент начала интегрирования фототока ЧЭ в СФПУ задаётся синхроимпульсами с датчика углового положения (ДУП) сканирующего устройства представляющего собой инкрементальный энкодер. Период интегрирования фототока равен периоду следования синхроимпульсов. Таким образом, осуществляется привязка моментов выборки сигналов в СФПУ к угловому положению СЗ.

2-ой вариант.

Момент начала интегрирования фототока задаётся синхроимпульсами с датчика углового положения сканирующего устройства. ДУП, как и в первом случае представляет собой инкрементальный энкодер. Однако период времени интегрирования фототока задаётся всегда постоянным (не зависит от периода следования синхроимпульсов).

3-ий вариант.

Момент начала интегрирования фототока задаётся синхроимпульсами, следующими с постоянной частотой (например, с генератора тактовых импульсов). Соответственно период интегрирования фототока т всегда постоянный и не зависит от величины неравномерности скорости сканирования.

Показано что при одних и тех же параметрах движения СЗ параметры эффективности ТВП существенно зависят от варианта выборки СФПУ.

Характеристики сканера и параметры движения СЗ представлены через функцию передачи модуляции (ФПМ) СФПУ и ФПМ сканера (см. таблицу).

Таблица

Вариант синхронизации выборки сигналов ФПМ сканера ФПМ СФПУ Период интегрирования фототока СФПУ

1-ый вариант Синхронизация выборок в СФПУ синхроимпульсами с ДУП сканера. г0(ь>) * const, t(v) * const МЛ)- sa( ж • /г • v • г0 (и» • sdjt -fx-а) о

2-ой вариант Синхронизация выборок в СФПУ синхроимпульсами с ДУП сканера при обеспечении постоянного времени интегрирования фототока г0 =const, т* const risAv,fx)= sa(x • fx ■ о- r0 ) • sdjr - fx ■ a)

3-ни вариант Выборка сигналов в СФПУ через постоянные промежутки времени и постоянном времени интегрирования фототока т0 =const ,т = const ГгЛ/,) = g-aKi'^k/.)1 Z(°>f*)' v. Л)) (-0 где: г^Ди,/,)^ Mf "Л V а) i-a IT0--, Го /о 4Н

В таблице: /х- пространственная частота; \р{1р)> 0"2р(/я), аъсреднеквадратичное значение ошибки формирования синхроимпульсов для каждого из трёх вариантов синхронизации выборок сигналов в СФПУ; о - скорость движения изображения в плоскости ЧЭ СФПУ (скорость сканирования); о0 - номинальное

значение скорости сканирования; г0(ь>) - функция изменения времени Интегрирования фототока в зависимости от скорости сканирования; г0 -.номинальное значение времени интегрирования; г - период следования синхроимпульсов с датчика углового положения; а - размер ЧЭ вдоль направления сканирования; п - количество ЧЭ по которым реализуется режим ВЗН; I - номер ЧЭ. .

Предложена методика учёта характеристик сканера и параметров движения СЗ при расчёте параметров эффективности ТВП. Анализ влияния характеристик сканера на параметры эффективности ТВП показал:

1. В первом варианте синхронизации (т0(о) # const), отклонение скорости сканирования изображения от номинального значения в большую сторону приводит ухудшению минимально разрешаемой разности температур (МРРТ), а отклонение скорости в меньшую сторону приводит к улучшению МРРТ.

2. Во втором варианте синхронизации (г * const, г0 = const) также как и первом, отклонение скорости сканирования изображения от поминального значения в большую сторону приводит к ухудшению МРРТ, а отклонение скорости в меньшую сторону приводит к улучшению МРРТ. Однако изменение характеристики МРРТ в отличие от первого варианта синхронизации пренебрежимо мало.

3. Для третьего варианта синхронизации (т = т0= const), без пространственной привязки моментов выборки сигнала СФПУ, отклонение скорости в любую сторону приводит только к ухудшению МРРТ ТВП.

Проведён анализ различных составляющих движении СЗ и предложена методика приведения этих составляющих к повторяемости закона сканирования и неравномерности скорости поворота СЗ для последующего расчета параметров эффективности ТВП. Исследовано и проведено сравнение степени влияния параметров движения СЗ при однонаправленном и двунаправленном законе сканирования (см. рис. 2.1) на формируемое тепловизионне изображение.

, а

2 ^^ t

& t

Рис.2.1. I-двунаправленный закон сканирования и 2-однонаправленный

закон сканирования

I,*

В третьей главе представлена методика расчёта сканирующего устройства. Проведён анализ различных вариантов сканеров. Определён необходимый состав функциональных узлов сканера тепловизоров 2-го поколения. Анализ показал, что; сканер, используемый в ТВП должен иметь следующие узлы: моментный двигатель (МД) который представляет собой двигатель с гладким статором и ротором-магнитом рис. 3.1;

Рис. 3.1. Двигатель гладким статором и ротором-магнитом (поперечное сечение) 1- статор, 2-ротор-магнит, 3- обмотка управления.

датчик углового положения (ДУП) должен представлять собой оптический инкрементальный энкодер;

датчик угловой скорости (ДУС) представляющий собой магнитоэлектрический преобразователь с гладким статором и ротором-магнитом. Конструкция ДУС аналогична МД.

На рис. 3.2. показано расположение функциональных узлов: 1- статор МД, 2 - обмотка управления МД, 3- ротор-магнит МД, 4- СЗ, 5- ДУП, 6-ротор-магнит ДУС.

Рис. 3.2. Сканирующее устройство

Проведён анализ конструкции сканера в статике и динамике. В частности проведён анализ величины погрешности обусловленной люфтом, крутильными и поперечными, колебаниями ротора сканера в подшипниках. Исходя из проведённого анализа, сформулированы требования к конструкции для обеспечения функциональной устойчивости сканера с позиций использования его в ТВП при воздействии внешних факторов.

Сформулированы требования к системе автоматического управления (САУ) сканером. Предложена структурная схема системы управления сканером обеспечивающая максимальное быстродействие и высокую точность (см. рис. 3.3).

Рис. 3.3. Структурная схема САУ МД

Напряжение, выдаваемое на обмотку управления МД, определяется выражением:

и = кум « - кта> - + £ду {а° - а)), где; кум - коэффициент усиления усилителя мощности,

К ~ тЧ (Г + кДгУ° + (С + ¿дус)^ +1>~ ]

УМ

г — активное сопротивление обмотки МД,

Ь - индуктивность обмотки МД,

/<>, а>0у Оо~ ток в обмотке управления (ОУ), скорость вращения и угол поворота СЗ, соответствующие оптимальной программе,

I, со, а- фактические значения тока ОУ, скорости вращения и угла поворота

СЗ

кдус — коэффициент передачи сигнала датчика угловой скорости вращения,

Аду- коэффициент передачи сигнала датчика углового положения,

кдг~ коэффициент передачи сигнала датчика тока.

Проведён анализ устойчивости системы сканирования. Предложен закон управления, обеспечивающий требуемую динамику, минимизацию потребляемой энергии сканером и КПД сканирования не менее 75% (см. рис. 3.4).

Рис. 3.4. Графики изменения во времени угла поворота- a(t), скорости вращения- o>(t), и напряжения управления- u(t)

В четвертой главе представлена методика измерения характеристик сканера. Показаны способы определения характеристик сканера необходимых для расчёта закона управления, показан принцип определения погрешности закона движения СЗ (см. рис.4.1) и точности формирования синхроимпульсов ДУП.

Рис.4 Л. Схема измерения равномерности угловой скорости вращения сканирующего зеркала

В этой же главе представлен пример расчёта оценки влияния параметров движения СЗ на разность температур эквивалентной шуму и МРРТ тепловизора. Проведено сравнение результатов расчёта и экспериментально полученных дан-пых.

Пример изображения полученного с помощью одного из образцов спроектированных и изготовленных сканеров показан на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Изображение, полученное тепловизором 2-го поколения.

Основные результаты н выводы:

1. Неравномерность скорости сканирования в двунаправленном варианте сканирования приводит к смещению строк в полукадрах изображения, двоению мелких деталей в изображении. Поэтому, для получения одинаковых параметров эффективности ТВП однонаправленным и двунаправленным сканированием, требования к параметрам движения сканирующего зеркала при двунаправленном сканировании выше, чем в варианте с однонаправленным сканированием.

2. Предложенный способ уменьшения люфта ротора сканера эффективно уменьшает люфт, при этом искажения в формируемом изображении обусловленные люфтом пренебрежимо малы. Одновременно предложенный способ уменьшения люфта обеспечивает больший срок службы подшипников, чем другие способы, в основе которых используется распор подшипников вдоль оси.

3. На достигнутом уровне развития сканирующих устройств и качества сканирования наиболее существенное влияние на качество изображения оказывают такие параметры движения СЗ как неравномерность сканирующего движения. Меньшее влияние оказывает повторяемость закона сканирования, в частности такая составляющая как неточность формирования синхроимпульсов с ДУП обусловленная наличием люфта в подшипниках.

4. Чтобы минимизировать влияние неравномерности скорости сканирования на эффективность режима ВЗН, и обеспечить равномерность значений параметров эффективности ТВП вдоль направления сканирования, необходимо pea-

лизовать 2-ой вариант синхронизации работы сканера и СФПУ, а именно выборка сигналов в СФПУ должна происходить по синхроимпульсам с датчика углового положения при этом время накопления фототока ЧЭ задаётся постоянным.

5. Наиболее простым в практической реализации является третий вариант синхронизации работы сканера и СФПУ. В этом варианте выборка сигналов происходит через постоянные промежутки времени и не зависит от скорости сканирования. Однако в этом варианте отклонение скорости сканирования от номинальной величины приводит к искажению пропорций деталей в изображении вдоль направления сканирования и к ухудшению эффективности реализации режима ВЗН, а значит и эффективности ТВП.

6. В силу высокой динамики движения ротора сканера обеспечение высокой линейности скорости сканирования на рабочем участке является наиболее актуальной задачей. Поэтому необходим поиск алгоритмов управления обеспечивающих высокую точность и стабильность работы сканера при воздействии внешних возмущающих факторов.

СПИСОК РАБОТ ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Патент №2269148 РФ МПК G02B 26/10. Способ прижима ротора сканирующего устройства. / Алеев P.M., Насибуллин P.A. (РФ).- № 2269148; Заявлено 18.06.2004; Зарегистрировано в государственном реестре изобретений Российской Федерации 27.01.2006г. Приоритет 18.06.2004г.

2. Алеев P.M., Насибуллин P.A. Сканирующее устройство тепловизоров 2-го поколения. Известия ВУЗов. Приборостроение № 5,2006 г., с.26-30.

3. Алеев PJM., Насибуллин P.A. Сравнение вариантов реализации режима временной задержки и накопления в тепловизорах 2-го поколения. Известия ВУЗов. Приборостроение № 10,2006 г., с.58-63.

4. P.A. Насибуллин. Сканирующее устройство ограниченного вращения. // Труды конференции: Лазеры для медицины, биологии и экологии. -СПб: СПбГПУ, 2005, с.43-44.

5. РА. Насибуллин. Сканирующее устройство тепловизоров 2-го поколения У/ Труды,-XXXIV научной и учебно-методической конференции СПбГУИТМО. СПБбГУИТМО, 2005, с.36.

6. Р.МАлеев, P.A. Насибуллин. Сравнение вариантов сканирования в ТВП 2-го поколения. // Труды XIX международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения. ГНЦ РФ, ФГУП НПО «ОРИОН», 2006, с.80.

7. Р.М.Алеев, A.B. Бусарев, В.В. Егорова, J1.K. Краюшкина, ПЛ. Малеваный, P.A. Насибуллин, В.П, Пономаренко, В.Н. Соляков, Филачев А.М. Тепловизор 2-го поколения с тремя полями зрения, ft Труды XIX международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения. ГНЦ РФ, ФГУП НПО «ОРИОН», 2006, с.13.

8. Р.М.Алеев, О.В. Катаев, П.П. Малеваный, РА. Насибуллин, A.C. Медведев, A.B. Полторацкий, ВЛ. Соляков, Тетерин И.И. Система калибровки теплови-зионной камеры с матричным фотоприёмным устройством формата 4x288, работающем в режиме временной задержки и накопления сигнала. // Труды XIX международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения. ГНЦ РФ, ФГУП НПО «ОРИОН», 2006, с. 139.

Тиражирование и брошюровка выполнены в учреждении «Университетские телекоммуникации» 197101, Санкт-Петербург, Саблинская ул., 14 Тел. (812) 233 4669 Тираж 100 экз.

Введение

1. Сканирующие устройства тепловизоров

1.1. Сканирующие устройства тепловизоров 1-го поколения

1.1.1 .Сканирующие устройства на основе вращения с разнонаклонными гранями

1.1.2. Сканирующие устройства с разделением сканирования по строке и кадру

1.1.3. Сканирующие устройства на основе преломления оптического потока

1.2. Сканирующие устройства тепловизоров второго поколения

1.2.1. Сканирующие устройства фирмы

Camdrige Technology (США)

1.2.2. Отечественные сканирующие устройства

1.3. Анализ и обобщение существующих технических решений сканирующих устройств тепловизоров второго поколения.

2. Разработка и обоснование требований к сканирующим устройствам тепловизоров И-го поколения

2.1. Коэффициент полезного действия и закон сканирования

2.2. Повторяемость закона и равномерность сканирования на рабочем участке

2.3. Однонаправленный и двунаправленный законы сканирования

2.4. Оценка влияния характеристик сканирующего устройства на параметры эффективности тепловизора второго поколения

2.5. Составляющие параметров сканирующего движения

3. Разработка и исследование технических решений сканирующего устройства

3.1. Состав и структура сканирующего устройства

3.2.1. Анализ конструкции сканирующего устройства в статике

3.2.2. Анализ конструкции сканирующих устройств в динамике

3.3. Система управления сканирующим устройством

3.3.1.Устойчивость системы управления сканирующим устройством.

3.3.2. Расчёт закона управления сканирующим устройством и программное обеспечение

3.4. Синтез сканирующего устройства

4. Разработка методики и исследование экспериментального образца сканирующего устройства

4.1. Измерение характеристик сканера

4.2. Измерение и оценка реального закона сканирования

4.3. Расчётная оценка параметров эффективности тепловизора по результатам измерений характеристик сканера

В связи с развитием микроэлектронной промышленности и технологий изготовления оптических материалов, производство высокоразвитых стран претерпевает бурный рост номенклатуры тепловизионных приборов (ТВП) различного назначения. Возможность, «видеть» инфракрасное излучение (ИК), которую даёт тепловизионная техника, открывает перед пользователем огромные возможности в различных отраслях деятельности человечества. Тепловизоры, находят применение в дефектоскопии, медицине, диагностике энергосетей, разведке и т.д.

Основу тепловизоров составляют приёмники чувствительные к ИК-излучению. Они преобразуют энергию теплового излучения тел в электрический сигнал. Отечественная и иностранная промышленность выпускает различные приёмники, отличающиеся принципом работы и типом фоточувствительного материала. На сегодняшний день уже практически достигнут теоретически возможный предел чувствительности приёмников излучения. Кроме того, современный уровень развития микроэлектронной промышленности позволяет создавать не только единичные чувствительные элементы в одном приёмнике, но и в виде линеек и матриц чувствительных элементов в одном фотоприёмном устройстве. Такая интеграция позволила упростить схемы механического сканирования, необходимого для получения изображения, и даже полностью отказаться от неё.

Наметившаяся тенденция увеличения числа приёмников излучения с многоэлементной матрицей чувствительных элементов позволяет предположить полный отказ от использования механических сканирующих устройств в тепловизорах. С появлением матричных приёмников «смотрящего» типа, некоторые специалисты оптико-электронного приборостроения прогнозируют невостребованность сканирующих тепловизионных систем. Основными аргументами в пользу отказа от сканирующих устройств является более низкая надёжность тепловизионных приборов на их основе, большие габариты, значительное потребление электроэнергии, более низкая температурная чувствительность.

Таким образом, основной задачей производства тепловизоров становится оптимизация, которая должна позволить достичь предельно возможных характеристик тепловизионного изображения и снизить цену приборов.

Тем не менее, даже достижение теоретически возможного предела качества изображения, получаемого современными тепловизорами с многоэлементными фотоприёмными устройствами (МФПУ) 3-го поколения, в ряде случаев оказывается недостаточным для практических целей. В этом отношении некоторые преимущества перед ТВП 3-го поколения остаются за тепловизорами 2-го поколения, основу которых составляют субматричные фотоприёмные устройства (СФПУ)[1].

Как известно в ТВП 2-го поколения получение кадра изображения происходит сканированием поля зрения фотоприёмным устройством с линейкой чувствительных элементов [1]. При этом основным отличием от тепловизоров 1-го поколения, при формировании изображения, является возможность реализации режима временной задержки и накопления (ВЗН). Это, например, позволяет значительно уменьшить влияние растровой структуры МФПУ, получить более широкое поле зрения. Геометрический шум в СФПУ меньше чем в МФПУ смотрящего типа. Для СФПУ требуется более простой объектив, чем для МФПУ при условии обеспечения одинаковых показателей эффективности тепловизора, возможно получение большего пространственного разрешения, что обеспечивает большую дальность действия тепловизионных приборов. Таким образом, можно с уверенностью утверждать, что сканирующие тепловизоры останутся востребованными в некоторых областях деятельности человека, и в своей нише они будут превосходить по эффективности тепловизоры смотрящего типа.

При проектировании тепловизоров 2-го поколения, одной из основных проблем является формирование механической развёртки с высокой равномерностью скорости движения изображения в плоскости чувствительного элемента (ЧЭ) СФПУ [3]. Такую механическую развёртку должна обеспечивать электромеханическая система сканирования. Несмотря на то что работы по созданию системы сканирования у нас в стране ведутся уже несколько лет, до сих пор не получены удовлетворительные во всех отношениях результаты.

Система сканирования, состоящая из сканера и блока управления сканера должна удовлетворять множеству требований предъявляемой тепловизионной камерой. Одним из главных требований, как было сказано выше, является обеспечение высокой равномерности скорости поворота сканирующего зеркала (СЗ) закреплённого на оси сканера.

Известно множество сканирующих устройств непрерывного вращения [4]-[6], однако практически все они имеют малое КПД сканирования, либо значительное виньетирование, либо большие габариты. То есть, классические сканирующие устройства непрерывного вращения имеют, существенные недостатки, и уже не могут обеспечить высоких требований, предъявляемых к тепловизионному прибору 2-го поколения. Единственной альтернативой, позволяющей достичь максимальных характеристик ТВП, является сканирующее устройство ограниченного вращения или сканер. В этом случае сканер реализует колебательное движение СЗ с частотой десятки герц. До недавнего времени задача колебания СЗ с такой частотой и амплитудой несколько градусов оставалась неразрешимой, не говоря уже о формировании при этом участка с высокой равномерностью скорости поворота СЗ.

В России, в разное время, различные организации пытались создать сканирующие устройства ограниченного вращения. Эта эпопея длится уже как минимум два десятилетия. На сегодняшний день, в нашей стране, вопросами создания сканеров различного назначения занимаются несколько организаций. Из них половина, а именно только 3 предприятия, ведущие работы в направлении применения сканеров в ТВП, достигли некоторых практических результатов.

В городе Бердск, «Электромеханический завод» изготавливает сканеры на базе моментного двигателя с вращающейся рамкой (обмоткой). Сканеры, изготовленные в Бердске, реализуют низкодинамичный двунаправленный (или «треугольный») закон сканирования [8].

ФГУП НПО ГИПО (г. Казань) также разрабатывает сканеры ограниченного вращения на базе двигателя с мостовой магнитной схемой. Сканер, изготовленный в ГИПО, так же не отличается высокой динамикой движения, и используются для реализации двунаправленного закона сканирования.

И, наконец, в ЗАО «НПФ «ОПТООЙЛ» (г. Казань), при участии автора диссертации, спроектированы и изготовлены сканеры, отличающиеся высокой динамикой [7]. Сканеры выполнены на базе моментного двигателя с гладким ротором и ротором-магнитом, и позволяют получить как однонаправленный закон сканирования, так и двунаправленный[8].

Тем не менее, созданные сканирующие устройства ещё не в полной мере удовлетворяют всем требованиям предъявляемых к тепловизионной системе. Влияние неидеальности параметров движения СЗ сканера на формируемое тепловизионное изображение ещё недостаточно изучено, поэтому создание сканирующего устройства и его исследование является актуальной задачей.

Целью данной работы является создание сканирующего устройства ТВП 2-го поколения и исследование влияния параметров движения сканирующего зеркала на параметры эффективности ТВП 2-го поколения.

Для достижения поставленной цели был поставлен и решён ряд задач:

1. Анализ и выявление параметров движения СЗ в ограниченном угле влияющих на формируемое тепловизионное изображение.

2. Разработка математической модели высокодинамичного сканирующего устройства. Исследование и оценка параметров эффективности ТВП 2-го поколения в зависимости от погрешности реализации закона сканирования.

3. Сравнение однонаправленного и двунаправленного законов сканирования при реализации режима ВЗН.

4. Анализ конструкции макета сканирующего устройства ограниченного вращения, разработка рекомендаций для конструирования экспериментального образца.

5. Создание экспериментального образца сканирующего устройства и разработка методики измерения характеристик сканера и параметров сканирующего движения.

6. Разработка методики и программ расчёта габаритов сканера и закона управления сканером оптимального с позиций энергопотребления и быстродействия. Разработка методики и программ оценки влияния характеристик сканера и качества сканирования на эффективность тепловизоров 2-го поколения.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана математическая модель сканирующего устройства ТВП 2-го поколения и параметров движения СЗ.

2. Разработана методика оценки влияния параметров сканирующего движения зеркала на основные параметры эффективности ТВП.

3. Предложено и исследовано три варианта реализации режима ВЗН.

4. Проведено сравнение степени влияния однонаправленного и двунаправленного законов сканирования на формируемое изображение.

5. Предложен и запатентован способ уменьшения люфта ротора сканера, что позволяет улучшить показатели эффективности тепловизора.

Методы исследования

Для анализа влияния параметров движения СЗ на характеристики формируемого изображения использовался математический аппарат теории линейной фильтрации. Расчёт закона управления сканером, который был представлен линейной математической моделью, производился с использованием дифференциального исчисления и элементов элементарной алгебры.

Практическая ценность

1. Разработаны методики и алгоритмы расчёта габаритов сканера, оптимального закона управления сканером, оценки параметров эффективности тепловизора в зависимости от характеристик сканера и параметров движения сканирующего зеркала. Создан пакет программ реализующих эти алгоритмы.

2. Сформулированы требования к конструкции сканирующего устройства и системе управления для применения в составе ТВП 2-го поколения.

3. Разработан и изготовлен экспериментальный образец сканирующего устройства. Сканирующее устройство испытано и эксплуатируется в составе тепловизора.

4. Разработаны методики измерения характеристик сканера, параметров движения сканирующего зеркала и проведены измерения.

5. Результаты диссертационной работы могут быть использованы при проектировании сканирующих устройств, анализе влияния характеристик сканера на параметры эффективности ТВП 2-го поколения.

Защищаемые положения

1. Требуемая динамика колебания СЗ для реализации однонаправленного закона сканирования обеспечивается сканером на базе моментного двигателя с гладким статором, оптического инкрементального датчика углового положения, радиапьно действующего прижима ротора и комбинированной системой управления сканером.

2. Расчёт габаритов сканера и программного управляющего напряжения сканера обеспечивается с высокой точностью на основе разработанной методики расчёта и реализованной в виде пакета прикладных программ.

3. Адекватность математической модели сканирующего устройства экспериментальному образцу, что позволяет рассчитывать и прогнозировать с малой погрешностью ожидаемую эффективность реализации режима ВЗН и параметров эффективности ТВП 2-го поколения на этапе конструирования тепловизоров.

4. При однонаправленном режиме сканирования влияние погрешности характеристик сканера и параметров движения СЗ на параметры эффективности тепловизоров значительно меньше, чем при двунаправленном сканировании, поэтому при выборе направления разработки сканирующего ТВП 2-го поколения предпочтительнее использовать однонаправленный режим сканирования.

Апробация работы

Результаты работы докладывались на конференциях и симпозиумах:

- Лазеры для медицины, биологии и экологии. -СПб: СПбГПУ, 2005

- XXXIV научная и учебно-методическая конференция СПбГУИТМО,

2005.

XIX международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения. ГНЦ РФ, ФГУП НПО «ОРИОН», 2006.

- Сканирующее устройство ограниченного вращения в составе тепловизора было испытано в ФГУП НПО «ОРИОН». Сканер обеспечивает получение устойчивого изображения с удовлетворительным качеством.

Личный вклад автора

Все основные результаты, представленные в диссертации, получены либо лично автором, либо по его инициативе и при его непосредственном участии. В частности, автором предложено и исследовано три варианта синхронизации работы сканера и СФПУ. Проведено сравнение однонаправленного и двунаправленного законов сканирования. Предложен способ уменьшения люфта ротора сканера в подшипниках и т.д.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 8 работ: 2 статьи, получен патент на изобретение, 5 тезисов докладов по материалам конференции.

В качестве информационной базы исследования, использованы данные из учебников по проектированию оптикоэлектронных приборов, теории систем автоматического управления, журнальных статей о сканерах, фотоприёмных устройствах и ТВП, информация от производителей.

Толчком к выполнению данной работы послужила необходимость создания ТВП 2-го поколения на базе сканирующего устройства ограниченного вращения. Необходимость и целесообразность разработки сканирующих тепловизоров обоснована Алеевым P.M. (д.т.н., специалиста в области оптико-электронного приборостроения) в его печатных трудах [9], [10].

Огромную помощь в анализе, выборе привода сканера и алгоритма управления сканером, оказал д.т.н., профессор Афанасьев А.Ю. (Казанский государственный технический университет им. Туполева). Так же была использована информация из его книг по проектированию электродвигателей [11]-[14]. В качестве основы анализа формирования сигнала на ЧЭ СФПУ использована информация, изложенная в работах Тришенкова М.А. [1], Мирошникова М.М. [15]. И в диссертационной работе Солякова В.Н. [16]. Статический и динамический анализ конструкции сканера проводился в соответствии с методиками, изложенными в работе Маслова Г.С. [17]. Информация о преобразователях углового положения используемых в сканерах получена от производителей и из работы J1.H. Преснухина [18]. Методика расчёта параметров эффективности ТВП с учётом реальных параметров сканирования основана на выводах сделанных в работе Дж. Ллойда [4]. Информация о вариантах управления сканером получена из работ по теории автоматического управления, в частности из работы классиков автоматики В.А. Бесекерского, Е.П.Попова [19]и Р.Дрофа и Р.Бишопа[20].

Несмотря на то, что идея получения изображения сканированием линейки ФПУ предложена давно, до сих пор не существует подробных методик синтеза сканирующих устройств ограниченного вращения для тепловизоров 2-го поколения. Так же не имеется подробной информации касающейся анализа влияния характеристик сканера и параметров движения СЗ на характеристики ТВП. Некоторую разрозненную информацию на этот счёт можно найти, например, в работах [4],[15].

В этой работе подробно показано, какие характеристики сканера и параметры движения СЗ, влияют на эффективность ТВП. Показано, как они проявляются на полученном изображении. Характеристики сканера представлены через передаточные функции, что позволяет разработчикам тепловизионной аппаратуры оценить степень влияния системы сканирования на параметры эффективности ТВП. Получен патент на изобретение «Способ уменьшения люфта ротора сканирующего устройства», что позволяет уменьшить возмущения привносимые сканером в канал формирования тепловизионного изображения. Также предложено три варианта синхронизации работы сканера и выборок сигналов в СФПУ.

В работе сформулированы требования к вновь разрабатываемому сканирующему устройству обеспечивающие минимизацию возмущений привносимых сканером в канал формирования изображения.

Значимость работы, по мнению автора, в том она позволяет разработчикам ТВП аппаратуры и сканирующих устройств в частности, вести разработку новой техники используя на практике данные и выводы, касающиеся проектирования сканирующих устройств. Простота и доступность изложенного материала позволяет воспользоваться представленной информацией широкому кругу специалистов, не обладающих специальными теоретическими знаниями. Акценты смещены в область практического применения описанных в работе методик, с достаточной для практической разработки приборов детализацией.

Предложено три варианта синхронизации работы сканера и выборок СФПУ, что даёт разработчикам большую свободу в проектировании сканирующего устройства и ТВП в целом.

Сканирующее устройство было изготовлено и испытано в составе ТВП выполненного по заказу ФГУП НПО «ОРИОН» г. Москва. Несмотря на выявленные недостатки у сканера и блока управления, устройство обеспечивает удовлетворительное качество изображения. Недостатки, имеющиеся у сканера, выявлены, и определена мера влияния конструктивных особенностей сканера на характеристики движения СЗ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении подведён итог проведённой работы. Сделаны следующие выводы.

1. Неравномерность скорости сканирования в двунаправленном варианте сканирования приводит к смещению строк в изображении и двоению мелких деталей в изображении. Поэтому, для получения одинаковых параметров эффективности ТВП, требования к параметрам движения сканирующего зеркала при двунаправленном сканировании выше, чем в варианте с однонаправленным сканированием.

2. Предложенный способ уменьшения люфта ротора сканера эффективно уменьшает люфт, при этом искажения в формируемом изображении обусловленные люфтом пренебрежимо малы. В тоже время предложенный способ уменьшения люфта обеспечивает больший срок службы подшипников, чем другие способы, в основе которых используется распор подшипников вдоль оси.

3. На достигнутом уровне развития сканирующих устройств и качества сканирования наиболее существенное влияние на качество изображения оказывают такие параметры движения как неравномерность сканирующего движения СЗ. Меньшее влияние оказывает повторяемость закона сканирования, в частности такая составляющая как неточность формирования синхроимпульсов с ДУП обусловленная наличием люфта в подшипниках.

4. Чтобы минимизировать влияние неравномерности скорости сканирования на эффективность ВЗН, и обеспечить равномерность значений параметров эффективности ТВП вдоль направления сканирования, необходимо реализовать 2-ой вариант синхронизации работы сканера и СФПУ, а именно выборка сигналов в СФПУ должна происходить по синхроимпульсам с датчика углового положения при этом время накопления фототока задаётся постоянным.

5. Наиболее простым в практической реализации является третий вариант синхронизации работы сканера и СФПУ. В этом варианте выборка сигналов происходит через постоянные промежутки времени и не зависит от скорости сканирования. Однако в этом варианте отклонение скорости сканирования от номинальной величины приводит к искажению пропорций деталей в изображении вдоль направления сканирования и к ухудшению эффективности реализации режима ВЗН.

6. В силу высокой динамики движения ротора сканера обеспечение высокой стабильности скорости сканирования является наиболее актуальной задачей. Поэтому необходим поиск алгоритмов управления сканером обеспечивающих высокую точность и стабильность работы при воздействии внешних возмущающих факторов.

1. Тришенков М.А. Фотоприёмные устройства и ПЗС. Обнаружение слабых оптических сигналов./ Тришенков М.А.- М.: Радио и связь, 1992.- 400 е.: ил.

2. ИК фотоприёмники для тепловизионных систем на 3-5 и 8-12 мкм.: Каталог: изготовитель ИФП СОР АН,.- 2004. -16 с.

3. Разработка тепловизионного контрольного устройства состояния высоковольтного тракта Текст.: отчет по НИОКР, шифр "Контроль" (промежуточный):/ ЗАО «НПФ «ОПТООЙЛ», рук. Алеев P.M.; исп.: Бусарев А.В. [и др.]- Казань 2000.- 58 е.- Библиогр. с. 58.

4. Дж. Ллойд. Системы тепловидения. / Дж. Ллойд. М.: Мир, 1978.407с.

5. Ж. Гроссорг. Инфракрасная термография. Основы, техника, применение/ Ж. Гроссорг.: Пер. с франц. М.: Мир, 1988. - 416 е.: ил.

6. Макаров. А. С. Введение в технику разработки и оценки сканирующих тепловизионных систем./ Макаров А.С., Омелаев А.И., Филлипов В.Л. Ml5 Научно-техническое издание. Казань: Издательство «Унипресс», 1998. - 320 с.

7. Алеев P.M. Анализ вариантов реализации режимов ВЗН в тепловизорах 2-го поколения./ Алеев P.M., Насибуллин Р.А.// Известия ВУЗов. Приборостроение. СПбГУИТМО, 2006, № 5 май.

8. Р.М.иАлеев, Р.А. Насибуллин. Сравнение вариантов сканирования в ТВП 2-го поколения. // Труды XIX международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения. ГНЦ РФ, ФГУП НПО «ОРИОН», 2006.- 80с.

9. P.M. Алеев, В.П. Иванов, В.А. Овсянников. Основы теории анализа и синтеза воздушной тепловизиоиной аппаратуры. Казань: Изд-во Казанск. Унта. 252с.

10. Алеев P.M., Иванов В.П., Овсянников В.А. Несканирующие тепловизионные приборы: Основы теории и расчёта.- Казань: Изд-во Казанск. ун-та, 2004.-228с.

11. Л.И.Столов. Авиационные моментные двигатели /Л.И.Столов, Б.Н.Зыков, А.Ю.Афанасьев, Ш.С.Галеев,- М.: Машиностроение, 1979.-136 с.

12. Столов Л.И., Афанасьев А.Ю. Моментные двигатели постоянного тока.- М.: Энергоатомиздат, 1989.-224 с.

13. Афанасьев А.Ю. Моментный электропривод.- Казань: Изд-во КГТУ им. А.Н.Туполева, 1997.-250 с.

14. Столов Л.И., Зыков Б.Н. Моментные двигатели с постоянными магнитами,- М.: Энергия. 1977.-112 с.

15. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов: Учебн. пособие для приборостроительных вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1983.- 696с.: ил.

16. Соляков В.Д. Многорядные фотоприёмные устройства на основе фотодиодов из кадмия-ртуть-теллура для тепловизионных приборов, дис. доктор, техн. наук./ Соляков Владимир Николаевич: ФГУП «НПО «ОРИОН». -Москва, 2006г.

17. Маслов Г.С. Расчёты колебаний валов: Справочник./ Маслов Г.С. -2-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1980.-151с., ил. (Б-ка конструктора)

18. Фотоэлектрические преобразователи информации./ В.Ф. Шаньгин и др. под ред. Л.Н. Преснухина. М.: «Машиностроение», 1974.- 376с.

19. В.А.Бесекерский. Теория автоматического управления / В.А.Бесекерский, Е.П.Попов. -Изд. 4-е, перераб. и доп.- СПб.: Изд-во «Профессия», 2003,- 752с.- (Серия: Специалист)

20. Р.Дроф. Современные системы управления/ Р.Дроф, Р.Бишоп. Пер. с англ. Б.И.Копылова.- М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002. -832 е.: ил.

21. Patent US5671043. 1997-09-23. GO 1D5/34.Optical position detector for determining the angular position of a rotatable element.

22. G . F . Marshall. Resonant and Galvanometer Scanners : Integral Position Sensing/ G . F . Marshall, J . S . Gadhok. Photonics Spectra, 1991 160 .

23. F . Blais. Control of Galvanometers for High Precision Laser Scanning Systems. / F . Blais. Opt. Engr, 1988.- 27 (2),- c.104 110.

24. Ю.В.Ларченко. Современные сканирующие системы на основе электромеханических дефлекторов света./ Ю.В.Ларченко, А.М.Леонов, С.М.Жук. //ЛАЗЕР-ИНФОРМ, 2003, № 9-10(264-265) май.

25. И.Н.Нестерук. Гальванометрические сканаторы в оптических приборах. Лазер-информ, №7, 2000 с. 190.

26. И.Н.Нестерук. Гальванометрические сканаторы для лазерных технологических комплексов. Лазер-информ, №15-16 , 2001 с.222-223.

27. Пат. 5936324 US МПК7 Н02К21/12 Moving magnet scanner. Заявл. 10.08.1999.

28. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисления для втузов / Пискунов Н.С., т.2: Учебное пособие для втузов.- 13-изд. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1985. - 560с.

29. Пат. 2269148 Российская Федерация МПК7 G02B 26/10. Способ прижима ротора сканирующего устройства. / Алеев P.M., Насибуллин Р.А. заявитель и патентообладатель ЗАО «НПФ «ОПТООИЛ».- № 22004118472/28; заявл. 18.06.2004; опубл. 27.01.2006 5с.: ил.

30. Петров Ю.П. Оптимальное управление электроприводом./ Петров Ю.П. -М., Л.: Госэнергоиздат, 1961.-187с.

31. Понтрягин Л.С., Болтянский В.Г., Гамкрелидзе Р.В., Мищенко Е.Ф. Математическая теория оптимальных процессов,- М.: Наука, 1976.-392 с.

32. Топчеев Ю.И. Атлас для проектирования систем автоматического регулирования/ Топчеев Ю.И.-М.: Машиностроение, 1989.752 с.

33. Р.А. Насибуллин. Сканирующее устройство ограниченного вращения. / Р.А. Насибуллин. // Труды конференции: Лазеры для медицины, биологии и экологии. -СПб: СПбГПУ, 2005, с.43-44.

34. Р.А. Насибуллин. Сканирующее устройство тепловизоров 2-го поколения./ Р.А. Насибуллин. // Труды XXXIV научной и учебно-методической конференции СПбГУИТМО. СПБбГУИТМО, 2005.

35. Алеев P.M. Сканирующее устройство тепловизоров 2-го поколения./ Алеев P.M., Насибуллин Р.А. // Известия ВУЗов. Приборостроение. № 5, 2006 г.

36. Якушенков Ю.Г. Теория и расчёт оптико-электронных приборов: Учебник для вузов.- Изд.

37. Г.Цисис. Справочник по инфракрасной технике./ Г.Цисис и др. под ред. У.Волф, Г.Цисис. В 4-х тт. Т.1. Пер. с англ.- М.: Мир, 1995.- 606с.: ил.

38. Алеев P.M. Основы теории анализа и синтеза воздушной тепловизионной аппаратуры./ Иванов В.П.и др. под ред. Алеев P.M. Казань: Изд-во Казанск. Ун-та.- 252с.

39. Алеев P.M. Воздушная тепловизионная аппаратура для контроля нефтепродукгопроводов./ Овсянников В.А. и др. под ред. Алеев P.M. М.: Недра, 1995.- 160с.: ил.

40. L. Beiser. Laser Scanning Notebook./ L. Beiser.// SPIE Press , Washington, vol. PM13 ,1992 .

41. L. Beiser. Laser Scanning Systems in Laser Applications./ L. Beiser., vol. 2. Academic Press, New York, 1974.- pp. 53 159.

42. H. B. Henderson, Scanner System, U. S. Patent 3,1972, 632, 870.

43. W. L. Wolfe. Optical-Mechancial Scanning Techniques and Devices./ in W. L. Wolfe.

44. Ann Arbor. The Infrared Handbook./, Ann Arbor Zissis (eds.).// ERIM MI, 1989.- chapt. 10.

45. R. B. Barnes U. S. Patent 3, 287, 559. Infrared Thermogram Camera and Scanning Means Theoref, 1966.

46. J. Montagu. Galvanometric and Resonant Low Inertia Scanners. / J. Montagu, in G. F. Marshall (ed.)

47. Optical Scanning./ Marcel Dekker. New York, 1991.

48. S. Reich. Use of Electro-Mechanical Mirror Scanning Devices./ S. Reich, (ed.) L. Beiser I ISPIE Milestone Series 378, 1985.- 229 238.

49. D. G. Tweed. Resonant Scanner Linearization Techniques./ D. G. Tweed Opt. Engr, 1985.- 24 (6): 1018 22.

50. В. M. Акимов, К. О. Болтарь, И. Д. Бурлаков, Е. А. Климанов, В. П. Лисейкин, Л. Д. Сагинов, В. Н. Соляков, С. В. Щукин, С. С. Хромов. Кремниевые мультиплексоры формата 4x288 для многорядных ИК-приемников.// Прикладная физика, 2003, № 2, с. 83-84

51. Патент 1765800 Российская Федерация МПК7 G02B26/10 Сканирующее устройство./ Бессмельцев В. П., Дегтярев И. С., Литвинцев В. И., Тимошенко Г. Г.; заявл. 1990.09.27, опубл. 18.06.2004г; приоритет 18.06.2004г.

52. Алеев P.M. Сравнение вариантов реализации режима временной задержки и накопления в тепловизорах 2-го поколения./ Алеев P.M., Насибуллин Р.А. //Известия ВУЗов. Приборостроение, № 10,2006 г., с.58-63.

53. УТВЕРЖДАЮ Начальник НТЦ ОЭП1. В.Д.Бочков J 2003 г.

54. ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ СКАНЕРА от 4 апреля 2003г.1. Москва2003г.

55. В соответствии с программой совместных работ от 25.12.2002г. в НТЦ ОЭП ФГУП "НПО "Орион" с 2 по 4 апреля 2003г. проведена повторная проверка сканера.

56. Результаты проверки приведены в тт. 1-5 протокола и совпадают с результатами проверки, приведенной в "НПФ "ОПТООЙЛ" (протокол испытаний сканера в "НПФ "ОПТООЙЛ" от 28.03.2003г.).

57. Проверка потребляемых токов:

58. Напряжение питания Ток потребления12В 12В + 5В 1,15А 1.45А 0,45А

59. Проверка закона сканирования (по сигналу с обмотки таходатчика): tox= 4 мс tnp-ход = 16 мс период Т = 20 мс

60. Длительность линейной части прямого хода сканера по выдаваемым сигналам "692" « 16 мс.• 3. Проверка количества выдаваемых импульсов на линейном участке прямого хода:n w 686 ± 50 импульсов

61. Проверка степени нелинейности сканирования на прямом ходе: по сигналу с обмотки таходатчика в установившемся режиме 0-2 мс = 12,5 %; 2 - 4 мс = от-2,5 до 1%; 4-16 мс = ± 1 %.

62. Проверка параметров выдаваемых синхроимпульсов:

63. Наименование Амплитуда Амплитуда Длительность Фронтысигнала . лог 1, В логО, В мке мке1. НС 4,8 0,2 2 < 0,21. КС 4,8 0,2 2 < 0,2692 4,8 0,2 2 < 0,2

64. Измерения проводились по осциллографу С1-112.

65. Измерения по зеркалу не проводились в виду неготовностипроверочного оборудования.1. Замечания и предложения:

66. Монтаж макетного образца не завершен, не определены точки заземления, места соединения экранов, что приводит к нестационарной работе сканера.

67. Доработать схему соединений узлов и блоков УФС и БРУ, включающая сканер.

68. Целесообразно с целыо уменьшения наводок и помех.гальванически развязать импульсы сихронизации, поступающие из УФС в БЭО.

69. УТВЕРЖДАЮ Директор Главный конструктор

70. ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ СКАНЕРА В соответствии программой совместных работ от 25.12.2002г.г.Казань 2003г.

71. Проверка потребляемых токов:

72. Напряжение питания Ток потребления12В < 1,4 А-12В 1,5 А5В < 0,45 А

73. Проверка закона сканирования (по сигналу с обмотки тахогенератора):toX= 4 мс ЦхоД= 16 мс период Т= 20мс

74. Длительность линейной части прямого хода сканера по выдаваемым синхроимпульсам «НС» и «КС» равна:trMH.части= 16 MC

75. Проверка величины угла сканирования (по зеркалу):1. Za= 15 °

76. Проверка количества выдаваемых импульсов на линейном участке прямого ходап = 682(±2) импульса

77. Проверка степени нелинейности сканирования на прямом ходе:по сигналу с обмотки тахогенератора в установившемся режиме 0-2мс=-15% 2-4мс=от-12%до+1% 4-16мс=±1,5% по зеркалу с осциллографом, при точности замера порядка ±1% О 2мс= - 8,6% 2-16мс=±3%

78. Проверка параметров выдаваемых синхроимпульсов:

79. Наименование сигнала Амплитуда лог1, В Амплитуда логО, В Длительность МКС Фронты МКС на R„

80. НС >3,4 <0,2 1Д <; 0,2 75ом

81. КС >3,4 <0,2 0,9 <0,15 75ом692 ^ 3,5 <0,2 0,9-1,1 <0,15 75ом

82. НЗК >2,8 <0,3 потенциал 1ком

83. КЗК >2,8 <0,3 потенциал 1ком

84. Нач. отд. электроники s Лисичкин И.В.испыт. проводил ииж. Насибуллин Р.А.1. А' ^.0)021. УТВЕРЖДАЮ

85. Первый 'заместитель генерального директора по научной и гф^доодственноП работе1. Ъ№\.

86. ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ1. НПО «О Р И О II»

87. J.^HTj jHaeTOR. 46/2. Москпя, 111123 Тел.: (495) 374 9400, 374 '>401

88. Факс: (495) 373 Г,862 П.шяИ: routi'fliorinn.exlfcli.ru www.orion-ir.ru1. Пономарснко1. А КТиспользования результатов диссертационной работы Иаснбуллипп Р.А. в ФГУП «НПО «ОРИОН»

89. Технический директор, к.ф.-м.н.1. Л.Д. Сагинои1. Солякои В.

90. Главный специалист НТЦ № 71. Медведев А.С.1. ФГУ П «НПО «ОРИОН»

91. Россия. I I 1123. MwKtfii. Шоссе эитудиасмлз. <16/2 Тел. Н95) 374-04-00. факс (495) 373-68-62