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。)