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        基于共軛成像技術的助航燈光強檢測方法分析

        2021-09-10 23:42:08楊威
        科學與生活 2021年13期

        楊威

        摘要:在目視助航系統(tǒng)中,機場助航燈具是非常關鍵的構成部分,它的光度學參數(shù)能夠對燈具工作情況進行檢驗,是關鍵的參考依據(jù),通常會運用的檢測方法包括,在拆卸完成之后,開展離線檢測,借助巡檢車輛實現(xiàn)在線檢測,但是第一種檢測方式需要比較長的維護周期,第二種檢測方式的使用成本相對較高。基于此文章給出了如下文所述的檢測系統(tǒng),以期能為相關人員提供借鑒。

        關鍵詞:助航燈具;光強檢測;CCD測量元件;LED陣列

        引言:在目視助航系統(tǒng)中,助航燈光起著關鍵性作用,它包含多種燈具,比如跑道上對起降起一定引導作用的燈具,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,對跑道與滑行道情況進行標示,給予駕駛者一定的地面參考,防止出現(xiàn)飛行事故。助航燈光屬于信號光源,它對光度學參數(shù)有著非常高的要求,與此同時,其中心光強也很高,在出射角范圍上也有著苛刻的要求。對此,有必要對助航燈具開展定期維護及檢測工作。伴隨航空業(yè)的發(fā)展,在運輸安全方面越來越重視,這就亟需迅速及準確地完成助航燈光檢測工作。

        1.系統(tǒng)構成

        對于照度檢測系統(tǒng)來講,其包含著較多的構成成分,例如PC機以及步進電機等,圖1所示為系統(tǒng)構成。針對助航燈具而言,在其前面放置檢測裝置,并把燈具當作電源,光線照射于測試屏幕,產(chǎn)生相應的光斑,接下來通過線陣CCD(電荷耦合器件),對光斑微元開展成像及取樣,從下到上對屏幕開展采樣。無論是器件還是測試屏幕,因為二者的位置是固定的,所以在進行采樣時,所對應的面積微元,在把灰度值傳到PC機的時候,通過PC機針對每一個像素點,根據(jù)位置開展標記,同時借助線陣CCD參數(shù),對灰度值進行轉換,以便能夠形成照度,將其運用于光強分布計算[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,也能達到光電轉換的目的,主要是用來采集以及采樣光信號,圖2所示為測量原理。

        光線通過屏幕反射之后,借助光學系統(tǒng)的作用,成像于像敏單元,然后對光強進行轉換,從而產(chǎn)生電荷包,同時通過驅動信號,形成電壓信號輸出。對于信號幅值來講主要和兩個變量有聯(lián)系,一是光信號大小,二是照射時間。通過對CCD的使用,進一步來拍攝測試屏幕,并且產(chǎn)生相應的電信號,這樣易于進行上傳,而對于傳輸模塊,就是用來暫存電信號,通過對PC機的利用,除了能夠接收該信號,也可以實現(xiàn)存儲,同時借助已有的參數(shù),對該組信號進行轉換,以便能夠形成照度數(shù)據(jù),結合驅動信號,判斷步進電機需不需要動作,并且讓CCD轉向測量角度。圖3所示為系統(tǒng)流程。

        開展光強檢測時,應當借助傳感器收集強度,并在基礎上對光強進行計算,當選取傳感器時,CCD由于具備一系列優(yōu)勢,例如穩(wěn)定性理想、成像所需時間短,從而被看成光度學傳感器,而對于CCD一般主要有兩類,也就是面陣以及線陣,基于對現(xiàn)場檢測的考慮,對于檢測系統(tǒng)來講應當滿足這樣的條件,即方便、經(jīng)濟以及快速,與線陣CCD進行比較,面陣CCD需要投入更多的成本,并且在采樣之后,數(shù)據(jù)偏多有礙于進行處理,因此選擇線陣CCD[2]。為測試屏幕上的信號,當傳至上位機的時候,朝著PC機傳輸有關的中斷信號,表明采集已經(jīng)結束,接下來通過PC機傳輸驅動信號,促使CCD到達測量角度。文章將把LED陣列當作例子,對光強檢測開展探討。

        2.光強檢測方法的確定

        現(xiàn)如今針對助航燈具,關于對其光強的檢測,一般可以選擇兩種方法,也就是傳統(tǒng)檢測以及在線檢測。不過就前者而言,要對燈具進行拆卸處理,移到實驗室里面,把燈具固定于轉臺,二者間確保一定的距離,也就是遠場條件,接下來通過透鏡等進一步來分束光線,針對探測元件光線,確保其屬于空間角里的光束。把獲取到的數(shù)據(jù)代進有關公式,基于某一空間角,就可以獲取相應的發(fā)光強度。然后通過轉臺控制,進入既定的空間,通過不斷重復這樣的操作,就能夠獲取整個光強分布。對于這一種方法來講,無論是轉臺控制還是檢測空間,都有著相對高的要求,一般被運用于學校以及研究所等,檢測所需周期相對長,需要投入較多的成本,伴隨運轉時間的延長,再加上航班密度的提高,若沒有設置一定的備用燈具,此方法無法達到當班檢測,并且也不易滿足維護需求。

        而對于在線檢測,能夠符合檢測速度要求,不過無論是購買成本還是維護費用,都是相對高的。除此之外,近幾年還誕生了光強檢測裝置,基于近場條件,可以實現(xiàn)光強檢測,很大程度上節(jié)約了空間,并且存在著相對理想的測量度,不過當進行檢測時,需對亮度數(shù)據(jù)開展積分,這樣方可獲取光強數(shù)據(jù),不但費時間費精力,而且亮度計相對昂貴。本文給出這樣的一種方法,即:基于近場條件,通過照度開展光強檢測,把光源分成一系列子光源,同時設相應的光強分布,針對照度接收面所有點,算出有關的照度分布,和具體采集值實行對比,并及時反饋兩者間的誤差,對光強分布進行修正處理,讓設計值趨近于實際值。

        3.CCD及照度標定

        當開展光強檢測時,難以直接獲取光強,一般情況下利用別的光度學參數(shù)進一步來實現(xiàn),例如照度,由于選擇光通量等,不得不積分以及分光,所需檢測時間相對長、裝置便攜性不理想,所以選擇照度參數(shù),將其當作檢測量,在此基礎上算出光強分布。對于照度數(shù)據(jù)的獲取,因為基于近場條件開展測量,所以需要點間隔相對近,就普通元件尺寸而言,難以符合陣列間距需要,所以選擇CCD,將其當作照度接收元件[3]?;诮鼒鲈O計一定的發(fā)射光,通過CCD促進光斑成像,然后針對全部像素的灰度值進行轉換,從而形成相應的照度值。

        4.光強計算方法

        就光源的發(fā)光強度來看,其分布一般是把光源當作點光源,它的分布特征同空間角存在很大的聯(lián)系,而實施上根本沒有真正的點光源,通常情況下,若是探測元件與光源的距離相差較遠,會讓其反比定律接近滿足,把光源看成點光源,其作用條件是遠場條件,在進行光強檢測時,是比較常見的傳統(tǒng)方法。若是距離條件不能滿足時,可將其看作近場條件。一般來講,其探測距離應超出光源的五倍,建議將光強測量誤差控制在5%上下,從而構建遠場條件。在進行工作時,飛行員可將助航燈具看作點光源。針對發(fā)光面比較大的光源,對于現(xiàn)場燈具的運用,若是不進行拆卸及移動,需進行大規(guī)模的移動及采樣,利用該方法獲得面光源光強分布是存在一定難度的,對此需綜合分析近場環(huán)境下,開展光強檢測工作,同時借助近場的一系列計算,對燈具遠場光強分布進行推導。

        在燈具利用現(xiàn)場,由于全部LED形成一個整體,難以借助單個光強分布,針對陣列面光源,獲得與之相關的光強分布,對于每一個LED,不知道它們的光強分布狀況,并且就這個時候測量點而言,其照度值屬于疊加和,因此難以開展光強計算。面對這樣的情況,基于照度誤差,文章給出這樣的一種方法,即:在近場區(qū)域內(nèi)選擇合適的平面,將其當作測量平面,借助照度探頭開展移動以及采樣,從而獲取相應的照度,接下來預設光強分布,在此基礎上對平面照度進行計算,獲得有關數(shù)值之后,與實際照度開展對比,同時算出存在的誤差,并及時反饋這樣的誤差,以便對光強分布進行更新,在誤差足夠小的情況下,能夠獲得近似光強分布,隨之可以獲得空間光強分布。圖4所示為光強檢測流程。

        結論:針對光強檢測系統(tǒng),文章闡述了其硬件構成以及檢測流程,著重探討了測量元件CCD,基于近場條件,分析了通過照度開展檢測的難點,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系,可以獲取近似光強分布。

        參考文獻:

        [1]馬秉正. 基于共軛成像技術的助航燈光強檢測方法研究[D].中國民航大學,2020.

        [2]羅楊. 基于共軛梯度法的環(huán)形組織阻抗成像技術研究[D].重慶郵電大學,2017.

        [3]王智鵬. 時序拼接光學合成孔徑成像技術研究[D].中國科學院大學(中國科學院光電技術研究所),2017.

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