小型化实时联合变换相关器的设计方案

2023-02-27

1 合理布局, 减小占用空间, 达到小型化

对于军用仪器和设备, 体积小, 重量轻, 机动灵活是战术上的需要。在整体的布局上充分利用空间, 在保证技术性能情况下尽量的小。拟采用短焦距光学系统, 布局上采用双层结构, 下层为激光器和电源, 电气系统。上层为各光学系统。各光学系统需要微调, 放在上层便于调整。外部为框架式箱式结构。如图1所示。

2 应用新材料—钛合金, 满足应用需要

本实验要求材料硬度高, 需要零件的刚度大, 重量轻, 膨胀系数小。钛合金是一种新型结构材料, 密度低, 比强度高, 抗腐蚀, 是轻金属正好符合要求。要求强度高, 变化小的零件均采用钛合金, 比如上底板, 要求温度影响小, 采用钛合金板。各零件与其联接, 由于它温度膨胀系数小, 故不会由于底板的热胀冷缩造成各零件相对位置的变化。钛合金价格高, 故有的零件对于膨胀并不会造成失调, 故也采用了硬铝作为材料。钛是周期表中第ⅣB类元素, 外观似钢, 熔点达1672℃, 属难熔金属。

钛合金的性能。

钛是一种新型金属, 钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关, 最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1%, 但其强度低、塑性高。99.5%工业纯钛的性能为:密度ρ=4.5g/cm3, 熔点为1725℃, 导热系数λ=15.24W/ (m.K) , 抗拉强度σb=539MPa, 伸长率δ=25%, 断面收缩率ψ=25%, 弹性模量E=1.078×105MPa, 硬度HB195。

3 保证温度适应性, 具有可调整性和校正性

温度过高或过低都会造成零件的变化, 但采用钛合金金属, 在-40℃～+50℃环境下工作并不会由于热胀冷缩造成系统失调。而一般光电元件在+50℃条件下工作是属于正常的工作温度, 电子零件在100℃下仍可正常工作。因此, 低温的影响是主要问题。拟采用电热膜贴在内壁, 由小型温度传感器控制开关。比如设置为当箱内温度低于零下10℃开始加热到20℃停止加热。也可采用恒温控制传感器, 将箱体内温度控制在一定的温度。

对于光学仪器的光学系统, 存在诸多必须可调整和校正的因素, 光学系统的元件共轴, 像倾斜, 离焦等的调整, 必须依靠机械结构来实现。这样必将与稳定性相关联。因此, 在保证结构简单性能满足的情况下要有实现微调的机构。这种机构不能采用实验室仪器的机构, 而要采用经过实践证明的确保稳定的机构。在设计时不仅要故虑到调整, 更要设计出校正的方法。要根据每个部件的调整与校正, 采用相应固定方法与措施, 确保牢固和稳定。比如采用压紧、胶粘、弹性垫圈等诸多方法。

4 确保稳定, 能承受车载冲击和振动

在设计时要考虑零件相对的稳定性。如果不稳定, 会造成整个系统失效。因此零件力求结构简单, 要有压紧和防松措施。比如空间星点调整后要压紧固定, 螺钉联接要胶封等。需要进行稳定性实验的机械部件有:激光器, 衰减片, 显微物镜, 针孔以及准直物镜等, 所以需要对这些器件进行结构设计, 主要设计激光器的定位及稳定性, 以及显微镜和针孔的定位。其中针孔需要在垂直以及水平方向进行调校, 因此要在水平和垂直两个方向上设置可调校的装置, 而显微镜由于针孔已经能进行完全的调校, 所以显微镜只要在保证与其同心的条件下, 只要能设计成进行前后的平移即可。

机械部件稳定性实验。

5 良好的密封性

由于工作环境比较恶劣, 密封很是重要。本框体联接上采用密封橡胶和密封胶, 这样确保内部清洁。充入氮气, 将空气排除, 氮气比较稳定, 有利于保持机内清洁。

6 关键零件精度的保证

(1) 环境温度变化对仪器精度的影响:测量温度变化对测量结果的影响是由于环境温度变化, 使光学仪器各部分的温度发生变化, 产生了局部变形, 自然要影响光学仪器精度。

(2) 仪器工作台变形对仪器精度的影响:将仪器放在工作台上, 会使工作台产生变形, 从而影响测量精度。因此, 我们采用强度较大的材料加强工作台的强度, 减小变形, 从而提高测量精度。

采用加工中心加工关键零件。关键零件力求结构简单, 但尺寸精度, 形状位置公差要求都比较高, 加工中心加工, 由于是一次装夹, 计算机程序控制, 必定保证了加工精度。

7 结语

在本试验中结构的稳定性, 体积小, 重量轻是关键。稳定包括整体的稳定性, 零部件相对位置的稳定性和温度变化的稳定性。材料的选择和热处理的方法, 改进和增强材料的性能, 也是提高整机功能水平的重要途径。良好的密封性利于保持机内清洁, 尺寸精度, 形状位置公差由计算机程序控制, 必定保证了加工精度。

摘要：随着电子成像器件和计算机技术的不断发展进步光学相关探测器件由最初的匹配滤波器发展到今天的联合变换相关器, 联合变换相关器近年来发展较快, 向着实时化、可编程的方向发展, 有灵敏度高, 设备简单, 无损伤待测物体等优点。然而, 以往我们所使用的光电混合联合变换相关器体积较大、结构复杂, 要将其运用到实战当中还有一段距离。本文介绍的几种小型化方案有效的减小了整个装置的体积, 使其在军事领域上又有了新的应用前景。

关键词：联合变换相关器,CCD,EALCD,结构设计,小型化