微光夜视技术毕业论文

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1、 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 1 页 共 32 页1 1 绪绪 论论1.11.1 引言引言以往，夜间侦察要借助人工光源(闪光灯、照明弹、激光器等等)照射目标和照相，或者借助雷达进行夜间侦察。现代夜视技术可以在微光(月光、星光、大气辉光统称夜天光)的环境中实现侦察。微光夜视技术又称像增强技术，是通过带像增强管的夜视镜，对夜天光照亮的微弱目标像进行增强，以供观察的光电成像技术。微光夜视仪，是目前国外生产量和装备量最大和用途最广的夜视器材，可分为直接观察（如夜视观察仪、武器瞄准具、夜间驾驶仪、夜视眼镜）和间接观察（如微光电视）两种。微光夜视仪利用夜间目标反射的低亮度的夜天光

2、星月光大气辉光等自然光，将其增强放大到几十万倍，从而达到适于肉眼夜间进行侦察、观察、瞄准、车辆驾驶和其它战场作业。1.21.2 微光夜视仪的发展与应用微光夜视仪的发展与应用微光夜视仪发明于 1955 年。当年发现用碱金属锑钾钠铯制成的光电阴极，在受到微弱夜天光的照射也能发射电子，适于造成被动式夜视仪。目前已经发展到第 3代产品。第 1 代微光夜视仪，是级联式像增强器夜视仪，其心脏部分就是微光管。微光管类似红外变像管，但其中光电阴极使用的是碱金属锑钾钠铯，对可见光敏感。第 2 代微光夜视仪是微通道板像增强器夜视仪。与第 1 代夜视仪相比，具有体积小、质量轻，不怕强光的干扰，适于在火焰和闪光环境中

3、使用。第 3 代微光夜视仪，从改进光电阴极的半导体材料入手，使得对微光和红外都很敏感，把红外夜视仪和微光夜视仪统一在一部仪器上，在晴天夜间起微光夜视仪功用，在雨、雾天夜间发射红外线起主动式红外夜视仪功用，而且作用距离比第 2代的更远。特点：因微光夜视仪是利用夜天光进行工作，属被动方式工作，因此能较好的隐藏自己，对从事特殊工作的部门，如军事、刑侦、缉毒、缉私、夜晚监控、保卫的应用等、它都是最合适的。微光夜视仪可用于在夜间侦察前沿阵地的地形、敌方火力配备和活动情况，还可以安装在单兵轻武器和火炮上作为夜间瞄准用具，安装在机动兵器上可作为夜间本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 2 页

4、 共 32 页隐蔽行驶观察道路用，安装在舰艇或潜艇上可监视水面情况和对敌实施攻击，广泛用于边防、哨所监视和防止偷袭。在星、月光条件下，可观察到 800 米远的人员和1500 米远的车辆，在 1000 米以内可以识别。但是在全黑天完全失效，在雨、雾天不能正常工作。1.31.3 微光电视微光电视在微光夜视仪后加装摄像机就成了微光电视。微光电视是像增强管和电视摄像管相结合的微光夜视系统。摄像机输出的电信号可以通过视频电缆送达显示器(闭路微光电视)，也可以利用专用发射机通过天线传输，远处的显示终端通过天线接收信号后在显示器上显示(开路微光电视)。它诞生于四十年代，七十年才迅速发展起来。微光电视的特点：

5、图像清晰，视距远(在良好天气作用距离大于 10 千米)，开路微光电视可将图像传送到 50 千米以外的指挥所；可以根据需要布设在前沿阵地、由人员携带进入敌方境内、装于直升飞机摄取目标图像，可以同时发往多个不同地点的有关部门使用；一台显示器也可以分别与不同地点的微光电视连接，根据需要选择观察某地的图像；适于在边防、海防线上分段设置作定向、定点观察用，甚至可代替巡逻；可作为重要目标的警戒监视和安全监视用；还可以用于反坦克导弹的发射瞄准。典型产品有法国的坦克用的 “卡纳斯特 “微光电视系统 、美国的直机用UVR-700 型昼夜两用电视跟踪系统、英国的海军用 V0084 型微光电视系统 、瑞士的 270

6、4 型远距离 ( 观察距离为 10 公里 ) 微光电视摄像机等 。但是，微光电视存在体积和质量较大、耗电多、造价高、操作维修复杂、对天气和照明条件依赖性较大等缺点，应用受到限制。我本次设计的车辆微光驾驶仪就是闭路微光电视。新型车辆微光驾驶仪是应用在我军后勤保障车辆夜间安全行驶的观察仪器，主要是在夜间作战中不能开启车灯行驶时，驾驶员观察行驶路线和驾驶使用。2 2 车辆微光驾驶仪的结构设计车辆微光驾驶仪的结构设计2.12.1 部件组成部件组成新型车辆微光驾驶仪主要由反光镜、物镜、像增强器、中继透镜、CCD 摄像机、视频电缆、液晶显示器、探测器架和翻转架组成。2.22.2 成像原理成像原理本本科科毕

7、毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 3 页 共 32 页物镜将收集到的经反光镜反射的目标的夜天微光，汇集到像增强器的阴极面上，形成倒立的目标像，阴极面产生光电子，这些光电子在电场的作用下，经过微通道板产生更多的光电子，轰击荧光屏，并在荧光屏上成像。这幅经过增强了的光图像经过中继透镜在 CCD 摄像机成正立的目标像，最后 CCD 摄像机将光信号转换为电信号，通过视频电缆传送至液晶显示器。2.32.3 功能要求功能要求因为车辆微光驾驶仪的工作时间是在夜间，在日间就需要一种方法使夜视仪不会干扰司机的正常视野，于是需要设计一个翻转机构在白天的时候，可以利用它使液晶显示屏可以翻转到一个不影响司机

8、视野的位置。此外，这个翻转机构还要承担液晶显示屏在使用时同眼部的角度调节，以及在夜视仪处于工作与非工作状态下保持其稳定的作用。也就是说这个翻转机构要由定位、角度调节和锁紧三部分组成。而探测器架将夜视仪固定于车顶的同时还要能对反射镜角度进行调节。2.42.4 结构设计结构设计由于夜间可见光非常微弱，如果直接将夜视仪放在车内，车前的挡风玻璃会将大部分光线反射掉，所以，需要像潜水艇那样将探测器伸出车外，通过反光镜将光线反射到物镜上。2.4.1 反光镜的角度调节机构a) 转动角度计算 一般的军用车辆车高为 2.5 米左右，驾驶仪观测范围设定为：5150 米，故有 下图：图 2.1 反光镜的角度调节本本

9、科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 4 页 共 32 页由上图可知，反光镜与水平方向夹角分别为 31.5 度、44.5 度。两极限位置反光镜转动 13 度。b) 角度调节机构设计在设计此转动机构时，起初的设计如下图所示：图 2.2 反光镜盒体1、压板 2、反光镜壳体 3、旋钮 4、反光镜壳体后盖 5、滑块 6、伸缩杆 7、支撑块 8、伸缩杆转轴 9、转轴支架 10、反光镜托板 11、发光镜转轴 12、反光镜当需要调节角度时，转动旋钮，因为伸缩杆在水平面内做伸缩运动，不会摆动，所以，滑块在旋钮与伸缩杆的共同作用下，沿竖直方向滑动，同时带动伸缩杆，使伸缩杆随滑块平移，由于伸缩杆转轴与

10、发光镜转轴之间距离恒定，因此，伸缩杆相对滑块做伸缩运动。这样反光镜托板在伸缩杆的带动下绕发光镜转轴转动，从而实现了反光镜的转动。本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 5 页 共 32 页但是，这一机构还有很多不足之处，比如，伸缩杆所做伸缩运动的动力是由滑块提供，而滑块要上下滑动，转动旋钮比较费劲。而且操作起来也很不方便，因为每次调节角度时，都必须爬上车顶。因此，我做了重新设计，新设计的机构如下图所示：图 2.3 角度调节机构 1、顶杆 2、调节块 3、弹簧顶珠 4、弹簧 5、挡块 6、弹簧导杆当需要调节角度时，转动顶杆，调节块就会在顶杆的推力下，带动反光镜托板绕转轴转动，这样就

11、实现了反光镜的转动。这一设计完全可以达到功能要求，即实现反光镜的转动。而且，这种设计的顶杆在车内，当需要调节反光镜角度时，驾驶员只需面对显示屏，转动顶杆即可。而如果像上一设计，调节角度时，必须爬上车顶。而且，操作很不方便，因为转动旋钮时操作者无法得知是否调节到位，所以，至少需要两人才能完成这一操作。因此，第二种设计与第一种设计相比操作方便了很多。其次，第一种设计中旋钮要伸到壳体外面，同时旋钮转轴要伸入壳体底座（见图 2.2） ，所以壳体后盖就无法与壳体做为一体，这就需要做好密封。而第二种设计壳体后盖与壳体可以做为一体，因此就无须做这一密封。所以，第二种设计不但可以实现功能要求，而且有很大的优越

12、性。本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 6 页 共 32 页由于顶杆向上顶调节块时，弹簧会被压缩，它对调节块的作用力也会越来越大，而顶杆在向上顶调节块的过程中，会和调节块间产生相对滑动，如果要减小阻力，调节块就应有一定的倾斜角度。而且，顶杆上移方向与其相对调节块滑动方向应成锐角。故有下图：图 2.4 反光镜转动1、顶杆 2、调节块 3、转轴 4、反光镜托板 5、反光镜由上图可知，调节块挡板与螺钉固定方向应成 150 度。调节块立体图如下：图 2.5 调节块立体图本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 7 页 共 32 页但是，随后我发现这一设计仍有不足之处，如图

13、 2.6 所示，在弹簧受压缩过程中，弹簧顶珠受到力 F1、F2 的作用，弹簧有可能会发生弯曲。如果弯曲角度过大的话，弹簧的弹力就会急剧缩小，形成失效。这样，反光镜就会随意晃动，而且，角度很难恢复。所以，对这一机构须做优化。图 2.6 弹簧顶珠受力图修改后的结构如下图所示：图 2.7 改进后角度调节机构本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 8 页 共 32 页1、顶杆 2、调节块 3、弹簧顶块 4、弹簧 5、挡块 6、螺塞 与上一机构不同的主要是将弹簧顶珠换成了弹簧顶块，弹簧可以在弹簧顶块中伸缩，而弹簧顶块在挡块中滑动，有挡块的限制，弹簧不会发生弯曲，从而解决了这一问题。由图 2

14、.9 可以看出，我在弹簧顶块上部分设计了一圈凸台，在挡块孔的底部设计了凹圈，这是为了防止过分拧动顶杆时，弹簧顶块从挡块中掉下来。图 2.8 挡块剖试图 图 2.9 弹簧顶块剖试图下图是反光镜盒体装配图：图 2.10 反光镜盒装配图本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 9 页 共 32 页1、顶杆 2、压板 3、反光镜盒 4、调节块 5、弹簧顶块 6、挡块 7、弹簧 8、螺塞 9、反光镜托板 10、反光镜转轴 11、转轴压块 12、反光镜压块 13、反光镜 14、密封玻璃 15、玻璃压板当需要调节角度时，转动顶杆，调节块就会在顶杆的推力下，带动反光镜托板绕转轴转动，这样就实现了反光镜的转动（见图 2.10） 。由于有弹簧的推力，反光镜不会随意摆动。反光镜盒伸在车外，为了防止灰尘和雨水的侵入，在反光镜前方需加块密封玻璃。同时为了减少光线的损失，密封玻璃必须镀增透膜。c） 反光镜盒体的定位车辆在夜间驾驶中使用夜视仪时，要使驾驶稳定，装载反光镜的盒体就不能随意晃动，因此，盒体的定位就是一个需要考虑的问题。由图 2.10 可知，反光镜盒体还有两个自由度，即上下移动和左右转动两自由度。限制上下的移动可在盒体管状