某光电观测仪图像非预期切换原因及解决措施

张振良 周威

摘要：本文针对某型光电观测仪图像非预期切换现象，从原理上对其进行了分析计算，找到了导致该问题的根源是磁铁选定不当、结构设计不足，致使保持力矩不够。通过重新选定永磁体、优化产品结构设计等措施，使其保持力矩得到强化，从而使其抗冲击载荷能力提高到72g。

一、问题现象

某型光电观测仪模块通过滤光片切换实现可见光（彩色）与近红外（透雾）两种成像模式的切换。当产品接收到“可见光成像”指令时，滤光片切换到可见光滤光片，图像处理板图像输出转换到彩色模式，图像输出为彩色；当接收到“近红外成像”指令时，滤光片切换到近红外滤光片，图像板图像输出转换到黑白模式，图像输出为黑白。

在对该型观测仪施加35g载荷时，在可见光（彩色）成像模式下，输出的图像突然变为非正常彩色的紫红色图像，在发送“可见光成像”指令后图像恢复正常。在对切换与输出电路等进行检查确认符合要求后，认为可能是滤光片切换机构设计存在问题导致非预期切换。

二、成像切换机理

产品滤光片切换采用电磁铁驱动钟摆式切换机构，如（图1）所示，摆杆上装有磁铁，摆杆卡入线圈座后在线圈座内转动，线圈座上套有线圈，线圈通电内部产生电磁场，通过改变线圈输入正负极实现电磁场磁极转换，当线圈产生的电磁场磁极与磁铁磁极方向相反时驱动摆杆转动，摆杆通过直线槽带动滤光片座绕销钉摆动实现滤光片的切换，线圈座后固定有保持片，当滤光片切换到位后线圈断电，通过磁铁与保持片的吸力保持摆杆不动。

滤光片切换组磁铁采用N38钕铁硼永磁体，剩磁约为1.2T，保持片距离磁铁表面中心距离为2mm，根据计算保持片表面磁感应强度约为0.5T，根据磁力公式：

产品要求能承受的最大横向冲击加速度为35g，由公式（4）、公式（5）计算得F2=0.33N。

因为F2与F1是一对反作用力，所以在35g的纵向冲击载荷下，滤光片座对摆杆作用力小于摆杆对滤光镜座的作用力，滤光片不会自动切换；在35g的横向冲击载荷下，滤光片座对摆杆作用力大于摆杆对滤光镜座的作用力，滤光片发生自动切换。

综上所述，该型观测仪工作在可见光（彩色）成像模式时，当横向加速度为35g时，滤光片会自动切换到近红外滤光片。由于近红外滤光片只透过近红外光，其余波长范围的光透过率低，所以三基色中只能透过红色，蓝绿色无法透过滤光片从而导致整个图像呈现紫红色，当再发送“可见光成像”指令时，滤光片切换机构切换到可见光滤光片，使图像能恢复正常。

三、解决措施及效果

1.将滤光片切换组磁铁改为N45钕铁硼永磁体，剩磁提升到1.5T，在保持片表面磁感应强度约为0.65T，同时将保持片中间开口尺寸改为4×3mm以增加保持片面积， 提升了保持磁力，根据公式（1）改进后F磁=4.9N，较改进前提高了2.7N；

2.针对滤光片组重心离旋转中心距离较远，重力矩影响较大，而摆杆重心基本位于旋转中心重力矩影响小的情况，将滤光片座与摆杆旋转180°（见图6），将滤光片座重力矩转换为保持力矩，优化后产品经试验能承受的最大冲擊加速度达到72g（详细措施另文阐述）。

（作者简介：张振良，1976.06出生，山东平度人，陆军装备部驻孝感地区军代室主任、工程师，长期从事装备质量工作。）