某光電觀測(cè)儀圖像非預(yù)期切換原因及解決措施

張振良 周威

摘要：本文針對(duì)某型光電觀測(cè)儀圖像非預(yù)期切換現(xiàn)象，從原理上對(duì)其進(jìn)行了分析計(jì)算，找到了導(dǎo)致該問(wèn)題的根源是磁鐵選定不當(dāng)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不足，致使保持力矩不夠。通過(guò)重新選定永磁體、優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等措施，使其保持力矩得到強(qiáng)化，從而使其抗沖擊載荷能力提高到72g。

一、問(wèn)題現(xiàn)象

某型光電觀測(cè)儀模塊通過(guò)濾光片切換實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光（彩色）與近紅外（透霧）兩種成像模式的切換。當(dāng)產(chǎn)品接收到“可見(jiàn)光成像”指令時(shí)，濾光片切換到可見(jiàn)光濾光片，圖像處理板圖像輸出轉(zhuǎn)換到彩色模式，圖像輸出為彩色；當(dāng)接收到“近紅外成像”指令時(shí)，濾光片切換到近紅外濾光片，圖像板圖像輸出轉(zhuǎn)換到黑白模式，圖像輸出為黑白。

在對(duì)該型觀測(cè)儀施加35g載荷時(shí)，在可見(jiàn)光（彩色）成像模式下，輸出的圖像突然變?yōu)榉钦２噬淖霞t色圖像，在發(fā)送“可見(jiàn)光成像”指令后圖像恢復(fù)正常。在對(duì)切換與輸出電路等進(jìn)行檢查確認(rèn)符合要求后，認(rèn)為可能是濾光片切換機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)存在問(wèn)題導(dǎo)致非預(yù)期切換。

二、成像切換機(jī)理

產(chǎn)品濾光片切換采用電磁鐵驅(qū)動(dòng)鐘擺式切換機(jī)構(gòu)，如（圖1）所示，擺桿上裝有磁鐵，擺桿卡入線圈座后在線圈座內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈座上套有線圈，線圈通電內(nèi)部產(chǎn)生電磁場(chǎng)，通過(guò)改變線圈輸入正負(fù)極實(shí)現(xiàn)電磁場(chǎng)磁極轉(zhuǎn)換，當(dāng)線圈產(chǎn)生的電磁場(chǎng)磁極與磁鐵磁極方向相反時(shí)驅(qū)動(dòng)擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，擺桿通過(guò)直線槽帶動(dòng)濾光片座繞銷(xiāo)釘擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)濾光片的切換，線圈座后固定有保持片，當(dāng)濾光片切換到位后線圈斷電，通過(guò)磁鐵與保持片的吸力保持?jǐn)[桿不動(dòng)。

濾光片切換組磁鐵采用N38釹鐵硼永磁體，剩磁約為1.2T，保持片距離磁鐵表面中心距離為2mm，根據(jù)計(jì)算保持片表面磁感應(yīng)強(qiáng)度約為0.5T，根據(jù)磁力公式：

產(chǎn)品要求能承受的最大橫向沖擊加速度為35g，由公式（4）、公式（5）計(jì)算得F2=0.33N。

因?yàn)镕2與F1是一對(duì)反作用力，所以在35g的縱向沖擊載荷下，濾光片座對(duì)擺桿作用力小于擺桿對(duì)濾光鏡座的作用力，濾光片不會(huì)自動(dòng)切換；在35g的橫向沖擊載荷下，濾光片座對(duì)擺桿作用力大于擺桿對(duì)濾光鏡座的作用力，濾光片發(fā)生自動(dòng)切換。

綜上所述，該型觀測(cè)儀工作在可見(jiàn)光（彩色）成像模式時(shí)，當(dāng)橫向加速度為35g時(shí)，濾光片會(huì)自動(dòng)切換到近紅外濾光片。由于近紅外濾光片只透過(guò)近紅外光，其余波長(zhǎng)范圍的光透過(guò)率低，所以三基色中只能透過(guò)紅色，藍(lán)綠色無(wú)法透過(guò)濾光片從而導(dǎo)致整個(gè)圖像呈現(xiàn)紫紅色，當(dāng)再發(fā)送“可見(jiàn)光成像”指令時(shí)，濾光片切換機(jī)構(gòu)切換到可見(jiàn)光濾光片，使圖像能恢復(fù)正常。

三、解決措施及效果

1.將濾光片切換組磁鐵改為N45釹鐵硼永磁體，剩磁提升到1.5T，在保持片表面磁感應(yīng)強(qiáng)度約為0.65T，同時(shí)將保持片中間開(kāi)口尺寸改為4×3mm以增加保持片面積， 提升了保持磁力，根據(jù)公式（1）改進(jìn)后F磁=4.9N，較改進(jìn)前提高了2.7N；

2.針對(duì)濾光片組重心離旋轉(zhuǎn)中心距離較遠(yuǎn)，重力矩影響較大，而擺桿重心基本位于旋轉(zhuǎn)中心重力矩影響小的情況，將濾光片座與擺桿旋轉(zhuǎn)180°（見(jiàn)圖6），將濾光片座重力矩轉(zhuǎn)換為保持力矩，優(yōu)化后產(chǎn)品經(jīng)試驗(yàn)?zāi)艹惺艿淖畲鬀_擊加速度達(dá)到72g（詳細(xì)措施另文闡述）。

（作者簡(jiǎn)介：張振良，1976.06出生，山東平度人，陸軍裝備部駐孝感地區(qū)軍代室主任、工程師，長(zhǎng)期從事裝備質(zhì)量工作。）