楊威

摘要：在目視助航系統(tǒng)中，機(jī)場(chǎng)助航燈具是非常關(guān)鍵的構(gòu)成部分，它的光度學(xué)參數(shù)能夠?qū)艟吖ぷ髑闆r進(jìn)行檢驗(yàn)，是關(guān)鍵的參考依據(jù)，通常會(huì)運(yùn)用的檢測(cè)方法包括，在拆卸完成之后，開(kāi)展離線檢測(cè)，借助巡檢車(chē)輛實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，但是第一種檢測(cè)方式需要比較長(zhǎng)的維護(hù)周期，第二種檢測(cè)方式的使用成本相對(duì)較高?；诖宋恼陆o出了如下文所述的檢測(cè)系統(tǒng)，以期能為相關(guān)人員提供借鑒。

關(guān)鍵詞：助航燈具;光強(qiáng)檢測(cè);CCD測(cè)量元件;LED陣列

引言：在目視助航系統(tǒng)中，助航燈光起著關(guān)鍵性作用，它包含多種燈具，比如跑道上對(duì)起降起一定引導(dǎo)作用的燈具，亦或是在滑行道上發(fā)揮指示作用的燈具，它的作用是為了在夜間等的狀況下，對(duì)跑道與滑行道情況進(jìn)行標(biāo)示，給予駕駛者一定的地面參考，防止出現(xiàn)飛行事故。助航燈光屬于信號(hào)光源，它對(duì)光度學(xué)參數(shù)有著非常高的要求，與此同時(shí)，其中心光強(qiáng)也很高，在出射角范圍上也有著苛刻的要求。對(duì)此，有必要對(duì)助航燈具開(kāi)展定期維護(hù)及檢測(cè)工作。伴隨航空業(yè)的發(fā)展，在運(yùn)輸安全方面越來(lái)越重視，這就亟需迅速及準(zhǔn)確地完成助航燈光檢測(cè)工作。

1.系統(tǒng)構(gòu)成

對(duì)于照度檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)講，其包含著較多的構(gòu)成成分，例如PC機(jī)以及步進(jìn)電機(jī)等，圖1所示為系統(tǒng)構(gòu)成。針對(duì)助航燈具而言，在其前面放置檢測(cè)裝置，并把燈具當(dāng)作電源，光線照射于測(cè)試屏幕，產(chǎn)生相應(yīng)的光斑，接下來(lái)通過(guò)線陣CCD（電荷耦合器件），對(duì)光斑微元開(kāi)展成像及取樣，從下到上對(duì)屏幕開(kāi)展采樣。無(wú)論是器件還是測(cè)試屏幕，因?yàn)槎叩奈恢檬枪潭ǖ?，所以在進(jìn)行采樣時(shí)，所對(duì)應(yīng)的面積微元，在把灰度值傳到PC機(jī)的時(shí)候，通過(guò)PC機(jī)針對(duì)每一個(gè)像素點(diǎn)，根據(jù)位置開(kāi)展標(biāo)記，同時(shí)借助線陣CCD參數(shù)，對(duì)灰度值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便能夠形成照度，將其運(yùn)用于光強(qiáng)分布計(jì)算[1]。CCD屬于一種光電傳感器，在其硬件部分中包含著較多的成分，例如光敏單元，在可以傳遞信息的同時(shí)，也能達(dá)到光電轉(zhuǎn)換的目的，主要是用來(lái)采集以及采樣光信號(hào)，圖2所示為測(cè)量原理。

光線通過(guò)屏幕反射之后，借助光學(xué)系統(tǒng)的作用，成像于像敏單元，然后對(duì)光強(qiáng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生電荷包，同時(shí)通過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，形成電壓信號(hào)輸出。對(duì)于信號(hào)幅值來(lái)講主要和兩個(gè)變量有聯(lián)系，一是光信號(hào)大小，二是照射時(shí)間。通過(guò)對(duì)CCD的使用，進(jìn)一步來(lái)拍攝測(cè)試屏幕，并且產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)，這樣易于進(jìn)行上傳，而對(duì)于傳輸模塊，就是用來(lái)暫存電信號(hào)，通過(guò)對(duì)PC機(jī)的利用，除了能夠接收該信號(hào)，也可以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)，同時(shí)借助已有的參數(shù)，對(duì)該組信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便能夠形成照度數(shù)據(jù)，結(jié)合驅(qū)動(dòng)信號(hào)，判斷步進(jìn)電機(jī)需不需要?jiǎng)幼?，并且讓CCD轉(zhuǎn)向測(cè)量角度。圖3所示為系統(tǒng)流程。

開(kāi)展光強(qiáng)檢測(cè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)借助傳感器收集強(qiáng)度，并在基礎(chǔ)上對(duì)光強(qiáng)進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)選取傳感器時(shí)，CCD由于具備一系列優(yōu)勢(shì)，例如穩(wěn)定性理想、成像所需時(shí)間短，從而被看成光度學(xué)傳感器，而對(duì)于CCD一般主要有兩類(lèi)，也就是面陣以及線陣，基于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的考慮，對(duì)于檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)講應(yīng)當(dāng)滿足這樣的條件，即方便、經(jīng)濟(jì)以及快速，與線陣CCD進(jìn)行比較，面陣CCD需要投入更多的成本，并且在采樣之后，數(shù)據(jù)偏多有礙于進(jìn)行處理，因此選擇線陣CCD[2]。為測(cè)試屏幕上的信號(hào)，當(dāng)傳至上位機(jī)的時(shí)候，朝著PC機(jī)傳輸有關(guān)的中斷信號(hào)，表明采集已經(jīng)結(jié)束，接下來(lái)通過(guò)PC機(jī)傳輸驅(qū)動(dòng)信號(hào)，促使CCD到達(dá)測(cè)量角度。文章將把LED陣列當(dāng)作例子，對(duì)光強(qiáng)檢測(cè)開(kāi)展探討。

2.光強(qiáng)檢測(cè)方法的確定

現(xiàn)如今針對(duì)助航燈具，關(guān)于對(duì)其光強(qiáng)的檢測(cè)，一般可以選擇兩種方法，也就是傳統(tǒng)檢測(cè)以及在線檢測(cè)。不過(guò)就前者而言，要對(duì)燈具進(jìn)行拆卸處理，移到實(shí)驗(yàn)室里面，把燈具固定于轉(zhuǎn)臺(tái)，二者間確保一定的距離，也就是遠(yuǎn)場(chǎng)條件，接下來(lái)通過(guò)透鏡等進(jìn)一步來(lái)分束光線，針對(duì)探測(cè)元件光線，確保其屬于空間角里的光束。把獲取到的數(shù)據(jù)代進(jìn)有關(guān)公式，基于某一空間角，就可以獲取相應(yīng)的發(fā)光強(qiáng)度。然后通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)控制，進(jìn)入既定的空間，通過(guò)不斷重復(fù)這樣的操作，就能夠獲取整個(gè)光強(qiáng)分布。對(duì)于這一種方法來(lái)講，無(wú)論是轉(zhuǎn)臺(tái)控制還是檢測(cè)空間，都有著相對(duì)高的要求，一般被運(yùn)用于學(xué)校以及研究所等，檢測(cè)所需周期相對(duì)長(zhǎng)，需要投入較多的成本，伴隨運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)，再加上航班密度的提高，若沒(méi)有設(shè)置一定的備用燈具，此方法無(wú)法達(dá)到當(dāng)班檢測(cè)，并且也不易滿足維護(hù)需求。

而對(duì)于在線檢測(cè)，能夠符合檢測(cè)速度要求，不過(guò)無(wú)論是購(gòu)買(mǎi)成本還是維護(hù)費(fèi)用，都是相對(duì)高的。除此之外，近幾年還誕生了光強(qiáng)檢測(cè)裝置，基于近場(chǎng)條件，可以實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)檢測(cè)，很大程度上節(jié)約了空間，并且存在著相對(duì)理想的測(cè)量度，不過(guò)當(dāng)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需對(duì)亮度數(shù)據(jù)開(kāi)展積分，這樣方可獲取光強(qiáng)數(shù)據(jù)，不但費(fèi)時(shí)間費(fèi)精力，而且亮度計(jì)相對(duì)昂貴。本文給出這樣的一種方法，即：基于近場(chǎng)條件，通過(guò)照度開(kāi)展光強(qiáng)檢測(cè)，把光源分成一系列子光源，同時(shí)設(shè)相應(yīng)的光強(qiáng)分布，針對(duì)照度接收面所有點(diǎn)，算出有關(guān)的照度分布，和具體采集值實(shí)行對(duì)比，并及時(shí)反饋兩者間的誤差，對(duì)光強(qiáng)分布進(jìn)行修正處理，讓設(shè)計(jì)值趨近于實(shí)際值。

3.CCD及照度標(biāo)定

當(dāng)開(kāi)展光強(qiáng)檢測(cè)時(shí)，難以直接獲取光強(qiáng)，一般情況下利用別的光度學(xué)參數(shù)進(jìn)一步來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如照度，由于選擇光通量等，不得不積分以及分光，所需檢測(cè)時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)、裝置便攜性不理想，所以選擇照度參數(shù)，將其當(dāng)作檢測(cè)量，在此基礎(chǔ)上算出光強(qiáng)分布。對(duì)于照度數(shù)據(jù)的獲取，因?yàn)榛诮鼒?chǎng)條件開(kāi)展測(cè)量，所以需要點(diǎn)間隔相對(duì)近，就普通元件尺寸而言，難以符合陣列間距需要，所以選擇CCD，將其當(dāng)作照度接收元件[3]。基于近場(chǎng)設(shè)計(jì)一定的發(fā)射光，通過(guò)CCD促進(jìn)光斑成像，然后針對(duì)全部像素的灰度值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而形成相應(yīng)的照度值。

4.光強(qiáng)計(jì)算方法

就光源的發(fā)光強(qiáng)度來(lái)看，其分布一般是把光源當(dāng)作點(diǎn)光源，它的分布特征同空間角存在很大的聯(lián)系，而實(shí)施上根本沒(méi)有真正的點(diǎn)光源，通常情況下，若是探測(cè)元件與光源的距離相差較遠(yuǎn)，會(huì)讓其反比定律接近滿足，把光源看成點(diǎn)光源，其作用條件是遠(yuǎn)場(chǎng)條件，在進(jìn)行光強(qiáng)檢測(cè)時(shí)，是比較常見(jiàn)的傳統(tǒng)方法。若是距離條件不能滿足時(shí)，可將其看作近場(chǎng)條件。一般來(lái)講，其探測(cè)距離應(yīng)超出光源的五倍，建議將光強(qiáng)測(cè)量誤差控制在5%上下，從而構(gòu)建遠(yuǎn)場(chǎng)條件。在進(jìn)行工作時(shí)，飛行員可將助航燈具看作點(diǎn)光源。針對(duì)發(fā)光面比較大的光源，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)燈具的運(yùn)用，若是不進(jìn)行拆卸及移動(dòng)，需進(jìn)行大規(guī)模的移動(dòng)及采樣，利用該方法獲得面光源光強(qiáng)分布是存在一定難度的，對(duì)此需綜合分析近場(chǎng)環(huán)境下，開(kāi)展光強(qiáng)檢測(cè)工作，同時(shí)借助近場(chǎng)的一系列計(jì)算，對(duì)燈具遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布進(jìn)行推導(dǎo)。

在燈具利用現(xiàn)場(chǎng)，由于全部LED形成一個(gè)整體，難以借助單個(gè)光強(qiáng)分布，針對(duì)陣列面光源，獲得與之相關(guān)的光強(qiáng)分布，對(duì)于每一個(gè)LED，不知道它們的光強(qiáng)分布狀況，并且就這個(gè)時(shí)候測(cè)量點(diǎn)而言，其照度值屬于疊加和，因此難以開(kāi)展光強(qiáng)計(jì)算。面對(duì)這樣的情況，基于照度誤差，文章給出這樣的一種方法，即：在近場(chǎng)區(qū)域內(nèi)選擇合適的平面，將其當(dāng)作測(cè)量平面，借助照度探頭開(kāi)展移動(dòng)以及采樣，從而獲取相應(yīng)的照度，接下來(lái)預(yù)設(shè)光強(qiáng)分布，在此基礎(chǔ)上對(duì)平面照度進(jìn)行計(jì)算，獲得有關(guān)數(shù)值之后，與實(shí)際照度開(kāi)展對(duì)比，同時(shí)算出存在的誤差，并及時(shí)反饋這樣的誤差，以便對(duì)光強(qiáng)分布進(jìn)行更新，在誤差足夠小的情況下，能夠獲得近似光強(qiáng)分布，隨之可以獲得空間光強(qiáng)分布。圖4所示為光強(qiáng)檢測(cè)流程。

結(jié)論：針對(duì)光強(qiáng)檢測(cè)系統(tǒng)，文章闡述了其硬件構(gòu)成以及檢測(cè)流程，著重探討了測(cè)量元件CCD，基于近場(chǎng)條件，分析了通過(guò)照度開(kāi)展檢測(cè)的難點(diǎn)，基于照度誤差，給出了一種行之有效的方法（如上文所述），借助照度和空間位置關(guān)系，可以獲取近似光強(qiáng)分布。

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