УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ ВЛАГОСОДЕРЖАНИЯ

Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использована для контроля состояния внутренней среды в оптических системах приборов и устройств. Особенно актуально использование полезной модели в приборах, работающих в средней (3-5 мкм) и дальней (8-14 мкм) ИК областях спектра. К таким приборам относятся тепловизоры, радиометры, теплопеленгаторы и др.
Существенной проблемой, возникающей при эксплуатации оптических систем является разрушение (деградация) просветляющих, отражающих, спектроделительных и других покрытий оптических элементов, входящих в состав оптических систем. Разрушение покрытий приводит к ухудшению пропускания оптической системой излучения в рабочем диапазоне спектра. С целью повышения работоспособности оптических систем обычно на первую и последнюю поверхности оптических элементов наносят покрытия наиболее стойкие к внешним воздействиям (влажность, соляной туман, перепад температур, динамическое воздействие пыли и др.). Корпус оптической системы герметизируют, а объем, ограниченный корпусом, заполняют специальным газом или вакуумируют. Однако в процессе работы прибора герметичность может нарушиться, внутрь оптической системы попадет наружный воздух и начнется разрушение оптических покрытий. Важной задачей является контроль состояния газовой среды внутри оптической системы. В первую очередь это важно для ИК оптических систем, оптические элементы которых изготавливаются из материалов с высокими показателями преломления, весьма чувствительных к внешним воздействиям.
Влажность газовой среды внутри герметизированной оптической системы является одним из самых важных параметров, оказывающих влияние на нормальное функционирование системы, ее работоспособность в определенных условиях. В процессе эксплуатации оптических систем необходимо иметь информацию о состоянии влагосодержания среды внутри оптической системы. Как известно, влагосодержание характеризует содержание влаги (газообразной воды) в газовой среде и выражается в массовой, молярной или объемной долях и концентрациях влаги в среде [Бегунов А.А. Теоретические основы и технические средства гигрометрии. Метрологические аспекты. - М.: Изд. стандартов, 1988 - 176 с.]. Для герметизированных оптических систем этой средой является либо газовая смесь, которой заполнен объем внутри корпуса оптической системы, содержащая два основных компонента: влагу и сухой газ, либо вакуумированная среда во внутреннем объеме корпуса при вакуумировании и герметизации оптической системы. В обоих случаях в процессе эксплуатации оптической системы при проникновении влаги в корпус влагосодержание ее внутренней среды, (т.е. среды в объеме, ограниченном корпусом оптической системы), может измениться. Для предотвращения необратимых сбоев в работе оптического прибора вследствие нарушения герметизации корпуса необходимо осуществлять непрерывный оперативный контроль за состоянием влагосодержания внутренней среды оптической системы прибора.
Известно устройство, принятое за аналог к заявляемой полезной модели, [Справочник конструктора оптико-механических приборов, под. ред. В.А.Панова. - 3-е издание - Л., Машиностроение, Ленинградское отделение, 1980, с.726], представляющее собой контейнер-патрон, выполненный с возможностью размещения внутри корпуса оптической системы, имеющий прозрачное окно для наблюдения. Патрон содержит силикагель-индикатор, представляющий собой сухие зерна мелко-пористого высушенного геля кремниевой кислоты, пропитанные раствором солей кобальта. При изменении влагодержания внутренней среды в замкнутом объеме внутри корпуса оптической системы происходит изменение окраски предварительно просушенного при температуре 120±5°С силикагеля-индикатора за счет его увлажнения (цвет зерен изменяется со светло-синего на сиреневый или розовый). Недостатками устройства являются следующие. Устройство не обеспечивает автоматический контроль изменения влагосодержания внутренней среды в оптической системе, данные об изменении влагосодержания необъективны, так как изменение цвета определяется «на глаз» через окно контейнера.
Известно устройство, выбранное за прототип к заявляемой полезной модели [С.В.Солк, В.Е.Сабинин, А.А.Яковлев. Проблемы герметизации ИК объективов. // Тезисы докладов 20 международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения, 27-30 мая, 2008, Москва, Россия, с.199-200], состоящее из светодиода и фотоприемника, выполненное с возможностью крепления на внутренней поверхности корпуса оптической системы. Светодиод закрепляется так, чтобы его излучение в процессе работы было направлено на одну из рабочих поверхностей оптических элементов системы. Отраженное излучение регистрируется фотоприемником. При изменении влагосодержания внутренней среды оптической системы может произойти разрушение покрытия оптического элемента, что приведет к изменению сигнала, регистрируемого фотоприемником. Недостатками такого устройства является то, что устройство не обеспечивает своевременного и оперативного контроля изменения влагосодержания в оптической системе. Устройство фиксирует изменение влагосодержания, когда деградация покрытий рабочих элементов оптической системы уже началась. При этом может обнаружиться, что недостаточно только восстановить герметичность корпуса оптической системы, а необходима переполировка оптических элементов и повторное нанесение покрытий. Кроме того, не всегда возможно разместить устройство таким образом, что бы излучение отражалось от поверхности оптического элемента, имеющего наименее влагопрочное покрытие.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Задачей полезной модели является создание автоматизированного устройства, осуществляющего своевременный и оперативный контроль изменения влагосодержания, преимущественно внутренней среды в герметизированной оптической системе.
Техническим результатом, который достигается при реализации полезной модели, является повышение оперативности контроля изменения влагосодержания, преимущественно внутренней среды в герметизированной оптической системе при обеспечении автоматизации контроля. Устройство характеризуется также высокой достоверностью данных по обнаружению изменения влагосодержания внутренней среды.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для контроля изменения влагосодержания, преимущественно внутренней среды в герметизированной оптической системе, включающее источник оптического излучения, излучающий в видимом диапазоне длин волн и приемник оптического излучения в видимом диапазоне длин волн, выполненные с возможностью крепления их на внутренней поверхности корпуса оптической системы, в соответствии с заявляемым техническим решением дополнительно содержит эталонный оптический элемент, соответственно, пропускающий или отражающий излучение источника оптического излучения, выполненный с возможностью крепления его на внутренней поверхности корпуса оптической системы, блок обработки сигналов, связанный с приемником оптического излучения, выполненный с возможностью размещения вне корпуса оптической системы, а также блоки управления работой источника оптического излучения и приемника оптического излучения, связанные, соответственно, с источником оптического излучения и приемником оптического излучения, выполненные с возможностью размещения вне корпуса оптической системы, при этом источник оптического излучения, эталонный оптический элемент и приемник оптического излучения оптически сопряжены, эталонный оптический элемент выполнен так, что влагопрочность покрытия его рабочих поверхностей меньше влагопрочности наименее влагопрочного из всех покрытий рабочих поверхностей элементов оптической системы, блок обработки сигналов содержит контрольные данные, соответственно, по пропусканию или отражению эталонным оптическим элементом излучения от источника оптического излучения, предварительно измеренные до начала эксплуатации оптической системы, и выполнен с возможностью сравнения данных, соответственно, по пропусканию или отражению эталонным оптическим элементом излучения от источника оптического излучения, измеряемых в процессе эксплуатации оптической системы, с контрольными данными и сигнализации об изменении влагосодержания внутренней среды оптической системы по отклонению измеряемых данных от контрольных.
Заявляемое устройство работает следующим образом. На внутренней поверхности корпуса преимущественно герметизированной оптической системы крепятся источник оптического излучения, излучающий в видимом диапазоне длин волн и приемник оптического излучения в видимом диапазоне длин волн (чувствительность приемника согласована со спектральными характеристиками излучателя), а также эталонный оптический элемент, соответственно, пропускающий или отражающий излучение источника оптического излучения. На рабочие поверхности эталонного оптического элемента нанесено покрытие, влагопрочность которого ниже влагопрочности остальных покрытий оптических элементов оптической системы. Источник оптического излучения, эталонный оптический элемент и приемник оптического излучения оптически сопряжены и располагаются внутри корпуса таким образом, что рабочее излучение основной оптической системы не вызывает помехового влияния на ход лучей в устройстве. Блоки управления работой источника оптического излучения и приемника оптического излучения, связанные, соответственно, с источником оптического излучения и приемником оптического излучения, выполнены с возможностью размещения вне корпуса оптической системы. Источник оптического излучения, управляемый по командам от блока управления работой источника, испускает излучение, которое попадает на эталонный оптический элемент, далее, отражаясь или преломляясь на рабочих поверхностях эталонного оптического элемента, попадает на приемник оптического излучения, управляемый блоком управления работой приемника. С приемником оптического излучения связан блок обработки сигналов, выполненный с возможностью размещения вне корпуса оптической системы. Блок обработки сигналов содержит контрольные данные, соответственно, по пропусканию или отражению эталонным оптическим элементом излучения от источника оптического излучения, предварительно измеренные до начала эксплуатации оптической системы. В случае разгерметизации системы и изменения влагосодержания внутренней среды начнется деградация невлагопрочного покрытия эталонного оптического элемента, что приведет к изменению пропускания или отражения излучения эталонным оптическим элементом. Соответственно, изменится сигнал, регистрируемый приемником излучения и поступающий в блок обработки сигналов. Блок обработки сигналов выполнен с возможностью сравнения данных, соответственно, по пропусканию или отражению эталонным оптическим элементом излучения от источника оптического излучения, измеряемых в процессе эксплуатации оптической системы, с контрольными данными. В случае наличия отклонений регистрируемых данных от контрольных, срабатывает сигнализация, оповещающая об изменении влагосодержания внутренней среды оптической системы. По величине разницы между регистрируемыми и контрольными данными оператором может быть принято решение о дальнейшем функционировании оптической системы и необходимости принятия мер по восстановлению влагосодержания.
На предприятии ФГУП НИИКИ ОЭП был изготовлен экспериментальный образец заявляемого устройства, выполненный с использованием стандартно выпускаемых промышленностью узлов. В качестве эталонного оптического элемента использовалась плоскопараллельная пластинка, на рабочую поверхность которой было нанесено вакуумное покрытие ΘМ.В.002 - слой серебра без защиты, влагопрочность которого меньше влагопрочности просветляющих покрытий линз из германия или кремния, как правило, используемых в ИК оптических системах. Эталонный оптический элемент отражал излучение светодиода. В качестве приемника использовался фотодиод ФД-23К. Проведенные эксперименты показали, что при небольшом изменении влагосодержания внутренней среды крупногабаритного ИК-объектива, на внутренней поверхности корпуса которого размещались источник излучения, фотоприемник и эталонный оптический элемент, происходит деградация серебряного покрытия, что приводит к изменению сигнала, отраженного от эталонного оптического элемента, регистрируемого фотоприемником. Блок обработки сигналов реагирует на это изменение включением звуковой или световой сигнализации. Заявляемое устройство удобно в эксплуатации, автоматизировано и осуществляет оперативный контроль изменения влагосодержания внутренней среды.