ПРИБОР НОЧНОГО ВИДЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК G02B23/00 G02B23/12 

Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано при изготовлении приборов ночного видения с электронно-оптическими преобразователями (ЭОП) в самых разнообразных условиях эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности является прибор ночного видения с ЭОП (журнал "Электронная промышленность", N 5, 1990 год, стр. 73 - 75, А. В. Медведев, Б.С. Касауров, А.В. Гринкевич, С.Н. Князева "Ночная зрительная трубка с лазерной подсветкой").

Недостатком прибора ночного видения являются наличие трудоемких и сложных электронных схем преобразования низковольтного напряжения батарей питания в высоковольтное для питания ЭОП и наличие собственно сменных элементов питания, что создает неудобства в производстве и при эксплуатации.

Целью настоящего изобретения является исключение электронных схем преобразования низковольтного напряжения батарей питания в высоковольтное для питания ЭОП, а также исключение собственно сменных элементов питания, упрощение конструкции и повышение удобства в работе с прибором и при его эксплуатации за счет использования пьезоэлементов (ПЭ) и механического нажимного устройства.

Эта цель достигается тем, что прибор содержит ПЭ или несколько параллельно соединяемых ПЭ, а торцы ПЭ соединены один с анодом, другой с катодом ЭОП, при этом ручное механическое нажимное устройство создает усилие, вызывающее сжатие ПЭ.

Конструктивное исполнение прибора ночного видения показано на чертеже. Здесь содержатся объектив 1, электронно-оптический преобразователь 2, окуляр 3, пьезоэлементы 4 и 5, жестко установленная ось 6 вращения нажимного рычага 7 и ограничительный упор 8.

Принцип действия прибора ночного видения заключается в следующем. К концу рычага 7 прикладывается усилие (аналогично это осуществляется в пьезоэлектрических воспламенителях для зажигания газа (в бытовых газовых плитах открытого типа), таких как:
- "Электроника ПВ-1" (технические условия ТУ12МО.081.126); -
- зажигалка пьезоэлектрическая ЗП-В1-32 (ОСТ 25 1225-85) - изготовитель ВПО "МОНОЛИТ" им. 60-летия Великого Октября, г. Витебск;
- пьезокерамическая зажигалка "Пьезокерам", изготовитель-предприятие "ЭЛПА" г. Зеленоград, Московской обл.).

Проворачиваясь на оси 6, рычаг 7 давит на ПЭ 5 и 4 малым плечом 1, увеличивая это усилие в число раз, равное отношению плеч L/1. При механическом сжатии (или растяжении) ПЭ или нескольких параллельно соединяемых ПЭ появляется количество электричества, заряжающее грани пьезоэлемента и соединенный с ними ЭОП 2 до напряжения, соответствующего величине f усилия сжатия ПЭ (при параллельном соединении ПЭ их емкости складываются, выходной сигнал увеличивается - см. Ю. М. Келим "Электромеханические и магнитные элементы систем автоматики", Москва, Высшая школа, 1991 год, стр. 89 - 93). Величина усилия f регулируется ограничительным упором 8 (при перемещении рычага 7) и выбирается из соотношений:

где U_max - предельно допустимое рабочее напряжение на ЭОП;
U_min - минимальное значение рабочего напряжения на ЭОП;
K - пьезоэлектрический модуль материала ПЭ;
n - количество ПЭ;
C_вх - емкость ЭОП и подводящих цепей питания ЭОП;
C - емкость пьезоэлемента, определяемая по формуле

где Q_в - абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума;
Q - диэлектрическая проницаемость материала ПЭ;
S - площадь сечения ПЭ;
D - толщина ПЭ.

Пример расчета усилия:
1. При Q_в = 8,85 10^-12 Ф/м;
Q = 1700 (величины Q и K для ПЭ из керамики A - см. "Проектирование датчиков для измерения механических величин", Под ред. Е.П. Осадчего, М, Машиностроение, 1979 г, стр. 181);
S = 38,477 • 10^-6 м²; D = 15 • 10^-3 м;
(ПЭ в форме стержня диаметром 7 мм, толщиной 15 мм)
C = 38 пикофарад
2. При C_вх = 100 пикофарад (емкость ЭОП и проводников);
U_min = 15 киловольт (минимальное рабочее напряжение ЭОП типа "ОСА", АЫ 3.352.088 ТУ, изготовитель завод "Гран", г. Владикавказ);
K = 190 • 10^-12 Кл/Н;
n = 2.

Таким образом, получаем f = 6947 Н или 708,4 кГс.

При длине плеча L рычага 7, равном 150 мм, и длине малого плеча 1, равной 3 мм, величина усилия, прикладываемого к концу рычага, составит 14,2 кГс (708,4 • 3/150) для 15 кВ питания ЭОП, а для предельного напряжения на ЭОП, равном 18 кВ, величина усилия составит 17 кГс, что приемлемо для создания усилия рукой (для сравнения усилия нажатия на кнопку срабатывания затвора фотоаппарата достигает 1 кГс, а на клавише пьезозажигалки "Пьезокерам" усилие достигает 5 кГс).

Пока сохраняется усилие на рычаге 7, через окуляр 3 рассматривается изображение, построенное объективом 1 и усиленное ЭОПом 2. При снятии усилия с ПЭ прекращается работа прибора ночного видения.

Прибор ночного видения относится к области оптико-электронной техники. Прибор ночного видения содержит объектив, электронно-оптический преобразователь, окуляр, пьезоэлементы, жестко установленную ось вращения нажимного рычага и ограничительный упор. При механическом сжатии (или растяжении) пьезоэлементов появляется количество электричества, заряжающее грани пьезоэлемента и электронно-оптический преобразователь до напряжения, соответствующего величине f усилия сжатия, величина которого регулируется ограничительным упором. Пока сохраняется усилие на рычаге, через окуляр рассматривается изображение, построенное объективом и усиленное электронно-оптическим преобразователем. Изобретение позволяет исключить сменные элементы питания и повысить удобство в работе. В процессе эксплуатации прибор самообеспечивается электрической энергией на весь срок службы. 1 ил.

Прибор ночного видения, содержащий объектив, электронно-оптический преобразователь (ЭОП), блок питания и окуляр, отличающийся тем, что блок питания содержит пьезоэлемент (ПЭ) или несколько параллельно соединенных ПЭ и механическое нажимное устройство, при этом торцы ПЭ соединены один с анодом, другой - с катодом ЭОП, а величина усилия (f), воздействующего на ПЭ, выбрана из соотношений

где U_max - предельно допустимое рабочее напряжение на ЭОП;
U_min - минимальное значение рабочего напряжения на ЭОП;
К - пьезоэлектрический модуль материала ПЭ;
n - количество ПЭ;
С_вх - емкость ЭОП и подводящих цепей питания ЭОП;
С - емкость пьезоэлемента, определяемая по формуле

где Q_в - абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума;
Q - диэлектрическая проницаемость материала ПЭ;
S - площадь сечения ПЭ;
D - толщина ПЭ.