Инфракрасные системы «смотрящего» типа

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИСПЫТАНИЯХ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ

Под испытаниями в соответствии с ГОСТ 16504-81 понимается экспериментальное определение параметров и показателей качества продукции (в нашем случае - инфра­красных систем) в процессе функционирования или при имитации условий эксплуата­ции, а также при воспроизведении воздействий на продукцию по заданной программе. Порядок испытаний, их программы и методика, аппаратура для проведения испытаний при проектировании и производстве, состав технической документации и ее содержа­ние для ИКС принципиально остаются теми же, что и для всего класса оптико­электронных приборов и систем [21,45, 48].

Различают испытания производственные и эксплуатационные, т. е. на стадии изго­товления и на стадии эксплуатации ИКС.

Испытания классифицируются по целям. Исследовательские испытания предназна­чены для изучения отдельных свойств ИКС, в частности для определения зависимости предельно допустимых значений конструктивных параметров ИКС от режимов их функционирования (граничные испытания). Контрольные испытания проводят для оценки качества ИКС, сравнительные - для сопоставления характеристик качества двух или нескольких ИКС. Доводочные испытания нацелены на достижение требуемых показателей качества, а аттестационные - на оценку уровня качества ИКС при их ат­тестации.

Контрольные испытания достаточно разнообразны [48]. Так, приемочные испы­тания, предназначенные для решения вопроса о целесообразности постановки на производство опытных образцов (партий) ИКС, могут выполняться ведомственны­ми, межведомственными или государственными комиссиями. В зависимости от это­го их называют соответственно ведомственными, межведомственными и государ­ственными.

Приемосдаточным испытаниям как составной части производственного процесса, завершающей изготовление прибора, подвергаются все собранные приборы для про­верки их на соответствие требованиям технических условий (ТУ). Их сопровождает предварительный контроль испытуемых приборов, который выполняется на всех ста­диях производства и сведения о результатах которого должны содержаться в прилагае­мом к каждому прибору заключении отдела технического контроля и представителя за­казчика.

Испытания проводят в определенной последовательности в соответствии с картой технологического процесса испытаний. Для этого используют необходимые испыта­тельную аппаратуру и измерительные приборы, на которые должно быть выдано за­ключение об их аттестации и годности к применению в соответствии с действующими нормативными документами.

Процесс проведения приемосдаточных испытаний включает ряд этапов. На первом проверяют и изучают сопроводительную документацию и выполняют внешний осмотр приборов. Это позволяет выявить и исправить некоторые дефекты в процессе предва­рительной подготовки прибора к испытаниям. Далее проводят собственно испытания, в процессе которых проверяют общие и специальные характеристики прибора, установ­ленные ТУ и инструкциями с учетом особенностей конструкции, назначения и условий эксплуатации прибора. На заключительном этапе выявляют механические повреждения и коррозию, которые могли возникнуть при испытаниях прибора.

В процессе испытаний ведут технологический паспорт (журнал), в котором отража­ют весь ход испытаний, приводят сведения о возникших дефектах, об их устранении, а также протоколы, в которых помещают результаты испытаний.

На основании указанных материалов в сопроводительные документы прибора (пас­порт и формуляр) вносят следующие данные: заключение о пригодности к эксплуата­ции, отметки о результатах заводских и приемосдаточных испытаний, гарантийные сроки эксплуатации.

В зависимости от объемов и сроков различают испытания [45]:

- нормальные, обеспечивающие получение необходимой информации в те же сроки, что предусмотрены условиями обычного режима эксплуатации;

- ускоренные, позволяющие получать необходимую информацию в более короткий срок, чем предусмотрено условиями и режимами эксплуатации;

- форсированные, основанные на интенсификации процессов, вызывающих отказ и повреждения;

- сокращенные ускоренные - без интенсификации процессов, вызывающих отказы и повреждения.

В зависимости от условий проведения испытания могут быть натурными (полигон­ными), стендовыми и эксплуатационными. При натурных испытаниях ИКС в соответ­ствии со своим алгоритмом функционирует при взаимодействии с оператором или сис­темой управления, окружающей средой и связанными с ними системами, т. е. в услови­ях, близких к эксплуатационным. Натурные испытания не всегда можно организовать при разработке и изготовлении ИКС и их узлов, например, если они предназначены для космических аппаратов. Кроме того, натурные испытания дороги и требуют длительно­го времени для их проведения.

Стендовые испытания проводят на специальных стендах, с помощью которых физи­чески либо математически моделируют внешние воздействия на ИКС. В последнее время для выявления целесообразности сложных и дорогостоящих испытаний различных видов широко используют компьютерное моделирование. Если по его результатам оказывается, что получить заданные показатели качества ИКС невозможно, то с помощью тех же ма­тематических моделей можно провести параметрический или схемотехнический анализ разрабатываемой конструкции и, изменяя отдельные параметры конструкции прибора или его схемы, прийти к требуемому результату. Затем процесс последовательных испы­таний изделия продолжается. Иногда их разделяют на два типа: для оценки параметров ИКС или ее элементов и пригодности ИКС для работы в составе более сложного техни­ческого комплекса. С этой целью при испытаниях определяют характеристики процес­сов, возникающих при взаимодействии ИКС с другими системами и окружающей средой.

К техническим средствам испытаний (ТСИ) предъявляются следующие требования:

- адекватность множества воспроизводимых имитационными стендами воздействий множеству действительных, влияющих на качество функционирования ОЭП;

- соответствие метрологических характеристик имитационных стендов заданным требованиям;

- возможность контроля стендов, т. е. наличие соответствующего контрольно­измерительного оборудования;

- соответствие габаритных размеров и присоединительных устройств стенда и ИКС.

Испытания на воздействие внешних факторов и условий эксплуатации разделяют на

Механические, климатические, термобарические, специальные.

Аппаратура и методики механических испытаний подробно описаны в специальной литературе и нормативной документации (ГОСТ, ОСТ, инструкции и т. п.) и здесь не рассматриваются. Отметим лишь, что наиболее часто ИКС подвергаются следующим воздействиям, которые могут быть реализованы в одной, двух или трех плоскостях в зависимости от технических условий на прибор:

- синусоидальным вибрациям заданной частоты для оценки прочности;

- синусоидальным вибрациям с изменяющимися частотами для определения резо­нансных частот и проверки устойчивости параметров;

- случайным вибрациям для оценки устойчивости параметров;

- одиночным и многократным ударам для проверки механической прочности и ус­тойчивости ИКС и ее элементов;

- линейному ускорению для проверки устойчивости параметров;

- транспортной тряске для проверки устойчивости ИКС в составе объекта и в упа­кованном виде;

- качанию для проверки устойчивости параметров ИКС при изменении направления движения с изменяющимся ускорением.

Проверка на механическую прочность проводится в нерабочем состоянии приборов, а проверка на механическую устойчивость — при рабочем (включенном) состоянии ИКС.

При испытаниях на вибропрочность выявляют дефекты сборки и юстировки, проч­ность конструкции и ее отдельных узлов, надежность контактов и т. п.

Испытания на воздействие ударных нагрузок проводят обычно в нерабочем состоя­нии ИКС, т. е. проверяют ударную прочность системы. В ряде случаев проверяется и ударная устойчивость системы. Некоторые ИКС подвергаются ударным испытаниям при падении. Используемые на практике ударные стенды различных типов различают по диапазону ударных ускорений, частоте ударов, наибольшей массе испытуемых при­боров и наибольшей высоте падения. При этом оговариваются частота ударов в минуту, общее число ударов за весь период испытания, длительность ударного импульса и ударное ускорение.

Испытания приборов на воздействие линейных ускорений проводят на центрифугах. Прибор крепится на траверсе или столе центрифуги на определенном расстоянии от оси вращения. С противоположной стороны устанавливается противовес или аналогич­ный прибор.

Испытания на транспортную тряску для ИКС, упакованных в ящики, проводят в натурных условиях, т. е. в кузове грузового автомобиля, который движется по неровной дороге со скоростью 20...40 км/ч на расстояние до 1000 км. Используются также стен­ды, имитирующие транспортную тряску с частотой 40...80 Гц, создаваемую кулачко­выми механизмами.

Многие ИКС должны нормально функционировать в сложных климатических усло­виях: при изменении температуры, влажности, воздействии атмосферных осадков, аг­рессивных сред (морской воды, тумана и т. п.), пыли и др. Поэтому такие ИКС подвер­гают климатическим испытаниям:

- на устойчивость к быстрому изменению температуры окружающей среды от ми­нимальной до максимальной и к циклическим изменениям температуры в этом диапа­зоне;

- на воздействие окружающей среды повышением и понижением температуры и влажности;

- на воздействие атмосферных конденсированных осадков (росы или инея);

- на воздействие дождя;

- на водозащищенность;

- на воздействие соляного (морского) тумана и других агрессивных сред;

- на статическое и динамическое воздействие пыли и песка.

Комплексные и климатические испытания проводят при различном сочетании ука­занных воздействий. Кроме того, возможны и дополнительные испытания, оговаривае­мые в частных технических условиях на прибор.

Можно выделить климатические испытания на устойчивость эксплуатационных параметров и показателей качества при предельных допустимых влияющих факторах и при их изменениях. В первом случае параметры приборов должны находиться в за­данных пределах при их эксплуатации, во втором - параметры приборов, их внешний вид и другие показатели не должны иметь необратимых изменений после прекраще­ния испытаний.

При испытаниях на изменение температуры приборы помещают в специальные ка­меры: термостаты и криостаты (холодильники). В частных технических условиях должны быть указаны режимы испытаний: температуры и скорости изменения, про­должительность испытания при различных значениях температуры, режим последую­щего изменения температуры до заданного рабочего значения, перепады температур различных частей приборов и т. п. Испытания при повышенной температуре проводят в термостатах, работу в которых обеспечивают электрические, водяные или паровые обогреватели. При этом проверяют функционирование приборов, отсутствие дефектов в оптических узлах, например расклеек, деформаций в кинематических звеньях, со­стояние электроизоляции, смазочного материала и уплотняющей или герметизирующей замазки. Для испытаний при пониженной температуре используют холодильные камее ры - криостаты, в которых поддерживается необходимая низкая температура. При этом после выдержки прибора при минимальной температуре непосредственно в холодиль­ной камере проверяют его функционирование и выходные характеристики, внешний вид и наличие дефектов в различных узлах.

Испытания при повышенной влажности проводятся в камерах теплоты и влаги - гидростатах, в которых влажность можно довести до 98% путем испарения воды, при этом обеспечивается повышение температуры до 35°С. В процессе испытаний прове­ряют устойчивость приборов к коррозии, качество лакокрасочных покрытий, уплот­няющих элементов и электроизоляции. В некоторых случаях после повышения влажно­сти прибор нагревают или охлаждают, тем самым проверяя появление влаги или измо­рози внутри него.

Иногда ИКС испытывают на водонепроницаемость в специальных дождевальных камерах, в которых струйки воды равномерно распределяются по поверхности прибора под различными углами в течение 30 мин. При этом температура воды должна соответ­ствовать температуре реального дождя.

Устойчивость приборов к воздействию морского тумана и других агрессивных сред проверяют путем распыления соответствующего раствора пульверизатором с после­дующим контролем качества покрытий и коррозии металлов после воздействия в тече­ние нескольких суток.

Испытания на пылеустойчивость проводят в камерах, через которые со скоростью до 15 м/с продувают смесь частиц песка, мела и глины размером до 50 мкм в течение

1.. .2 ч. При этом контролируют давление, создающее воздушную струю, и количество частиц. При статическом воздействии пыли в камере создают определенную запылен­ность, которую контролируют, подсчитывая пылевые частицы в единице объема. После испытаний проводят внешний и внутренний осмотр прибора для выявления пылевых частиц внутри прибора и повреждений покрытий, особенно оптических деталей.

В результате термобарических испытаний определяют изменения качественных ха­рактеристик приборов и их устойчивости при изменениях давления и температуры. Для этого используют термобарокамеры, обеспечивающие повышенное или пониженное давление, броневанны и бронекамеры. В броневаннах испытывают приборы, погру­женные в воду, в бронекамерах — приборы, заполняемые газами. При этом проверяют в

10 Инфракрасные системы «смотрящего» типа

Основном прочность уплотнений и герметизации корпусов. В термобарокамерах же проверяют функционирование приборов, их герметичность, состояние смазки, уплот­нений, качество изоляции. В некоторых случаях приборы испытывают на прочность избыточным давлением изнутри, заполняя их водой или газом, например гелием.

Для проверки герметичности приборов можно также использовать вакуумный спо­соб испытаний. При этом в качестве контрольного газа применяют хорошо проникаю­щий в малые отверстия гелий, содержание которого в атмосфере весьма незначительно, что обеспечивает точность измерений вследствие незначительности влияния на испы­тания атмосферного гелия. Кроме того, гелий инертен, негорюч и нетоксичен.

Для контроля за утечкой гелия используют масс-спектрометрические течеискатели. При этом чаще всего применяют два метода вакуумных испытаний: гелиевой камеры и натекания в гелиевую камеру. В первом случае в гелиевую камеру помещают испытуе­мый прибор, внутри которого создают вакуум, а в камеру под избыточным давлением подают гелий. При наличии течи гелий, проникаемый внутрь прибора, контролируется течеискателем, соединенным с внутренней частью прибора. Во втором случае прибор помещают в вакуумную камеру, соединенную с системой откачки и течеискателя, по­сле чего внутреннюю полость под давлением заполняют гелием, который при наличии течи вытекает в камеру, где и улавливается течеискателем.

К специальным относятся методы испытаний: оптические, электрические, на на­дежность, устойчивость к солнечной радиации, к воздействию микроорганизмов, иони­зирующего и лазерного излучений и др. В процессе оптических испытаний проверяют качество функционирования ИКС и их узлов, т. е. их энергетические, спектральные, пространственные, геометрические, фоновые, пространственно-частотные, динамиче­ские и некоторые другие характеристики в стабильных нормальных условиях. Их раз­новидностью являются параметрические оптические испытания, при которых опреде­ляют ряд важных параметров и характеристик оптической системы и прибора в целом (см. далее), а также исследуют влияние изменений отдельных параметров на качество функционирования приборов. Оптические испытания проводят на универсальных и специальных стендах, имитирующих условия, в которых проявляются различные ха­рактеристики и параметры излучателей, помех и фона.

При электрических испытаниях оценивают помехозащищенность ИКС и их узлов от воздействия естественного или искусственного электромагнитного поля, электриче­скую прочность изоляции и электрическое сопротивление изоляции.

Помехозащищенность ИКС от воздействия электромагнитных полей контролируют в специальных, экранируемых от неуправляемых электромагнитных полей помещени­ях, внутри которых располагают электромагнитные устройства, создающие электро­магнитные помехи заданной интенсивности. Электрическое сопротивление и прочность изоляции проверяют на специальных стендах, воспроизводящих образцы токов и высо­ких напряжений.

Испытаниям на надежность подвергают многие функциональные узлы ИКС. При этом на специальных стендах, имитирующих работу функциональных узлов, контроли­руют основные показатели надежности, например ресурс работы, наработку на отказ.

Для испытаний на устойчивость к воздействию солнечной радиации используют спе­циальные камеры, оснащенные имитаторами Солнца, основанными на газоразрядных ксеноновых лампах, спектральный состав излучения которых близок к спектру солнеч­ного излучения.

Приборы, предназначенные для работы в условиях тропического климата, испыты­вают на грибоустойчивость в камерах грибкообразования. При температуре 40°С и влажности 90...95% приборы опрыскивают водной суспензией из спор плесневых грибков и других микроорганизмов, а затем выдерживают в камере до 30 суток, после чего осматривают и проверяют их работоспособность.

Рассмотрим более подробно методы определения важнейших технических показате­лей качества ИКС «смотрящего» типа на базе твердотельных матричных МПИ. Иссле­дования и испытания ИКС на базе ЭОП и передающих телевизионных трубок ИК - диапазона достаточно подробно описаны в литературе (см., например, [116]).