【论文推荐】对射光电传感器模拟海洋环境下作用距离试验研究

水下无人系统学报2021-07-18 12:27:57

DOI: 10.11993/j.issn.2096-3920.2017.03.008

对射光电传感器模拟海洋环境下作用距离试验研究

赵朝闻,  段  杰,  李  辉

(中国船舶重工集团公司 第705研究所昆明分部, 云南 昆明, 650106)

摘  要: 对射型光电传感器在水下特种装备中应用十分广泛, 但对其具体性能的试验研究却很少。文中分析了水下特种装备人机交互传感器的应用现状, 针对对射型光电传感器在海洋环境的应用条件, 设计包括发射模块、接收模块和模拟海洋水池的试验系统, 通过对试验结果的分析, 得到了蓝绿激光型和红外型2种主流的光电传感器在模拟海洋环境下作用距离的边界条件, 并对比了2种对射型光电传感器在模拟海洋环境的工作性能。该试验研究可为光电传感器在水下装备的选型应用提供参考。

关键词: 水下特种装备; 对射型光电传感器; 模拟海洋环境; 边界条件


0  引言

当今, 各军事强国针对海上战场的特殊性, 纷纷推出了适合海上战场使用的特种作战装备(如图1), 主要用于港口防御、水下目标探测、水下渗透侦察破袭、水面高速突击等。随着这些水下特种作战装备的发展, 对其性能的要求越来越高, 而湿式环境的传感器技术是水下特种装备性能的核心技术。

图1  常见水下特种作战装备

Fig. 1  Common underwater special warfare equipment

现阶段水下湿式环境的传感器技术主要选用磁簧开关、旋钮开关及油压按键等传统机械式传感器。如图2(a)所示, 磁簧开关方式优点是实现了非接触式开关转换, 对密封壳体结构强度影响较小, 减少了密封环节; 缺点是海水浸泡后, 按键容易积沙积盐, 导致按键卡滞失灵, 维护保养要求高。如图2(b)所示, 旋钮开关方式需在壳体上开通孔, 缺点是密封环节较多, 对密封壳体结构强度影响较大。如图2(c)所示, 油压按键的优点是不受湿式环境的影响; 缺点是按键体积较大, 只适用于按键需求较少的水下设备。

 


图2  常见水下特种作战装备人机交互平台

Fig. 2  Common human-computer interaction interface of underwater special warfare equipment

作为一种新型的技术手段, 对射光电传感器在水下湿式环境发挥越来越重要的作用, 其穿透性强、方向性好、可靠性高、不受复杂恶劣的环境干扰。目前很多发达国家如美国、加拿大、澳大利亚、瑞典、意大利、日本和法国都建立了各自的水下光电研究系统。自20世纪90年代以来, 如美国卡曼航空公司的Magic Lantem90、美国西屋电器总公司的SM2000以及加拿大LUCIE等水下光电系统越来越多地被用于军事和民用领域[1-3]

文中试验主要针对传统机械式传感器在水下湿式环境工作存在的问题, 提出使用对射型光电传感器进行代替。选择以蓝绿激光和红外光作为光源, 在模拟海洋的环境下进行作用距离的研究, 对对射型光电传感器的选型作出指导, 为其在水下发展的应用提供参考。

1  对射型光电传感器原理与基本参数

2  试验系统

3  试验原理及结果分析

3.1  试验原理

3.2  试验结果分析

——以上内容详见《水下无人系统学报》2017-3期P262~266

4  结束语

文中采用模拟海洋环境试验系统对对射型光电传感器在模拟海洋环境下的作用距离进行试验, 针对不同光源和功率的发射模块, 作用距离在10~30 cm范围内的不同浊度模拟海洋环境进行研究, 系统接收模块检测是否收到信号, 并进行分析总结, 得出以下几点结论。

1) 虽然使用的红外发射器功率大于蓝绿激光器, 但在相同对射距离的试验条件下, 蓝绿激光式对射型光电传感器导通的边界条件远优于红外式。由此可以说明, 在相同浊度海洋环境与对射距离的试验条件下, 蓝绿激光式对射型光电传感器的导通性能更优。

2) 50 mW功率与350 mW功率的红外对射型光电传感器在相同浊度的模拟海洋环境下, 导通距离的边界条件相同, 即相同浊度的模拟海洋环境对功率差不大的相同光源对射型光电传感器的阻碍程度相同。

3) 当作用距离为几厘米时, 对射型光电传感器能够导通的边界浊度很高, 而作用距离到了几十厘米时, 其导通的边界浊度急剧下降, 对海洋环境的要求也迅速提升。因此在产品的设计和计算选型时应当予以考虑。

文中试验也有未尽之处, 若选取大量功率差足够大, 相同发射源的对射型光电传感器样本进行该试验研究, 将对传感器的选型更具有指导意义, 这也将是下一步工作开展的方向。

参考文献: 

[1] 蒋鸿旺. 水下光电探测系统现状与发展[J]. 激光与红外, 1999, 29(3): 136-138.

[2] Gilligan L H. Underwater Machine[C]//SPIE. Washington: The International Society for Optical Engineering, 1988, 980: 1-108.

[3] 刘西站, 郑艳芳, 何俊华. 蓝绿激光水下作用距离测量的实验研究[J]. 激光与红外, 2009, 39(7): 713-714.

[4] 李维波, 马伟明, 胡安, 等. 涡流接近开关结构和电磁参数的影响[J]. 电工技术学报, 2008, 23(5): 29-36.

[5] 顾国华, 陈钱, 张包民. 一种基于电涡流传感器的数据采集系统[J]. 光电子技术, 1997, 17(3): 170-177.

[6] 郝晓剑. 光电传感器件与应用技术[M]. 北京: 电子工业出版社, 2015.

[7] 张卫平, 施立婷, 赵徐森. 长距离双线圈电涡流传感器 的原理与设计[J]. 电子学报, 1998, 26(12): 61-65.

[8] 赵辉, 马东丽, 刘伟文, 等. 用于防水数显卡尺的新型感栅式位移传感器设计[J]. 上海交通大学学报, 2004, 38(8): 1382-1384.

[9] 林绍迎. 中国近海高浊度水体中光传输特征的数值模拟研究[D]. 青岛: 中国海洋大学, 2007.

[10] 邵秘华, 马嘉蕊, 张素香, 等. 中国海域浊度标准物质筛选和测定方法的应用[J]. 海洋学报, 1997, 19(4): 72-79.

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