RU200418U1 - Универсальный прожектор - Google Patents

Abstract

Универсальный прожектор, содержащий корпус с защитным окном, внутри которого размещены отражатель, газоразрядный источник излучения, управляемый двухрежимный блок питания и блок поджига, подключенные к газоразрядному источнику излучения, модулятор, подключенный к управляемому двухрежимному блоку питания, и переключатель. Причем в него введены источник напряжения и разрядный конденсатор, подключенный к источнику напряжения через токоограничивающий резистор. При этом газоразрядный источник излучения выполнен в виде короткодуговой ксеноновой лампы, управляемый двухрежимный блок питания выполнен в виде первого источника тока, подключенного к короткодуговой ксеноновой лампе, и второго источника тока, подключенного к короткодуговой ксеноновой лампе через электронный ключ, управляющий вход которого подключен к выходу модулятора, разрядный конденсатор подключен к управляемому двухрежимному блоку питания и через электронный ключ – к короткодуговой ксеноновой лампе, а переключатель выполнен в виде блока выбора режима и подключен к модулятору. Модулятор может выполняться с возможностью изменения частоты повторения импульсов, в том числе с возможностью двойной или тройной модуляции тока управляемого блока питания, а также с возможностью девиации частоты повторения импульсов по заданному закону. Технический результат заключается в расширении области применения, предусматривающей его использование как поискового прожектора, светосигнального прожектора и устройства для создания оптических помех для чрезвычайно широкого спектра различных оптико-визуальных и оптико-электронных приборов и систем. 1 н. п. и 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

Description

Полезная модель относится к осветительным и светосигнальным системам для кораблей морского и речного флота, береговых служб, а также для систем охраны объектов инфраструктуры и объектов оборонного значения.

Известен судовой светосигнальный прожектор «Проблеск»

(http://lyambda78.ru/magazin/elektrooborudovanie/prozhektory-sudovye/pribor-sudovoj-svetosignalnyj-problesk/), предназначенный для освещения и передачи кодированных сигналов. Модуляция (кодирование) светового потока в нем осуществляется механическими шторками-жалюзи, управляемыми штоком. Механический привод шторок-жалюзи ограничивает максимальную скорость передачи кодированных сигналов.

Известно также судовое светосигнальное устройство, содержащее корпус с защитным окном, отражатель, источник питания, источник света (авт. свид. СССР №1516607). В этом светосигнальном устройстве модуляцию светового потока осуществляет внутренняя подвижная шторка с электромеханическим приводом.

Известен судовой прожектор по патенту RU 2017044, содержащий корпус с защитным окном, внутри которого размещены отражатель и ксеноновая короткодуговая лампа, управляемый двухрежимный блок питания, подключенный к выводам ксеноновой лампы, модулятор, подключенный к блоку питания, блок поджига лампы и переключатель.

В известном прожекторе для передачи кодированных по азбуке Морзе световых сигналов используется модуляция тока дуги лампы постоянного тока с наполнением ксеноном. Такое решение позволяет увеличить скорость передачи светосигнальной информации за счет отказа от механической и электромеханической модуляции светового потока лампы.

Этот известный прожектор принят за прототип.

Известный прожектор может использоваться лишь для узкой области применения, а именно, лишь для передачи светосигнальной информации, в то время как на практике существует потребность в универсальном устройстве, способном эффективно работать в качестве поискового прожектора, светосигнального прожектора и устройства для создания оптических помех для различных оптико-визуальных и оптико-электронных систем.

Кроме того, известный прожектор характеризуется невысокой силой света, которая в лучшем случае ограничена силой света или яркостью, соответствующей рабочему току лампы в непрерывном режиме работы.

Положительный эффект от применения предложенного универсального прожектора заключается в расширении области применения, предусматривающей его использование как поискового прожектора, светосигнального прожектора и устройства для создания оптических помех для чрезвычайно широкого спектра различных оптико-визуальных и оптико-электронных приборов и систем, а также в увеличении силы света при прочих равных условиях.

Указанный положительный эффект достигается тем, что в универсальный прожектор, содержащий корпус с защитным окном, внутри которого размещены отражатель и ксеноновая короткодуговая лампа, управляемый двухрежимный блок питания и блок поджига, подключенные к выводам ксеноновой лампы, модулятор, подключенный к управляемому двухрежимному блоку питания, переключатель, введены источник напряжения и разрядный конденсатор, подключенный к источнику напряжения через токоограничивающий резистор и подключенный к управляемому двухрежимному блоку питания, при этом управляемый двухрежимный блок питания выполнен в виде первого источника тока, подключенного к выводам ксеноновой лампы, и второго источника тока, подключенного к выводам ксеноновой лампы через электронный ключ, управляющий вход которого подключен к выходу модулятора, разрядный конденсатор подключен к первому источнику тока, а переключатель выполнен в виде блока выбора режима и подключен к модулятору.

При этом модулятор может быть выполнен с возможностью изменения частоты повторения импульсов.

При этом модулятор может выполняться с возможностью двойной или тройной модуляции.

Кроме того, модулятор может быть выполнен с возможностью девиации частоты повторения импульсов по заданному, в том числе, по случайному, закону.

Полезная модель поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого универсального прожектора, на фиг. 2 - осциллограмма характерного вида его импульса излучения, зарегистрированного с помощью фотоприемника и цифрового осциллографа.

Универсальный прожектор содержит защитный корпус 1 с окном 2, в котором установлены отражатель 3, рабочая отражающая поверхность которого выполнена в виде параболоида вращения, и короткодуговая ксеноновая лампа 4, например, типа ДКсШ-1000, ДКсЭЛ-1000, ДКсШ-3000, или аналогичные зарубежного изготовления.

Защитное окно 2 выполнено из закаленного оптического стекла.

К электродам лампы 4 подключены блок поджига 5 и управляемый двухрежимный блок питания 6.

Блок поджига 5 выполнен по типовой для мощных кинопроекционных дуговых ксеноновых ламп схеме на основе импульсного повышающего трансформатора, способного обеспечить выработку высоковольтного (20…30 кВ в режиме холостого хода) поджигающего импульса.

Управляемый двухрежимный блок питания 6 может быть выполнен различным образом при условии обеспечения работы в первом режиме выходного тока (1…10 А) и второго режима выходного тока (40…60 А), причем переключение между указанными режимами должно осуществляться по внешнему управляющему сигналу.

В предложенном универсальном прожекторе управляемый двухрежимный блок питания 6 выполнен в виде первого источника тока 7, подключенного непосредственно к лампе 4, и второго источника тока 8, подключенного к лампе 4 через электронный ключ 9, управляющий вход которого подключен к выходу модулятора 10. Источники тока 7 и 8 выполнены по схеме инвертора (DC/DC преобразователь).

Электронный ключ 9 выполнен на базе IGBT модуля типа CML00HA-24H.

Модулятор 10 выполнен на базе микропроцессора (микроконтроллера) и служит для генерации последовательности управляющих импульсов с необходимыми для конкретного применения универсального прожектора временными характеристиками: частотой повторения импульсов, длительностью и скважностью импульсов. Для управления непосредственно оператором модулятор 10 снабжен ключём (кнопкой) 11.

Переключатель 12 представляет собой электромеханический или электронный блок, задающий тот или иной режим работы модулятора 10 и всего прожектора в целом. В варианте выполнения переключатель 12 позволяет установить один из следующих режимов работы универсального прожектора:

- прожекторный;

- светосигнальный;

- помеховый НЧ (низкой частоты);

- помеховый ВЧ (высокой частоты).

Источник напряжения 13 выполнен по любой известной схеме, обеспечивающей напряжение от 100 В до одного или нескольких кВ.

К источнику напряжения 13 через токоограничивающий резистор 14 подключен разрядный конденсатор 15, который, в свою очередь, подключен к управляемому двухрежимному блоку питания 6 и через электронный ключ 9 - к лампе 4. Емкость разрядного конденсатора 15 в варианте выполнения может составлять от 1 до 100 мкФ.

Полупроводниковые вентильные элементы (диоды) 16, 17, 16 и 19 принципиального значения для работы предложенного универсального прожектора не имеют и используются в схеме фиг.1 в качестве вспомогательных элементов, обеспечивающих развязку источников тока 7, 8 и источника напряжения 13 друг от друга.

Работа универсального прожектора в различных режимах происходит следующим образом.

Работа в режиме «прожекторный»

Переключатель 12 устанавливается в положение «Прожекторный». В этом случае модулятор 10 вырабатывает управляющий сигнал постоянного уровня, который открывает электронный ключ 9.

При нажатии на кнопку пуска (на фиг. 1 не показана) блок поджига 5 вырабатывает высоковольтный (30…40 кВ) импульс, который прикладывается к электродам короткодуговой ксеноновой лампы 4. В результате в среде ксенона, находящегося в кварцевой колбе короткодуговой лампы 4, между электродами лампы возникает первичный электрический пробой, т.е. на короткое время появляется проводящий электрический шнур (стриммер), который «подхватывается» источниками 7, 8 и 13 и через лампу 4 устанавливается рабочий ток I_p, равный сумме трех составляющих:

где I₁ - ток первого источника тока 7;

I₂ - ток второго источника тока 8;

I₃ - ток от источника напряжения 13 через токоограничивающий резистор 14.

В таком режиме короткодуговая ксеноновая лампа 4 работает в штатном паспортном режиме, а универсальный прожектор в целом используется как поисковый прожектор для освещения удаленных объектов. Световой поток лампы 4 падает на отражатель 3 и через защитное окно 2 направляется на объект наблюдения.

Работа в режиме «светосигнальный»

Переключатель 12 устанавливается в положение «Светосигнальный». В этом случае модулятор 10 вырабатывает управляющий сигнал, длительность которого задается оператором и соответствует длительности нажатия кнопки 11. При ненажатой кнопке 11 управляющий сигнал отсутствует, и электронный ключ 9 находится в разомкнутом положении и в этом случае через лампу 4 протекает только ток I₁ от первого источника тока 7. Этот ток соответствует уровню 1 на осциллограмме фиг. 2.

При нажатии кнопки 11 модулятор 10 вырабатывает управляющий сигнал и переводит электронный ключ 9 в замкнутое состояние. Разрядный конденсатор 15, который предварительно при разомкнутом электронном ключе 9 зарядился от источника напряжения 13 через токоограничивающий резистор 14, разряжается через короткодуговую ксеноновую лампу 4, вызывая кратковременное увеличение тока и, соответственно, излучаемого светового потока (уровень 3 на осциллограмме фиг. 2). Затем после окончания переходного процесса ток через короткодуговую ксеноновую лампу 4 и, соответственно, излучаемый световой поток, принимает установившееся значение (уровень 2 на фиг. 2) в соответствии с выражением (1). Этот ток протекает через лампу 4 до тех пор, пока нажата кнопка 11. После отпускания кнопки 11 управляющий сигнал модулятора 10 снимается, электронный ключ 9 размыкается и через лампу 4 остается течь только ток I₁ от первого источника тока 7.

Т.о., с помощью кнопки 11 осуществляется ручная модуляция потока излучения универсального прожектора от исходного уровня 1 на фиг. 2 (ток через лампу I₁) до уровня 2 (ток через лампу I_p) с переходным процессом до уровня 3. Длительность светового импульса определяется длительностью нажатия кнопки 11. Такие характеристики позволяют передавать кодированные световые сигналы, например, по азбуке Морзе.

Вместо кнопки 11 могут использоваться автоматические блоки, например, задатчик кода Морзе.

В режиме «светосигнальный» предложенный универсальный прожектор обеспечивает все возможности, присущие прототипу.

При этом обеспечивается увеличение эффективной силы света прожектора, что обусловлено следующим.

Как уже указывалось, каждый из излученных импульсов света прожектора имеет структуру, показанную на фиг. 2. Параметры разрядной цепи «конденсатор 15 - диод 16 - открытый электронный ключ 9 - соединительные провода - межэлектродный разрядный промежуток короткодуговой ксеноновой лампы 4» подобраны так, чтобы постоянная времени разряда была существенно меньше времени реакции человеческого глаза, которое для разных условий составляет 0,1…0,2 с. В этом случае наблюдатель не воспринимает кратковременный «всплеск» излучения за счет разряда конденсатора 15 как самостоятельную вспышку. Наблюдателю оптический импульс с временной структурой по фиг. 2 представляется одиночной вспышкой длительностью t с увеличенной яркостью. Увеличение яркости соответствует усредненной за время t интенсивности излучения (площадь под кривой интенсивности делится на величину временного интервала t).

Т.о., эффективная сила света предложенного прожектора для удаленного наблюдателя превышает уровень 2 на фиг. 2, который при прочих равных условиях соответствует прототипу. Причем это превышение может достигать 2-х раз.

Сказанное подтверждается экспериментом, в котором ксеноновая дуговая лампа ДКсШ-1000 прожектора включалась в штатном режиме с током через лампу 45 А. На некотором удалении от нее размещался люксметр типа Ю-116 (стрелочный) со значительной инерцией магнитоэлектрического регистрирующего прибора. Измеренная световая освещенность (за вычетом фоновой освещенности) составляла 340 лк.

Затем лампа запитывалась от схемы фиг. 1 с током 1 А, соответствующем уровню 1 на фиг. 2 и током 45 А по выражению (1), соответствующем уровню 2 на фиг. 2. Модулятор 10 работал в режиме «меандр», когда длительность импульса равна временному интервалу между окончанием предыдущего и началом последующего импульсов. При выключенном источнике напряжения 13 люксметр показывал световую освещенность 160 лк, что с учетом допустимой в условиях эксперимента погрешности соответствует средней за период повторения импульсов величине. При включении источника напряжения 13 и соответствующем подборе его напряжения, и емкости конденсатора 15 средняя (эффективная) световая освещенность, измеренная люксметром, составила 320 лк для частоты повторения импульсов 10 Гц и 300 лк для частоты 5 кГц.

Т.е., «добавка» к освещенности за счет дополнительной энергии разряда конденсатора 15 составляет почти 100% или, что то же самое, увеличение эффективной силы универсального прожектора достигает практически 2-х раз.

Работа в режиме «помеховый НЧ»

Переключатель 12 устанавливается в положение «Помеховый НЧ». В этом случае модулятор 10 вырабатывает управляющий сигнал в виде меандра, когда длительность импульса равна длительности паузы между импульсами. Частота повторения импульсов выбирается в пределах 8…12 Гц, при этом возможна девиация частоты повторения импульсов по любому заданному закону. В конкретном примере выполнения девиация частоты повторения импульсов выполнена по случайному закону.

В соответствии с выработанным модулятором 10 управляющим сигналом коммутируется электронный ключ 9 и формируется модулированный ток через короткодуговую ксеноновую лампу 4 от величины I₁ до величины I_p по соотношению (1) аналогично тому, как это описано выше для режима «Светосигнальный». Каждый токовый импульс вызывает соответствующий импульс света с временной структурой по фиг. 2, при этом на каждом световом импульсе присутствует кратковременный интенсивный всплеск за счет разряда конденсатора 15 на ксеноновую лампу 4.

Режим «Помеховый НЧ» применяется для воздействия непосредственно на людей и на различные оптико-визуальные системы, где главную роль играет наблюдатель. Известно, что импульсы интенсивного светового излучения, повторяющиеся с частотой 8…12 Гц, вызывают негативное воздействие на высшую нервную деятельность человеческого мозга: возникает чувство дискомфорта и тревоги, нарушается пространственная координация, у значительной части облучаемых возникают галюцигенные эффекты, тошнота и рвота. При таком облучении существенно снижается, например, возможность ведения прицельного огня из стрелкового оружия различных типов.

Использование девиации частоты повторения импульсов излучения снижает возможности человеческого организма по возможной индивидуальной приспособляемости (привыканию) к условиям импульсного облучения.

Так же, как и для светосигнального режима, эффективная сила света предложенного прожектора для облучаемых наблюдателей превосходит аналоги и прототип (при прочих равных условиях, т.е. для одной и той же лампы и для одного и того же рабочего тока лампы) за счет интенсивного всплека излучения, обусловленного разрядом конденсатора 15.

Такие свойства повторяющегося светового импульсного излучения предложенного универсального прожектора позволяют в ночных и сумеречных условиях эффективно подавлять нежелательную и противоправную деятельность, например, в ходе антитеррористических операций, для борьбы с нарушителями государственной границы или охраняемых периметров.

Работа в режиме «помеховый ВЧ»

Переключатель 12 устанавливается в положение «Помеховый ВЧ». В этом случае модулятор 10 вырабатывает управляющий сигнал в виде меандра с частотой повторения импульсов от 20…30 Гц до 5…7 кГц в зависимости от решаемой в данный момент тактической задачи, при этом возможна девиация частоты повторения импульсов по любому заданному закону.

Как и в описанном выше режиме работы, управляющий сигнал модулятора 10 коммутирует электронный ключ 9, в результате чего формируется модулированный ток через короткодуговую ксеноновую лампу 4. Каждый токовый импульс вызывает соответствующий импульс света с временной структурой по фиг. 2, при этом на каждом световом импульсе присутствует кратковременный интенсивный всплеск за счет разряда конденсатора 15 на короткодуговую ксеноновую лампу 4.

Режим «помеховый ВЧ» применяется для воздействия на широкую номенклатуру различных оптико-электронных средств наблюдения, наведения и самонаведения.

Так, в военной технике часто используются оптико-электронные приборы самонаведения, работающие по пятну излучения лазерного целеуказателя, которым оператор-наводчик обозначает цель для поражения. Предлагаемый универсальный прожектор в режиме «помеховый ВЧ» способен эффективно противодействовать таким системам, поскольку в структуре его импульса излучения (фиг. 2) имеется кратковременный интенсивный «всплеск» с высокой скоростью нарастания и спада интенсивности излучения, характерной для лазерного импульса подсвета цели. Этот «всплеск» имитирует лазерный импульс подсвета цели, а непрерывный характер широкого излучаемого спектра (в пределах прозрачности кварцевой колбы ксеноновой лампы 4 от 200 нм до 2,5…2,7 мкм) позволяет перекрыть спектральный диапазон подавляющего большинства современных твердотельных лазеров военного назначения.

При этом предлагаемый универсальный прожектор может использоваться, например, следующим образом:

а) как средство для создания «ложной цели», уводящей атакующий боеприпас с оптико-электронной лазерной полуактивной головкой самонаведения от настоящей цели, подсвеченной лазерным целеуказателем (в этом случае частота повторения импульсов излучения универсального прожектора должна соответствовать частоте лазерного целеуказателя, а это обычно составляет 20…50 Гц), или

б) как средство для реализации «заградительной» оптической помехи, мешающей оптико-электронной лазерной полуактивной головке самонаведения осуществить захват подсвеченной цели (в этом случае частота повторения импульсов излучения универсального прожектора должна достигать 1 и более кГц).

Противодействие современным оптико-электронным системам с использованием анализа и распознавания изображений (на основе фотоприемных структур типа ПЗС-матриц, фотодиодных линеек и пр.) предлагаемый универсальный прожектор оказывает при попадании прямого или отраженного пучка излучения в объектив фотоприемного устройства. Результат взаимодействия внутренних циклических процессов в фотоприемном устройстве (например, частоты смены кадров, или частоты строк) с внешним воздействием повторяющихся оптических импульсов проявляется в виде помех на изображении (линии и полосы разной толщины и формы). Экспериментальные исследования с макетным образцом универсального прожектора показали, что наибольший эффект (т.е. наибольшее мешающее наблюдателю воздействие) наблюдается при работе универсального прожектора с частотой повторения импульсов 600…1000 Гц. При этом покадровый анализ наблюдаемого видеосюжета при работе универсального прожектора с такой частотой показывает, что практически все проанализированные кадры можно охарактеризовать как «кадры с частичной потерей (от 50 до 100%) отображаемой информации». А работа универсального прожектора с такой частотой повторения импульсов и с девиацией частоты приводит к нестационарному (или непрогнозируемому при случайном характере девиации частоты) проявлению оптической помехи, что критически затрудняет или делает невозможной отстройку от воздействия такой помехи.

Еще более широкие возможности по воздействию на оптико-электронные системы предлагаемый универсальный прожектор имеет при использовании двойной или тройной модуляции тока через короткодуговую ксеноновую лампу 4. Так, модулятор 10 может вырабатывать управляющие импульсы в виде последовательности импульсов частотой, например, 10 Гц, промодулированные импульсами частотой 200…400 Гц, каждый из которых, в свою очередь промодулирован импульсами частотой 5…7 кГц. Такой сложный характер «вложенной» модуляции обеспечивает одновременное многочастотное воздействие на подавляемую оптико-электронную систему.

Изложенное выше описание работы предложенного универсального прожектора в различных режимах и объяснение происходящих в этих режимах процессов доказывают достижение заявленного положительного эффекта в части расширения области применения.

Предложенное устройство с успехом может быть использовано как поисковый прожектор, светосигнальный прожектор и как устройство для создания оптических помех для широкого спектра различных оптико-визуальных и оптико-электронных приборов и систем. При этом в определенных режимах работы достигается увеличение эффективной излучаемой силы света.

В созданном образце прожектора осевая сила света для непрерывного режима работы составляет 50…60 Мкд, при этом пиковое значение силы света (в режимах «светосигнальный», «помеховый НЧ» и «помеховый ВЧ») составляет 250…350 Мкд. Частота повторения импульсов излучения от 0 (одиночные вспышки) до 5 кГц.

Claims (4)

1. Универсальный прожектор, содержащий корпус с защитным окном, внутри которого размещены отражатель, газоразрядный источник излучения, управляемый двухрежимный блок питания и блок поджига, подключенные к газоразрядному источнику излучения, модулятор, подключенный к управляемому двухрежимному блоку питания, и переключатель, отличающийся тем, что в него введены источник напряжения и разрядный конденсатор, подключенный к источнику напряжения через токоограничивающий резистор, при этом газоразрядный источник излучения выполнен в виде короткодуговой ксеноновой лампы, управляемый двухрежимный блок питания выполнен в виде первого источника тока, подключенного к короткодуговой ксеноновой лампе, и второго источника тока, подключенного к короткодуговой ксеноновой лампе через электронный ключ, управляющий вход которого подключен к выходу модулятора, разрядный конденсатор подключен к управляемому двухрежимному блоку питания и через электронный ключ – к короткодуговой ксеноновой лампе, а переключатель выполнен в виде блока выбора режима и подключен к модулятору.

2. Универсальный прожектор по п. 1, отличающийся тем, что модулятор выполнен с возможностью изменения частоты повторения импульсов.

3. Универсальный прожектор по п. 2, отличающийся тем, что модулятор выполнен с возможностью двойной или тройной модуляции импульсов.

4. Универсальный прожектор по п. 2, отличающийся тем, что модулятор выполнен с возможностью девиации частоты повторения импульсов по заданному закону.

Images