RU112425U1

RU112425U1 - DEVICE FOR CONTROL OF CHANGES IN MOISTURE CONTENT

Info

Publication number: RU112425U1
Application number: RU2011138902/28U
Authority: RU
Inventors: Сергей Вольдемарович Солк
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2012-01-10

Abstract

Устройство для оперативного 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, отличающееся тем, что устройство 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 эк� A device for operational monitoring of changes in moisture content, mainly of the internal environment in a sealed optical system, including a source of optical radiation emitting in the visible range of wavelengths, and a receiver of optical radiation in the visible range of wavelengths, made with the possibility of mounting them on the inner surface of the housing of the optical system, characterized in that the device additionally contains a reference optical element, respectively, transmitting or reflecting radiation of the optical radiation source, made with the possibility of attaching it to the inner surface of the optical system housing, a signal processing unit associated with the optical radiation receiver, configured to be placed outside the optical system housing, as well as control units for the operation of the optical radiation source and the optical radiation receiver, respectively associated with the optical radiation source and the optical radiation receiver, made with the possibility of placement outside the housing of the optical system, while the source of optical radiation, the reference optical element and the receiver of optical radiation are optically coupled, the reference optical element is designed so that the moisture resistance of the coating of its working surfaces is less than the moisture resistance of the least moisture-resistant of all the working surfaces of the optical system elements, the processing unit signals contains control data, respectively, on the transmission or reflection by the reference optical element of radiation from the optical radiation source, previously measured before the start of the test.

Description

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.The utility model relates to optical instrumentation and can be used to monitor the state of the internal environment in optical systems of instruments and devices. The use of the utility model in devices operating in the middle (3-5 μm) and far (8-14 μm) IR spectral regions is especially relevant. Such devices include thermal imagers, radiometers, heat direction finders, etc.

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.A significant problem that arises during the operation of optical systems is the destruction (degradation) of antireflective, reflective, spectro-fission, and other coatings of optical elements that make up optical systems. Destruction of coatings leads to a deterioration in the transmission of optical radiation in the operating range of the spectrum. In order to increase the operability of optical systems, the most resistant to external influences (humidity, salt fog, temperature difference, dynamic exposure to dust, etc.) are usually coated on the first and last surfaces of optical elements. The housing of the optical system is sealed, and the volume limited by the housing is filled with special gas or vacuum. However, during the operation of the device, the tightness may be broken, outside air will get into the optical system and the destruction of the optical coatings will begin. An important task is to control the state of the gaseous medium inside the optical system. This is primarily important for IR optical systems, the optical elements of which are made of materials with high refractive indices, which are very sensitive to external influences.

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.Humidity of the gaseous medium inside a sealed optical system is one of the most important parameters that affect the normal functioning of the system and its performance under certain conditions. During the operation of optical systems, it is necessary to have information about the state of the moisture content of the medium inside the optical system. As you know, the moisture content characterizes the moisture content (gaseous water) in the gaseous medium and is expressed in mass, molar or volume fractions and moisture concentrations in the medium [Begunov A.A. Theoretical foundations and technical means of hygrometry. Metrological aspects. - M.: Publishing. standards, 1988 - 176 p.]. For sealed optical systems, this medium is either a gas mixture, which fills the volume inside the body of the optical system, containing two main components: moisture and dry gas, or a vacuum medium in the internal volume of the body during evacuation and sealing of the optical system. In both cases, during the operation of the optical system, when moisture enters the body, the moisture content of its internal environment (i.e., the medium in the volume limited by the body of the optical system) can change. To prevent irreversible malfunctions in the operation of the optical device due to violation of the enclosure sealing, continuous operational monitoring of the moisture content of the internal environment of the optical system of the device is necessary.

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.A device is known, taken as an analogue to the claimed utility model, [Handbook of the designer of optical-mechanical devices, under. ed. V.A. Panova. - 3rd edition - L., Engineering, Leningrad Branch, 1980, p. 726], which is a container cartridge made with the possibility of placement inside the body of the optical system, having a transparent window for observation. The cartridge contains a silica gel indicator, which is a dry grain of finely porous dried silica gel, impregnated with a solution of cobalt salts. With a change in the moisture content of the internal medium in a closed volume inside the body of the optical system, the color of the silica gel previously dried at a temperature of 120 ± 5 ° С changes due to its moistening (the color of the grains changes from light blue to lilac or pink). The disadvantages of the device are as follows. The device does not provide automatic control of changes in the moisture content of the internal environment in the optical system, data on changes in moisture content are biased, since the color change is determined "by eye" through the container window.

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.A known device selected for the prototype of the claimed utility model [S.V. Salk, V.E.Sabinin, A.A. Yakovlev. The problems of sealing IR lenses. // Abstracts of the 20th international scientific and technical conference on photoelectronics and night vision devices, May 27-30, 2008, Moscow, Russia, p.199-200], consisting of an LED and a photodetector, made with the possibility of mounting on the inner surface of the optical housing system. The LED is fixed so that its radiation during operation is directed to one of the working surfaces of the optical elements of the system. The reflected radiation is recorded by a photodetector. When the moisture content of the internal environment of the optical system changes, the coating of the optical element can be destroyed, which will lead to a change in the signal recorded by the photodetector. The disadvantages of this device is that the device does not provide timely and operational control of changes in moisture content in the optical system. The device records the change in moisture content when the degradation of coatings of the working elements of the optical system has already begun. In this case, it may be found that it is not enough just to restore the tightness of the body of the optical system, and re-polishing of the optical elements and re-coating is necessary. In addition, it is not always possible to place the device so that the radiation is reflected from the surface of the optical element having the least moisture-resistant coating.

Сущность полезной модели заключается в следующем.The essence of the utility model is as follows.

Задачей полезной модели является создание автоматизированного устройства, осуществляющего своевременный и оперативный контроль изменения влагосодержания, преимущественно внутренней среды в герметизированной оптической системе.The objective of the utility model is to create an automated device that provides timely and operational control of changes in moisture content, mainly of the internal environment in a sealed optical system.

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.The technical result that is achieved by implementing the utility model is to increase the efficiency of monitoring changes in moisture content, mainly of the internal environment in a sealed optical system while ensuring automation of control. The device is also characterized by high reliability of data on the detection of changes in the moisture content of the internal environment.

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.The specified technical result is achieved by the fact that a device for controlling changes in moisture content, mainly of the internal environment in a sealed optical system, including an optical radiation source emitting in the visible wavelength range and an optical radiation receiver in the visible wavelength range, made with the possibility of mounting them on the inner surface the housing of the optical system, in accordance with the claimed technical solution further comprises a reference optical element, respectively but transmitting or reflecting the radiation of the optical radiation source, configured to be mounted on the inner surface of the optical system housing, a signal processing unit associated with the optical radiation receiver, configured to be placed outside the optical system housing, as well as control units for operating the optical radiation source and an optical radiation receiver, respectively associated with an optical radiation source and an optical radiation receiver, configured to placement outside the body of the optical system, while the optical radiation source, the reference optical element and the optical radiation receiver are optically coupled, the reference optical element is designed so that the moisture resistance of the coating of its working surfaces is less than the moisture resistance of the least moisture resistant of all coatings of the working surfaces of the elements of the optical system, the signal processing unit contains control data, respectively, on the transmission or reflection of a reference optical element of radiation from an optical source radiation, previously measured before the start of the operation of the optical system, and made with the possibility of comparing the data, respectively, on the transmission or reflection of the reference optical element of the radiation from the optical radiation source, measured during operation of the optical system, with control data and signaling changes in the moisture content of the internal environment optical system for the deviation of the measured data from the control.

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.The inventive device operates as follows. An optical radiation source emitting in the visible wavelength range and an optical radiation receiver in the visible wavelength range (the sensitivity of the receiver is consistent with the spectral characteristics of the emitter), as well as a reference optical element, respectively, transmitting or reflecting radiation are mounted on the inner surface of the housing of a predominantly sealed optical system source of optical radiation. A coating is applied to the working surfaces of the reference optical element, the moisture resistance of which is lower than the moisture resistance of the remaining coatings of the optical elements of the optical system. The optical radiation source, the reference optical element and the optical radiation receiver are optically coupled and located inside the housing so that the working radiation of the main optical system does not interfere with the beam path in the device. The control units for the operation of the optical radiation source and the optical radiation receiver, respectively associated with the optical radiation source and the optical radiation receiver, are arranged to be placed outside the optical system body. The optical radiation source, controlled by commands from the source operation control unit, emits radiation that falls on the reference optical element, then, being reflected or refracted on the working surfaces of the reference optical element, falls on the optical radiation receiver controlled by the receiver operation control unit. A signal processing unit is coupled to the optical radiation receiver, arranged to be placed outside the optical system housing. The signal processing unit contains control data, respectively, of the transmission or reflection of the reference optical element of the radiation from the optical radiation source, previously measured before the start of operation of the optical system. In the case of depressurization of the system and changes in the moisture content of the internal environment, degradation of the non-moisture-resistant coating of the reference optical element will begin, which will lead to a change in the transmission or reflection of radiation by the reference optical element. Accordingly, the signal registered by the radiation receiver and entering the signal processing unit will change. The signal processing unit is capable of comparing data, respectively, by transmitting or reflecting radiation from a source of optical radiation, measured during operation of the optical system, with a reference optical element with reference data. If there are deviations of the recorded data from the control, an alarm is triggered, notifying of a change in the moisture content of the internal environment of the optical system. By the magnitude of the difference between the recorded and control data, the operator can decide on the further functioning of the optical system and the need for measures to restore moisture content.

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.At the enterprise FSUE NIIKI OEP, an experimental model of the inventive device was manufactured using standard units manufactured by the industry. A plane parallel plate was used as a reference optical element, on the working surface of which a vacuum coating ΘM.V.002 was applied - a silver layer without protection, whose moisture resistance is less than the moisture resistance of antireflective coatings of lenses made of germanium or silicon, as a rule, used in IR optical systems. The reference optical element reflected the radiation of the LED. An FD-23K photodiode was used as a receiver. The experiments showed that with a small change in the moisture content of the internal environment of a large IR lens, on the inner surface of the housing of which a radiation source, a photodetector, and a reference optical element were located, the silver coating degraded, which leads to a change in the signal reflected from the reference optical element recorded by the photodetector . The signal processing unit responds to this change by turning on the sound or light alarm. The inventive device is convenient to operate, automated and carries out operational control of changes in the moisture content of the internal environment.

Claims

A device for the operational control of changes in moisture content, mainly the internal environment in a sealed optical system, including an optical radiation source emitting in the visible wavelength range, and an optical radiation receiver in the visible wavelength range, made with the possibility of mounting them on the inner surface of the body of the optical system, characterized the fact that the device further comprises a reference optical element, respectively transmitting or reflecting the radiation of the optical source radiation, made with the possibility of mounting it on the inner surface of the body of the optical system, the signal processing unit associated with the receiver of optical radiation, made with the possibility of placement outside the body of the optical system, as well as control units for the operation of the optical radiation source and the optical radiation receiver, respectively associated with the source of optical radiation and the receiver of optical radiation, made with the possibility of placement outside the body of the optical system, while the nickel of optical radiation, the reference optical element and the receiver of optical radiation are optically coupled, the reference optical element is made so that the moisture resistance of the coating of its working surfaces is less than the moisture resistance of the least moisture resistant of all coatings of the working surfaces of the elements of the optical system, the signal processing unit contains control data for transmission or reflection, respectively a reference optical element of radiation from an optical radiation source, previously measured before operation of the optical system, and is configured to compare data, respectively, on the transmission or reflection of the reference optical element from the optical radiation source, measured during operation of the optical system, with control data and signaling changes in the moisture content of the internal environment of the optical system by deviation of the measured data from the control.