Импульсный светосигнальный прибор с цилиндрической линзой

Импульсный светосигнальный прибор с цилиндрической линзой

Оглавление

Список сокращений

Введение

.        Анализ литературных данных

.        Техническое задание

.        Выбор параметров огня кругового обзора

.1 Выбор источника света и его параметров

.2 Выбор формы несущего слоя

.        Метод расчета

.1 Оптический расчет цилиндрической линзы

.1.1 Расчет геометрических параметров призматических элементов, расположенных выше центрального окна

.1.2 Оптический расчет центрального элемента линзы, не содержащего призматических элементов

.1.3 Расчет геометрических параметров призматических элементов, расположенных ниже центрального окна

.2 Светотехнический расчет цилиндрической линзы

.2.1 Расчет КСС элемента линзы, не содержащего призматических элементов

.2.2 Расчет КСС призматических элементов

.2.2.1 Разворот осевых лучей

.2.2.2 Свойства элементарного отображения призматического элемента

.2.2.3 Расчет зональной КСС верхнего призматического элемента

.2.2.4 Расчет зональной КСС нижнего призматического элемента

.        Составление программы и расчет импульсного светосигнального прибора

.1 Расчет с помощью программы MathCAD

.2 Расчет с помощью программы Trace Pro

.3 Расчет с помощью программы CODE V 9.5

.        Результаты, сравнение и анализ расчетов, произведенных в разных программах

.        Конструктивная компоновка (Общий чертеж)

.        Экономическая часть

.1 Технико-экономическое обоснование целесообразности проведения данной работы

.2 Расчет затрат (ориентировочных) на проектирование светового прибора различными методами

.        Охрана труда

.1 Обеспечение безопасности светового прибора

.1.1 Краткая характеристика светового прибора

.1.2 Выбор защитной оболочки по IP

.2 Система питания импульсного светового прибора

.2.1 Анализ опасности поражения током

.2.2 Требования к защитным проводникам

.2.3 Выбор защитных мер

.2.4 Выбор УЗО

.3 Организация рабочего места

.3.1 Требования к помещению для работы с ЭВМ

.3.2 Требования к оборудованию рабочего места

.3.3 Требования к освещению на рабочем месте

.3.4 Требования к уровню шума

.3.5 Требования к микроклимату

.3.6 Требования к пожарной безопасности

Заключение

Список литературы

Список сокращений

СС - светосигнальная система

ВС - воздушное судно

ЛА - летательный аппарат

ССО - светосигнальное оборудование

ВПП - взлетно-посадочная полоса

КСС - кривая силы света

ИС - источник света

НЗП - нулевой защитный провод

ЭВМ - персональная электронно-вычислительная машина

Введение

Светосигнальные системы вертодромов должны обеспечивать регулярность и безопасность полетов вертолетов гражданской авиации и ВВС в условиях плохой видимости. При этом постоянное развитие воздушной техники, обновление моделей вертолетов, требования снижения метеоминимума, при котором возможны полеты - все это заставляет непрерывно совершенствовать светосигнальное оборудование.

Радиотехнические средства обеспечивают безопасность подлета ВС к вертодрому на дальних к нему расстояниях, а светосигнальные средства используются на конечных стадиях посадки, пробеге и рулении.

Одним из важнейших элементов светосигнальных систем является импульсный светосигнальный маяк, с помощью которого, пилоты вступают в визуальный контакт с вертодромом на самых дальних расстояниях (до 30 км ночью и до 3.5 км днем).

Целью настоящего дипломного проекта является разработка импульсного светосигнального маяка с цилиндрической линзой, являющегося частью светосигнальных систем, для применения на вертодромных площадках. Для достижения этой цели будет произведен оптический и светотехнический расчет цилиндрической линзы этого импульсного маяка. А по итогам работы будет создана (посредством MathCAD 14) программа расчета цилиндрических линз для импульсных маяков, сочетающая в себе оптический и светотехнический расчет. Эта программа в дальнейшем сможет упростить процесс разработки и расчета этих приборов.

1. Анализ литературных данных

Как было сказано выше импульсный светосигнальный маяк входит в состав светосигнальных систем, комплексов, применяемых на вертодромных площадках. В нашей было стране разработано и внедрено в серийное производство большое число вертодромных электросветосигнальных комплексов типа «Синева», «Сигнал» для гражданского применения и типа «Квадрат» различных модификаций для ВВС, а также комплекты оборудования для вертолетных площадок г.Москвы.

Рассмотрим светосигнальный комплекс для вертодромов «Квадрат-ВП». Схема размещения изделий комплекса «Квадрат-ВП» [2] приведена на рис. 1.1. Питание комплекса осуществляется от промышленной сети [2]. Огни знака посадки и импульсный маяк работают в проблесковом режиме, остальные огни - в непрерывном режиме. Предусмотрена трехступенчатая регулировка яркости огней[2].

Светосигнальный комплекс «Квадрат-ВП» в любое время суток в простых и сложных метеоусловиях обеспечивает [2]:

         возможность визуального выхода вертолетов в район посадки с последующим расчетом маршрута захода на посадку;

         указание направления движения при заходе вертолета на посадку, при рулении к месту осмотра и заправки;

         обозначение размеров посадочной площадки, места начала снижения скорости вертолета перед приземлением, места приземления вертолета по самолетному и вертолетному вариантам подхода к площадке.

Рис. 1.1 Схема размещения элементов комплекса «Квадрат - ВП»

Оптический блок импульсного маяка состоит из импульсной лампы и цилиндрической линзы Френеля [2]. Вид цилиндрической линзы показан на рис. 1.2 .

Рис. 1.2 Цилиндрическая линза.

2. Техническое задание

Прежде чем приступить к разработке и проектированию светового прибора необходимо сформулировать технические требования, которым должен удовлетворять прибор:

.        Назначение проектируемого светового прибора и условия его эксплуатации. Для светосигнальных приборов необходимо указать характер передачи сигналов, цвет сигнала, место и характер установки прибора, дальность видимости сигнала.

.        Светотехнические требования. Необходимо привести светотехнические характеристики прибора.

.        Импульсный светосигнальный маяк предназначен для обеспечения регулярности и безопасности полетов вертолетов гражданской авиации и ВВС в условиях плохой видимости. Маяк излучает повторяющуюся серию из четырех коротких с равными интервалами вспышек (буква «H» - Helicopter). Продолжительность серии 0.8 секунд, а интервалы между сериями 2.2 секунды.

Рис. 2.1 Временная зависимость излучения прибора

Светосигнальный маяк устанавливается на ровную горизонтальную поверхность (например, крышу здания контрольно-диспетчерского пункта вертодрома). Это необходимо для того, чтобы постройки находились ниже и не экранировали свет, характер установки прибора должен быть стационарный. Дальность видимости сигнала должна быть до 30 км. ночью, и до 3.5 км. днем, т.к. пилоты воздушного судна вступают в контакт с вертодромом на дальних расстояниях. Цвет маяка - оранжевый. Световой маяк должен работать как днем, так и ночью.

.        В МВТУ им.Баумана специально для данного типа световых приборов была разработана импульсная разрядная лампа в форме тора. Этот источник света имеет заданные заказчиком светотехнические характеристики. Заданная кривая силы света задана в таблице 2.1.

Таблица 2.1 Заданные значения КСС импульсного светосигнального маяка.

Форма кривой силы света рассчитываемой цилиндрической линзы с тороидальной лампой должна соответствовать рис. 2.2

Рис. 2.2 Заданная КСС для импульсного светосигнального маяка

Эффективная сила света тороидальной лампы должна составлять не менее 400 кд., а т.к. эффективная сила света тороидальной лампы составляет 2800 кд. (задано Заказчиком), то можно выбрать режим питания лампы менее напряженным, что в свою очередь увеличит ресурс лампы. Диаметр тора должен быть порядка 46 мм. Сечение канала разряда имеет форму окружности диаметром 5 мм. Тороидальная лампа в цилиндрическом линзовом колпаке прибора расположена горизонтально.

Значения параметров, которые будут использоваться при расчете, в таблице 2.2

Таблица 2.2 Значения параметров, используемых в расчете.

3. Выбор начальных параметров огня кругового обзора

Целью расчета данного светового прибора является определение оптического профиля призм по заданной КСС и выбор геометрических параметров несущего слоя линзы. Форма преломляющих элементов определяется расчетом координат узловых точек профиля и установлением необходимого преломляющего угла  Форма и размеры несущего слоя определяются конструктивными, технологическими и эксплуатационными факторами [3].

.1 Выбор типа источника света и его параметров

Выбирая источник света, будем исходить из полученного значения полезного светового потока источника света. Сравнивая это значение со световым потоком, который необходим для заполнения заданной кривой силы света огня, мы сделаем вывод о том, подходит ли нам данный источник света или нет.

Для расчетов будем считать, что дуговой разряд представляет собой тор, у которого светится только одна боковая поверхность. Для того, чтобы светилась только боковая поверхность, нам необходимо в центр тора поставить экраны.

Рассмотрим построение КСС источника света. Пусть тороидальное светящее тело расположено, как показано на рисунке 3.1.

Рис. 3.1 Расположение тороидального светящего тела.

Сила света источника в направлении  равна:

где  - сила света источника в направлении;  - яркость источника света;  - площадь проекции светящего тела на плоскость, перпендикулярную направлению .

Площадь проекции тороидального светящего тела на плоскость, перпендикулярную направлению , равна:

где  - площадь проекции светящего тела на плоскость, перпендикулярную направлению

Проекцией тороидального светящегося тела накала на плоскость, перпендикулярную направлению  является прямоугольник, площадь которого равна:

где  - диаметр светящего тела;  - диаметр тороидального ИС.

Сила света источника в направлении :

Сила света источника в направлении :

Световой поток источника света определяется по следующей формуле:

где  - зональный телесный угол, в пределах которого распространяется излучение источника света;  и  - плоские углы, определяющие пределы распространения излучения источником света.

В нашем случае  и . Следовательно, выражение для

нахождения светового потока примет следующий вид:

Вычислив данный интеграл получим:

Так как мы используем лампу, работающую в импульсном режиме, то сила света находится, как:

где  - указанная сила света лампы;  - эффективная сила света, t - время импульса.

Рассмотрим кривую силы света импульсного светового маяка, рассмотренную в техническом задании. Выберем нулевое направление для прибора, совпадающее с нулевым направлением ИС. Проинтерполируем данные значения из таблицы 2.1. Воспользуемся интерполяцией кубическими сплайнами. Полученный результат в виде кривой силы света представлен на рис.3.2

Рис. 3.2 Требуемая КСС импульсного маяка

Рассчитаем световой поток, который сдержит кривая силы света маяка.

Рассчитаем световой поток, даваемый выбранным источником света.

где  получаем приемлемый световой поток.

3.2 Выбор формы несущего слоя

Линза должна иметь коническую форму, на наружной поверхности которой находятся призматические элементы, это необходимо для получения заданной КСС. Подобные изделия изготовляются методом прессовки, поэтому им нужно придать такую форму, которая позволила бы освободить пресс-форму и пуансон. Освобождение пуансона, имеющего вертикальное движение, обеспечивается углом раствора q конической формы линзы, значение которого равно 5° [3].

Фокусное расстояние задано и равно 42 мм. Угол охвата выбирается исходя из принятого угла раствора конической формы линзы q и допустимых значений френелевского отражения. С увеличением угла охвата растут потери на френелевское отражение, которые значительно снижают коэффициент пропускания стекла, а, следовательно, и КПД светового прибора. Угол охвата должен быть таким, чтобы при данном угле q углы падения света на первую преломляющую грань были меньше 50° [3].

Величина толщины несущего слоя  определяется технологическим требованием равномерного остывания стекла после прессовки изделия. При малой толщине несущего слоя может быть большая неравномерность толщины линзы в местах основания и вершины призм, что даст неравномерное остывание изделия, а, следовательно, вредные напряжения в стекле и его короблении. Поэтому толщина несущего слоя принимается равной 4 мм.

Выбор угловой ширины  кольцевого призматического элемента обусловлен светотехническими и производственными требованиями. С одной стороны, чем крупнее призмы, тем легче изготовление пресс-формы и точнее воспроизведение рассчитанного профиля призм. С другой стороны, чем крупнее призмы, тем труднее обеспечить плавное светораспределение, заполнение данной КСС, а само изделие становиться тяжелым и малотехнологичным. Угловую ширину кольцевых призм выгодно брать неравномерной. Это делается для создания одинаковой средней толщины изделия [3].

4. Метод расчета

.1 Оптический расчет цилиндрической линзы

Расчет цилиндрической линзы заключается определении ее несущего слоя и формы каждого призматического элемента, удовлетворяющего заданному светораспределению. Поэтому, прежде чем приступать к такому расчету, следует найти уравнения, определяющие геометрические параметры преломляющих элементов.

.1.1 Расчет геометрических параметров призматических элементов, расположенных выше центрального окна

Пусть призма, расположенная, как показано на рис. 4.1, должна отклонить под углом α осевой луч, который падает на ее вершину в точку МВ.

Оптический расчет такой призмы следует начинать с определения координат точки МВ, находящейся на первой преломляющей грани призмы. Осевой луч источника, падающий в точку МВ, ориентирован углом φхВ, поэтому координаты этой точки определяются следующими выражениями:

где f - фокусное расстояние линзы;  - угол, составленный осевым лучом с осью Х.

В точке МВ углы падения и преломления (первой преломляющей гранью) определяются выражениями:

где n -показатель преломления стекла призмы.

Рис 4.1 - Оптический расчет верхнего призматического элемента.

Координаты точки  , принадлежащей второй преломляющей грани, можно рассчитать, зная угол преломления :

где  - толщина несущего слоя;  - угол, между лучом  и осью Х.

Зная координаты точки  второй преломляющей грани, следует ей придать такое положение в пространстве, чтобы луч  пошел после преломления по направлению α.

Из рис. 4.1 видно, что искомый угол  можно определить, если известно значение угла падения  луча на вторую преломляющую грань. В этом случае

Величина  находится с помощью дополнительного угла

Затем, поделив обе части равенства на  получим:

Из рис. 4.1 угол  находится как разность углов

 и

Следовательно, преломляющий угол:

Оптический расчет призмы завершится, если определим координаты точки , принадлежащей второй преломляющей грани призмы и третьей соединительной нерабочей грани призмы. Так как координаты точек  и  , лежащих на вершине предыдущей призмы, известны, нахождение местоположения точки  сведется к решению треугольника . Длина стороны  этого треугольника находится по известным координатам точек  и :

Угол при вершине  равен , а угол при вершине  равен:

где  - угол составленный лучом  и осью X.

Зная ,  и , можно рассчитать сторону

Координаты точки  определяются следующими выражениями:

Оптический расчет профиля призматического элемента заканчивается проверкой  выступа третьей соединительной грани призмы над несущим слоем:

.1.2 Оптический расчет центрального элемента линзы, не содержащего призматических элементов

В данном разделе мы определим координаты точек  ,  ,  , , расположение которых указано на рис. 4.2.

Координаты точки  определяются следующими выражениями:

В точке  углы падения и преломления определяются выражениями:

Координаты точки  можно рассчитать, зная угол преломления

Координаты точки  определяются следующими выражениями:

Углы падения и преломления в точке  имеют следующие значения:

Координаты точки  можно рассчитать, зная угол преломления

Рис. 4.2 - Оптический расчет элемента линзы, не содержащего призматические элементы

4.1.3 Расчет геометрических параметров призматических элементов, расположенных ниже центрального окна

Пусть призма расположена так, как показано на рис. 4.3.

Осевой луч источника, падающий в точку МН, ориентирован углом φхН, поэтому координаты этой точки определяются следующими выражениями:

где  - угол, составленный осевым лучом с осью Х.

В точке МН углы падения и преломления (первой преломляющей гранью) определяются выражениями:

Координаты точки  , принадлежащей второй преломляющей грани, можно рассчитать, зная угол преломления :

где  - угол, между лучом  и осью Х.

Из рис. 4.3 видно, что искомый угол  можно определить, если известно значение угла падения  луча на вторую преломляющую грань. В этом случае

Величина  находится с помощью дополнительного угла

Рис. 4.3 - Оптический расчет нижнего призматического элемента

Затем, поделив обе части равенства на  получим:

Из рис. 4.3 угол  находится как разность углов

 и

Следовательно, преломляющий угол:

Оптический расчет призмы завершится, если определим координаты точки  , принадлежащей второй преломляющей грани призмы и третьей соединительной нерабочей грани призмы. Так как координаты точек  и  , лежащих на вершине предыдущей призмы, известны, нахождение местоположения точки  сведется к решению треугольника . Длина стороны  этого треугольника находится по известным координатам точек  и :

Угол при вершине  равен , а угол при вершине  равен:

где  - угол составленный лучом  и осью X.

Зная ,  и , можно рассчитать сторону

Координаты точки  определяются следующими выражениями:

Выражения, определяющие координаты точки  , справедливы при определенных углах , так как возвышение третьей грани над горизонтальной плоскостью определяется значением технологического угла q. Действительно, при  третья грань призмы имеет горизонтальное направление, что является недопустимым, так как после прессовки линзы невозможно освободить форму от изделия. В этом случае пренебрегаем совпадением луча  с третьей гранью призмы, и точку  устанавливаем согласно требованиям технологии. Если технологический угол возвышения нерабочей грани призмы над горизонталью принять равным q, то уравнения применяются при соблюдении следующего неравенства:

В случае невыполнения этого условия в указанных уравнениях вместо  следует подставлять q.

Оптический расчет профиля призматического элемента заканчивается проверкой  выступа третьей соединительной грани призмы над несущим слоем:

При

4.2 Светотехнический расчет цилиндрической линзы

.2.1 Расчет КСС элемента линзы, не содержащего призматических элементов

КСС данного элемента представляет собой КСС источника света, умноженную на коэффициент пропускания стекла линзы во всем диапазоне, где нет призматических элементов. То есть

.2.2 Расчет КСС призматических элементов

Оптическое устройство с призматическими преломляющими элементами может рассматриваться как состоящее из отдельных зон. Как следует из оптического расчета, каждый призматический элемент осуществляет перераспределение светового потока независимо от других элементов. Из сказанного можно сделать вывод о том, что задача расчета сводится к подбору таких профилей кольцевых призм, которые обеспечили бы зональные кривые силы света каждой призмы, совпадающие в сумме с заданной кривой силой света.

.2.2.1 Разворот осевых лучей

Призматический элемент при сечении поперечной плоскостью образует концентрическое кольцо. Поэтому в этом сечении он оказывает настолько малое преломляющее действие, что им можно пренебречь. Сечение продольной плоскостью дает преломляющий профиль. При этом осевые лучи источника, упавшие на основание и вершину призматической зоны и удаленные друг от друга на угол , после преломления их зоной будут образовывать новый угол . Этот угол отличается от угла , потому что осевые лучи источника имеют различные углы падения.

Величина разворота осевых лучей  в общем случае определяется показателем преломления стекла n кольцевой призмы, ее преломляющим углом  и ее угловым размером . Для призматического элемента, находящейся на конической части несущего слоя, угол  является величиной постоянной, и так как для осевых лучей постоянен и показатель преломления n, то величина  для данной призмы полностью зависит от углового размера . Величина разворота  может быть найдена с помощью коэффициента преломляющего действия призмы V, равного отношению приращения угла преломления  второй гранью к приращению угла падения  на первую грань. Иначе говоря, коэффициент V показывает, во сколько раз уменьшится или увеличится угол между преломленными призматическим элементом лучами по отношению к величине угла, который они составляли между собой при падении на призматический элемент.

Коэффициент V находится из выражений, определяющих ход лучей в призме:

Считая в формулах (4.2) - (4.4) n и  постоянными и дифференцируя, получим:

Система уравнений (4.5) -(4.7) позволяет найти отношения дифференциалов  и :

Так как

то окончательное выражение для коэффициента V может быть записано в следующем виде:

Знак «минус» указывает на перемещение краевых лучей (нижние стали верхними, и наоборот), что для нас не имеет значения, поэтому его можно опустить.

Величина разворота осевых лучей для кольцевой призмы с постоянным углом  равна произведению ее углового размера на коэффициент преломляющего действия:

4.2.2.2 Свойства элементарного отображения призматического элемента

Элементарное отображение, создаваемое бесконечно малым участком поверхности преломляющего элемента, обладает рядом свойств. Вследствие преломляющего действия кольцевой призмы в плоскости профильного сечения (продольной плоскости) размер ЭО в этой плоскости не равен угловому размеру светящего тела. Наоборот, в плоскости, перпендикулярной профильной, кольцевая призматическая зона не оказывает преломляющего действия, и поэтому размеры ЭО в этой плоскости равны угловому размеру светящего тела. Поэтому форма ЭО, создаваемого бесконечно малым участком кольцевой призмы, не идентична форме телесного угла, в который вписывается светящее тело источника.

Для расчета угловых размеров ЭО, создаваемого исчезающее малым участком кольцевой призматической зоны, следует рассмотреть ее профильное сечение и определить факторы, влияющие на размеры ЭО в этом сечении. На любой бесконечно малый участок первой преломляющей поверхности источник света посылает пучок световых лучей, максимальный угол расхождения которых равен угловому размеру светящего тела ξ. Вследствие различной степени преломления этих лучей последние, выйдя из призматического элемента, образуют некоторый новый угол расхождения . Угол  будет являться размером ЭО в продольной плоскости при монохроматическом источнике света. Расчет значения  легко произвести с помощью коэффициента преломляющего действия призмы V:

При немонохроматическом источнике света на ЭО кольцевой призмы скажется ее дисперсионное действие. Каждый белый луч ЭО разложится на ряд цветных, отстоящих друг от друга на некоторое угловое расстояние. Вследствие этого появится дополнительный угол между фиолетовым и красным лучами, ставшими краевыми в ЭО.

Расчет дополнительного за счет дисперсии угла заключается в том, что находится приращение угла в зависимости от изменения показателя преломления n. Выражение, определяющее ход луча, преломленного на второй грани призматического элемента, следующее:

Так как

то выражению (4.14) можно придать следующий вид:

Величины  и n в формуле (4.16) зависят от спектрального состава луча. Продифференцировав выражение (4.16) по n, получим значение искомого угла:

где  - угол отклонения красного или фиолетового луча от желто-зеленого;  - значение половины полной дисперсии стекла, равное 0.01 для обычного стекла призматического элемента.

При расчете размера ЭО интересна относительная величина его дополнительного увеличения за счет дисперсии, которая может быть выражена следующим отношением:

где  - угловой размер светящего тела источника.

Полный угловой размер ЭО в продольной плоскости при немонохроматическом источнике света будет:

Второй отличительной чертой ЭО призматической зоны является неравномерная яркость его лучей, получающаяся в результате действия дисперсии. Вследствие значительной сложности определения неравномерной яркости лучей ЭО для практических расчетов Н. А. Карякин предложил понятие «эквивалентного ЭО». Световые потоки, заключенные в эквивалентном и действительном ЭО, равны, но распределение светового потока в пределах ЭО принимается равномерным. Вследствие этого размеры эквивалентного ЭО будут меньше действительного, т.е. .

Угловой размер эквивалентного ЭО в продольной плоскости находится так же, как и действительного (4.19):

Величина  находится из выражения:

в которое следует подставить величину :

Величина половины дисперсии  соответствует длине волны монохроматического излучения, ограничивающего эквивалентное ЭО. Для практических расчетов величина  принимается равной 0.0015. В таблице 4.1 даны значения :

Таблица 4.1 - Значения

.2.2.3 Расчет зональной КСС верхнего призматического элемента

Рассмотрим рисунок 4.4. Приняв, постоянными угловые размеры светящего тела в пределах , расчет размеров ЭО кольцевой призматической зоны тороидального светящего тела ведется для ее средней точки по формулам:

Расчет площади светлой части второй преломляющей поверхности элемента ведется с помощью коэффициента заполнения зоны. Зная координаты точек  и , ограничивающие вторую грань, можно рассчитать площадь части поверхности второй грани:

где  - координата средней точки второй грани.

Из рисунка 4.4 находим следующие отношения:

Коэффициент заполнения зоны  находится как отношение величины  к .

Если  то соотношения для  выглядят следующим образом:

Если  то соотношения для  выглядят следующим образом:

Рис. 4.5 Расчет площади призматической зоны и угла

Площадь светлой части, создаваемой призматической зоной по направлению , может быть рассчитана по следующей формуле:

Так как площадь светлой части рассчитывается с помощью эквивалентного ЭО, ее яркость постоянна и равна яркости , умноженной на коэффициент пропускания призмы . Яркость светлой части определяется формулой:

Зная площадь изображения  и его яркость, можно рассчитать силу света, посылаемую призматической зоной по направлению :

Из рисунка 4.5 находится угол

где

Выражение КСС для верхнего призматического элемента в общем виде может быть записано следующим образом:

.2.2.4 Расчет зональной КСС нижнего призматического элемента

Рассмотрим рисунок 4.6. Приняв, постоянными угловые размеры светящего тела в пределах , расчет размеров ЭО кольцевой призматической зоны тороидального светящего тела ведется для ее средней точки по формулам:

Рис. 4.6 Размеры  и  тороидального светящего тела.

Расчет площади светлой части второй преломляющей поверхности элемента ведется с помощью коэффициента заполнения зоны. Зная координаты точек  и , ограничивающих вторую грань, можно рассчитать площадь части поверхности второй грани:

где  - координата средней точки второй грани.

Из рисунка 4.6 находим следующие отношения:

Формулы для коэффициент заполнения зоны  будут точно такими же, что и для верхнего призматического элемента.

Площадь светлой части, создаваемой призматической зоной по направлению , может быть рассчитана по следующей формуле:

Так как площадь светлой части рассчитывается с помощью эквивалентного ЭО, ее яркость постоянна и равна яркости , умноженной на коэффициент пропускания призмы . Яркость светлой части определяется формулой:

Зная площадь изображения  и его яркость, можно рассчитать силу света, посылаемую призматической зоной по направлению :

Из рисунка 4.7 находится угол

где

Выражение КСС для верхнего призматического элемента в общем виде может быть записано следующим образом:

Рис. 4.7 Расчет площади призматической зоны и угла

5. Составление программы и расчет импульсного светосигнального прибора

На основе материала, изложенного в разделах 3 и 4, составлена программа для расчета светооптической системы импульсного светосигнального маяка. Данная программа представляет собой математическую модель линзы огня в среде MATHCAD 14.

.1 Расчет с помощью программы MathCAD

- это интеллектуальная компьютерная виртуальная среда, которая предоставляет большой набор инструментов для решения широкого круга математических задач и поддерживает различные способы анализа и визуализации данных.

В отличие от другого технического программного обеспечения, MATHCAD осуществляет математические преобразования, так же, как это делает человек. Внешне это выглядит подобно работе с карандашом и бумагой. Интерфейс программы предлагает на экране рабочее пространство (worksheet), на котором можно увидеть уравнения, параметры графика, функции и аннотации. Математические выражения в MATHCAD'e выглядят так же, как в тексте. Единственное различие в том, что уравнения и графики являются "живыми". При изменении любых параметров, переменной, или уравнения, и MATHCAD повторно и немедленно решит задачи рабочего пространства с новыми данными.

Математическая модель линзы импульсного маяка связывает оптический и светотехнический расчеты и позволяет наглядно оценить влияние различных факторов на конечный результат.

Листинг программы приведен в приложении 1.

Для оценки влияния различных факторов и окончательного выбора профиля линзы огня кругового обзора проведены многовариантные расчеты.

В результате расчетов определена конфигурация линзы, которая представляет собой сужающийся к верху колпак. На наружной поверхности колпака отпрессованы шесть верхних призматических кольцевых элементов и семь нижних призматических кольцевых элементов.

Координаты характерных точек профиля нижних призматических элементов занесены в таблицу 5.1, а координаты характерных точек профиля верхних призматических элементов - в таблицу 5.2.

Таблица 5.1 Координаты характерных точек профиля нижних призматических элементов

Таблица 5.2 Координаты характерных точек профиля верхних призматических элементов

.2 Расчет с помощью программы Trace Pro

Построение трехмерной модели линзы импульсного маяка

Чтобы проверить правильность расчета необходимо построить линзу с параметрами, полученными в таблице 2.1. Для получения профиля линзы воспользуемся AutoCAD. Для начала нанесем характерные точки профилей нижних и верхних призматических элементов, координаты которых представлены в таблицах 5.1 и 5.2.

Рис. 5.1 Характерные точки профилей верхних и нижних призматических элементов

После того, как мы нанесем все точки профилей призматических элементов, соединим их и достроим профиль линзы с учетом других параметров (фокусное расстояние, технологический угол и др.). В итоге получаем законченный профиль с реальными геометрическими параметрами, рис. 5.2

Рис.5.2 Вид профиля линзы

Нам необходимо построить трехмерный профиль отражателя. Для этого сначала строим профиль отражателя полилинией для заданных координат точек (рис. 5.3)

Рис. 5.3 Вид профиля линзы в AutoCAD и выбор команды рисования ‘Полилиния’

Потом открываем панель Моделирование в режиме 3D моделирования и выбираем из списка команд ‘Выдавить’ команду ‘Вращать’. (рис. 5.4).

Рис. 5.4 Открытие панели Моделирование, выбор команды ‘Выдавить’ и создание 3D объекта путем вращения вокруг заданной оси

Задаем необходимые параметры: начальную и конечную точки вращения (это будет ось вращения), а также угол вращения - 360 град. В результате получаем трехмерный объект, который можно использовать в Trace Pro для расчета КСС (рис.5.5).

Рис. 5.5 3D модель цилиндрической линзы в AutoCAD

Для переноса в Trace Pro сохраняем модель в формате, который понимает Trace Pro (например, ACIS). Переходим к расчету КСС в Trace Pro

Расчет КСС в программе Trace Pro

Открываем полученную модель цилиндрической линзы в Trace Pro (рис. 5.6).

Рис. 5.6 3D модель цилиндрической линзы в Trace Pro

Назначаем перенесенной модели цилиндрической линзы параметры материала. Для этого щелкаем на линзе правой кнопкой мышки, открываем ее свойства и во вкладке Material выбираем материал с заданными параметрами (коэффициент преломления, коэффициент пропускания) (рис. 5.7).

Рис. 5.7 Свойства линзы

Таким образом, назначили линзе свойства стекла с коэффициентом преломления 1.53. Рассмотрим источник света. Источником света назначаем тор, сделанный также в AutoCAD’е и перенесенный в Trace Pro. ИС помещен в фокус цилиндрической линзы и его геометрические параметры соответствуют размерам разрядного столба, заданным в ТЗ. Для источника необходимо в меню Properties (Свойства) во вкладке Surface (Поверхности) назначить свойства поверхности: выберем в выпадающем меню Catalog (Каталог) параметр Default (По умолчанию), а в выпадающем меню Name (Название) - Perfect Absorber (Абсолютный поглотитель - коэффициент поглощения равен 1). Затем переходим во вкладку Surface Source (Поверхность источника) и также задаем необходимые параметры. (рис. 5.8)

Рис. 5.8 Вид вкладки Surface Source

Эта вкладка имеет следующие поля, очень важные для светотехнического расчета.

. Source Type (Тип источника). Может принимать значения:

Flux (Поток) - в зависимости от того, в каких единицах - фотометрических или радиометрических - решается задача, имеет размерность люмены или ватты;

Irradiance (Яркость) - в данном контексте это поверхностная плотность потока излучения, измеряемая в люксах или Вт/м2.

BlackBody (Черное тело) - излучение черного тела;

GrayBody (Серое тело) - излучение серого тела;

. Flux (Поток) - собственно величина параметра, тип которого определен в предыдущем пункте;

. Total Rays (Всего лучей) - число лучей, испускаемых поверхностью. Эта величина никак не связана с мощностью, т.е. можно большую мощность передать малым числом лучей и наоборот;

. Total Power (Полная мощность) - вычисляемый параметр, характеризующий мощность источника. Он имеет смысл в ситуации, когда имеется излучение с различными длинами волн, а также, если назначается плотность излучения. Тогда с учетом площади источника рассчитывается мощность, отдаваемая поверхностью. Для этого применяется кнопка Calculate Power (Рассчитать мощность);

. Wave (Длина волны), Weight (Весовой коэффициент), Power (Мощность) - параметры излучения.

. Angular Distribution (Угловое распределение) - тип распределения мощности излучения в пространстве. Может принимать значения:

Lambertian (Ламбертова поверхность)

Normal to Surface (Нормально поверхности)

Surface Absorptance (Поверхностное поглощение)

Uniform (Однородное).

Выбираем в выпадающем меню Source Type параметр Flux. В поле Total Rays введем 1000, исходя из того, что меньшее число лучей может внести существенную погрешность расчета, а большее - слишком сильно увеличить время расчета. В поле Angular Distribution установим значение Lambertian.

Перед тем как начать вычислительный процесс, необходимо настроить параметры трассировки, подав команду Raytrace Options. (рис. 5.9)

Рис. 5.9 Вкладка Raytrace Options (Настройка трассировки)

Для настройки перейдем на вкладку Options (Настройки). Активируем опцию Ray Splitting (Расщепление луча), это нужно для более точного воспроизведений явлений рассеяния. В поле Radiometric Units выбираем параметр Photometric (Фотометрический). Переходим к запуску расчетов. Результат расчета показан ниже на рис. 5.9

Вывод: В результате была создана и подготовлена геометрическая модель в AutoCAD’е, определены оптические характеристики отражателя. Был создан, перенесен в Trace Pro ИС, были определены его оптические свойства (коэффициент поглощения).

.3 Расчет с помощью программы CODE V

Research Associates (ORA) является лидером в области компьютерного проектирования оптических систем. Программа CODE V, разрабатываемая в компании уже на протяжении нескольких десятилетий, обладает самым обширным арсеналом средств для синтеза, анализа и оптимизации оптических систем. Результаты, полученные с помощью CODE V достаточно надежны.

Описание данных

.        Ввод данных. (Lens Data Manager (LDM , System Data)

При загрузке программы по умолчанию загружается New Lens Wizard - редактор для создания новой оптической системы. Перед нами на экране окно Lens Data Manager, в котором находятся такие конструктивные данные, как радиусы R, толщины оптических элементов и промежутки d, названия материалов (стекол, кристаллов). Здесь определяется местоположение апертурной диафрагмы, тип поверхности, закон прохождения лучей через поверхность (преломление, отражение…).и d могут быть постоянными, варьируемыми (при оптимизации) или расчетными (например SO , SG). Для того, чтобы установить такой признак, необходимо выделить нужную ячейку, кликнуть правой кнопкой мыши, зайти в Surface Properties и выбрать там тип величины: постоянная - Frozen; переменная - Variable; рассчитываемая - Solve- Edit, и здесь же выбрать нужную характеристику, например, для SG - Paraxial Image Distance.

По умолчанию на всех поверхностях устанавливается Refract Mode - это означает, что поверхность преломляющая. Чтобы задать отражение на поверхности необходимо выделить ячейку, кликнуть правой кнопкой, зайти в Surface Properties, установить тип Reflect, здесь же при необходимости можно задать характеристики зеркала.

В колонке Glass задается материал: стекло или кристалл, из имеющихся в СodeV каталогов стекол. Российского каталога стекла в программе нет. Поэтому, если есть необходимость рассчитать систему с такими стеклами, можно воспользоваться возможностью создания личного каталога стекла. Для этого в меню Lens выбираем Add Private Catalog Glass и далее Regular. Здесь заносится название стекла, рабочие длины волн и соответствующие показатели преломления. При занесении стекла из личного каталога в LDM название стекла необходимо указать в '…'.

Например: ' K8 '.

Показатели преломления стекол каталога Schott в CodeV и в Opal незначительно отличаются.

Основные характеристики оптической системы указываются в меню Lens < System Data:- характеристики зрачка. В зависимости от условий работы системы можно задавать переднюю апертуру NA, заднюю апертуру NA’, диаметр входного зрачка, относительное отверстие.- длины волн, веса, основная длина волны.(поля) - тип поля: высота объекта, параксиальная высота изображения, реальная высота изображения, угловая величина предмета. Можно задать одну или несколько точек поля. Координаты задаются в линейных или угловых единицах. Можно задать веса. System solves (расчеты в системе, параметры удержания) - можно задать расчет параксиального изображения, можно задать расчет и удержание величины масштаба (увеличения).setting (установки системы) - здесь можно указать название системы (не имя файла), которое будет далее фигурировать в выводе данных расчета и анализа, единицы измерения для конструктивных и других параметров, и здесь же показаны атмосферные условия (давление, температура) среды, в которой система работает. Изменить атмосферные условия можно в меню Lens< Environmental Change.

Можно задавать характеристики для специфических расчетов астигматов, афокалов, систем с учетом поляризации, систем с аподизацией зрачка, проводить исследования по глубине резкости.

Чтобы обернуть систему в меню Edit надо выбрать Flip, чтобы масштабировать - Scale.

Чтобы задать децентрировку поверхности необходимо в меню Lens<Surface properties<Decenters, указать децентрировку новой системы координат, связанной с децентрированной поверхностью, относительно предыдущей. Необходимо выбрать тип децентрировки, и задать величины X-Decenter, Y-Decenter, Z-Decenter - это координаты центра О новой децентрированной системы координат в предыдущей системе, а так же Alfa Tilt, Beta Tilt, Gamma Tilt - углы поворота децентрированной системы относительно предыдущей вокруг осей Х, Y, Z. Таким образом будет установлена новая система координат, все последующие поверхности будут задаваться в этой системе. Значения d (промежутков) есть проекция на ось Z. Если в оптической системе децентрирована только одна поверхность необходимо на следующей поверхности вернуться к первоначальной системе координат.

Для сохранения новой оптической системы войдите в меню File<Save Lens As и введите новое имя системы латинскими буквами.

Для сохранения изменений в системе выберите в меню File<Save.

Программа CODE V позволяет открывать окно LDM и работать только с одной оптической системой. Если необходимо открыть другую систему, текущая закрывается. Если необходимо создать новую систему, которой нет в вашем каталоге, (а вы в это время уже работаете

Перемещение и поворот в плоскости YOZ y1, z1 - координаты децентрированной системы y1=z1=d, A=ATilt в CODE V), войдите в меню File - New и вы запустите New Lens Wizard, где можно задать основные характеристики системы (которые будут в System Data), а потом задать в LDM конструктивные данные.

. Просмотр данных оптической системы (List Lens Data).

Для просмотра основных данных оптической системы в меню Display-выбрать List Lens Data. Здесь находятся конструктивные данные, которые вы вводите в LDM и System Data и расчетные параксиальные характеристики:f- S’F’- SF- 1/относительное отверстие (для SO=∞)DIS - расстояние от последней поверхности до плоскости

изображения SGDIS - расстояние от плоскости предмета до первой поверхности- увеличение- расстояние от первой поверхности до диафрагмыдлина оптической системы +передний и задний отрезки- для оптической системы, где SO и SG≠∞- высота параксиального изображения YG- расстояние от последней поверхности до плоскости параксиального изображенения- угловые размеры параксиального изображения- диаметр входного (выходного) зрачка- положение зрачка от 1-й поверхности

. Прорисовка оптической системы и хода лучей.

В меню Display выбрать View Lens и задать необходимые параметры для прорисовки системы и хода лучей.

. Работа с патентами.

В меню File выбрать New - Patent Lens. (Другим способом можно зайти в меню Tools<Patent Lens Search). Попадаем в каталог патентов, всего 2400.

Выбрав какой-либо патент, можно посмотреть характеристики системы при помощи кнопки «Next». Если система вас устраивает, нажмите «Done» и окажитесь в Lens Data Manager. Выбранная система приведена к F=1mm.

Необходимо ее промасштабировать в соответствии с ее реальным фокусом, в патенте он указан FOV.

Работая с каталогом патентов, можно заранее ограничить число патентов, используя «Filter». Нажав кнопку «Filter», зададим интересующие нас характеристики объектива (размер поля, область спектра, апертуру, фокус, дисторсию и т.д.). После этого в каталоге останутся только те патенты, которые удовлетворяют нашим требованиям. Далее, в загруженном нами CODE V будут только патенты, выбранные фильтром. Чтобы вернутся к полному списку патентов CODE V необходимо перезагрузить.

Анализ

. Трассировка параксиальных лучей.

(Analysis<Diagnostics<Paraxial Ray Trace)

В программе CODE V два луча определены как параксиальные.

Это апертурный луч осевого пучка - Marginal Ray и главный луч крайнего полевого пучка - Chief Ray. Таблично выводятся высоты пересечения лучей с поверхностями - HMX, HCX, углы падения на поверхность и углы после преломления соответственно N*IMX, N*ICX, UMX, UCX.

. Трассировка реальных лучей.

(Analysis<Diagnostics<Real Ray Trace)

Из одной точки поля можно задать 5 лучей: осевой, два сагиттальных и два меридиональных, идущих по максимальному апертурному углу. В табличном виде для каждого луча выводятся X, Y, Z - координаты пересечения луча с поверхностью, tanx, tany, tanz - углы между лучом и осями Х, Y, Z. Length - длина луча между поверхностями.

. Суммы Зейделя ( аберрации третьего порядка - Third Order Aberation).

В меню Analysis< Third Order Aberation

Здесь приводятся значения сумм Зейделя по поверхностям и в плоскости изображения.- S1 - первичная сферическая аберрация- SII - первичная кома, SAS - SIII - первичный астигматизм- SIV - кривизна- SV - первичная дисторсия, LAT - хроматические суммы, продольный и поперечный

астигматизм- размытость Петцваля

Все значения рассчитываются для последнего поля заданного вData

. Аберрации главных лучей

В меню Analysis выбрать First/Third Order Aberation, здесь рассчитывается дисторсия (%), астигматические отрезки для Х-Focus, Y-Focus (Z’M , Z’S) - для всех пучков.

В меню Analysis выбрать Diagnostics< Field Curves для просмотра кривых аберраций главных лучей Х-Focus, Y-Focus, дисторсии.

. Геометрические аберрации лучей

В меню Analysis выбрать First/Third Order Aberation . Луч определяется по его координатам на зрачке, количество лучей можно изменять. Геометрические аберрации обозначены как DeltaX и DeltaY, и волновая аберрация OPD для каждого луча. Вычисления представлены для всех пучков, заданных в System Data.

Кривые геометрических аберраций лучей можно увидеть, выбрав Analysis<Diagnostics<Ray Aberration Curves.

Кривые поперечного хроматизма - Analysis<Diagnostics<Lateral Color Plot. (Short - Long (короткая λ с длинной , короткая с основной).

Если выбрать «General Listing» Θ, то будет и текстовая информация.

. Анализ волнового фронта. (Wavefront analysis)

В Меню Analysis выбрать Diffraction<Wavefront analysis. Для более полного анализа лучше выбрать Nominal Focus, тогда будем иметь данные RMS (CKB) для плоскости параксиального изображения, RMS и SHTREL в плоскости наилучшей установки для каждой точки поля (Best Individual Focus), RMS и SHTREL для композиционной плоскости наилучшей установки для всех заданных точек поля (Best Composite Focus) (это СКВ в ОПАЛ). Composite RMS обобщено для всех пучков. Best Composite Focus -это и есть плоскость наилучшей установки, с которой мы имеем дело в ОПАЛ (DS’).

Монохроматическое RMS совпадает с СКВ в ОПАЛ, полихроматическое RMS несколько отличаются от СКВ в ОПАЛ.

Т. к. в CODEV полихроматическое RMS расчитывается по другой формуле, а так же длина волны в которой выражается СКВ - это основная λ, а RMS выражается в λо, которая не равна основной длине волны, это некая взвешенная интегрированная величина от заданных длин волн и вычисляется по определенной формуле. Формулы вычисления полихроматического RMS и λо приведены в Reference Manual (Volum II, p 5-73).

Если при расчете Wavefront Analysis выбрать «Applay Focus Shift», то в дальнейших расчетах, например, в Pupil Map (карта зрачка) все значения коэффициентов Цернике и RMS будут даны для плоскости наилучшей установки. Кроме того, в LDM в колонке толщин для Image будет указан Best Composite Focus - плоскость наилучшей установки.

Чтобы сразу попасть в таблицу Wavefront Analysis для Best Composite Focus нажмите кнопку

. Карта зрачка (Pupil Map)

В меню Analysis выбрать Diagnostic<Pupil Map. Здесь можно посмотреть представление волнового фронта для всех точек поля и каждой длины волны.

Дается значение RMS, RMS после операции «Tilt» (это особое преобразование волнового фронта с целью минимизировать наклон для всех точек поля, при этом С11 - значительно уменьшается, изменяются и другие коэффициенты), RMS после «Tilt» в плоскости наилучшей установки (tilt/focus). В Опале все значения СКВ и коэффициентов Цернике даны после проведения операции «Tilt» и в плоскости наилучшей установки. Текст сопровождается графиками интерферограмм и волновых фронтов.

Если в меню Pupil Map выбрать Coefficient Zernike, задать разложение волнового фронта по Цернике, при этом лучи должны быть привязаны к входному зрачку - Fit to entrance Pupil (как в ОПАЛ), то будут рассчитаны 36 коэффициентов Цернике (которые совпадают со значениями коэффициентов в ОПАЛ (Opal)) и по ним рассчитано полиномиальное RMS (=СКВ, рассчитаному по коэффициентам в ОПАЛ в меню «Анализ Опт»/ «Коэффициенты Цернике»), RMS (tilt removed) =CКВ в ОПАЛ (Opal).

Коэффициенты Цернике, представленные в CODE V соответствуют волновому фронту, после проведения операции «Tilt», поэтому они совпадают с ОПАЛ и не совпадают с коэффициентами Цернике в меню «Анализ Опт» «Коэффициенты Цернике».

. Анализ ЧКХ. (MTF )

В меню Analysis<Diffraction< MTF проводится расчет и анализ ЧКХ.

Необходимые требования к построению ЧКХ задаются в закладке Grafics. Если есть необходимость иметь ЧКХ для разных плоскостей по глубине резкости, необходимо в System data заполнить опцию «Throught Focus» (через фокус). (Если в LDM установлена плоскость наилучшей установки, то ей соответствует Focus=0.) При расчете ЧКХ в «text» будут расчитаны данные для всех заданных Focus Position, чтобы были прочерчены ЧКХ для всех позиций надо в Grafics в поле At focus Position задать Shift Focus (сдвиг плоскости по глубине резкости) в соответствии с тем, что задано в опции «Throught Focus». На каждом графике, соответствующем одной позиции фокуса будут построены кривые для всех точек поля. Для конкретного изучения кривой ЧКХ какой-нибудь точки поля надо ограничится одной плоскостью по глубине резкости и «выключить» Overlay field (переналожение полей).

В CODE V есть возможность построить фокусировочные кривые в пределах заданной глубины резкости. Для этого необходимо:

включить Overlay field

включить Plot MTFvs focus в поле Focus plot

задать необходимую частоту (лин./мм) friequency.

. Анализ изображения при использовании освещения различной степени когерентности. (1D Partial Coherence,

D Partial Coherence)

В меню Analysis>Diffraction>1D Particular Coherence (или 2D Particular coherence).

D Partial Coherence

Исследование одномерной структуры при различной степени когерентности излучения. Выберите Analysis>Diffraction>1DParticular Coherence меню. Здесь проводится анализ линейчатой структуры в частично-когерентном свете. Для минимума исследований необходимо задать:

В закладке Source: задать Relative NA of condencer (относительная апертура, степень заполнения зрачка, определяющая степень когерентности:

<NA<1 - частично-когерентный свет, NA>1 - некогерентный свет)

В закладке Computation: включить Peak Normalization.

В закладке 1D Object: задать необходимые величины Number of bar (число элементов), Width of one bar (ширина элемента) Period of bar (период, по умолчанию - ширина х2).

D Partial Coherence

Исследование двумерной структуры при различной степени когерентности излучения.

В закладке Source: задать Relative NA of condencer.

В закладке Output Control: включить Intensity Plot.

В закладке 2D Object: задать двумерную структуру. Начало координат располагается в центре двумерной структуры, каждый элемент имеет размеры (х -width, y - height) и локальные координаты (X Location, Y Location), задающие геометрический центр элемента, можно задавать угол поворота.

В закладке Color Display: включить Color Display для прорисовки вида двумерной структуры, если этого не сделать будем иметь только двумерные графики распределения интенсивности.

. Задание допусков, компенсаторов. Анализ изменений оптических характеристик, связанных с допусками.

(Tolerance and Compensators).

Задание допусков и компенсаторов.

Чтобы задать допуска, необходимо в меню Review выбрать Tolerance. Далее в окне Tolerance and Compensators нажать Autofill. В этом окне задаются допуска. Если выбрать «General Default Tolerance», то на выбранные вами поверхности будет задан стандартный (для CODEV) набор допусков в стандартных границах. Если выбрать General Select Tolerance, то у пользователя появится возможность определить только необходимые допуска и их максимальные величины для заданных поверхностей. В меню Lens<Surface<Tolerance, выбрав интересующую вас поверхность можно посмотреть и изменить в случае необходимости, заданные допуска, а так же воспользовавшись клавишей «Generate Default Tolerance» установить на выбранную поверхность стандартный набор допусков, который при необходимости можно изменять. Здесь же есть возможность указать компенсаторы и соответствующие им максимальные величины.

Типы основных допусков:- наклон по Х группы поверхностей относительно первой поверхности (в радианах)- наклон по У группы поверхностей относительно первой поверхности (в радианах)-- наклон поверхности в плоскости YZ относительно ее первоначального положения (в радианах)наклон поверхности в плоскости XZ (в радианах)-- изменение показателя преломления- относительно изменение V- изменение радиуса в ммТ - изменение толщины в мм- поперечное перемещение в Х направлении в мм- поперечное перемещения в У направлении в мм- перемещение вдоль оси Z- поперечное перемещение группы поверхностей вдоль Х- поперечное перемещение вдоль У в мм--

Более подробное описание видов допусков в Reference Manual, том 1, стр2А- 110.1

Анализ влияния допусков.

Анализ влияния допусков рассматривается в меню Analysis/. В программе CODEV анализ влияния допусков ведется потрем направлениям TOR (влияние допусков на RMS и MTF), TOD (влияние на дисторсию) и TOL (допуска и аберрации первого-третьего порядков).

.Допуска и RMS (MTF). TOR анализ./ Tolerancing/ RMS wavefront error (MTF)использует реальный ход лучей. Допуски здесь переменные величины. Это дает возможность рассматривать отклонение RMS (MTF) как функцию от величины допуска (в пределах заданных границ) и рассчитывать вероятностные величины отклонений RMS (MTF). С математической точки зрения в TOR имеем дело с производной d(OPD)/d(tolerаnce). Дифференциальные расчеты в TOR весьма точны, если представить график зависимости OPD от величины допуска, то угол наклона кривой есть производная, рассчитанная в TOR. В TOR принято, что между OPD и tolerance линейная зависимость, тогда для RMS (MTF) эта зависимость становится квадратичной.

Рассматриваемая в TOR линейная модель применима только для малых допусков.

Для каждого луча считается d(OPD)/d(tolerаsnce) для каждого допуска и все суммируется. Таким образом имеем функцию, описывающую зависимость RMS (MTF) от каждого допуска. Функция представлена набором коэффициентов.

В принципе расчет для RMS и MTF различный. Для MTF рассчитывается отклонение главного луча, а для RMS среднее отклонение лучей в ограниченном пучке. И в обоих случаях для λср.

Если в LDM не определять допуски, то по умолчанию считаются все допуски в стандартно заданных границах. Компенсатором будет задний отрезок DLZ.

Закладка Perfomansc Measures

Здесь необходимо задать вид исследуемой функции RMS или MTF (для последней задается partial frequency, azimut). По умолчанию рассчитываются те допуски суммарное влияние которых на изменение RMS (MTF)=0.01. (Если требуется учесть допуски при ином изменении функции см. ниже.)

Закладка Computation Control

Здесь можно выбрать способ задания функции ΔRMS: или она зависит от всех допусков (в стандартных границах), представленных в CODEV, тогда будет рассчитана функция распределения вероятности для ΔRMS , или только от тех, которые задает пользователь в LDM. Это соответственно

•Inverse Sensitivity (далее INV-режим) или

•Sensitivity of current tolerance

Закладка Tolerance limit

Для INV здесь можно изменять пределы допусков.

Закладка Compensator Control

Здесь можно задать вес на каждое поле для расчета компенсаторов. По умолчанию вес на все поля =1.

Закладка Output Control

Существует два способа вывода данных расчета.

•Extended - для представления отклонения RMS(MTF) в виде функции от величины допуска печатаются коэффициенты : постоянный, линейный и квадратичный.

=(AT2+BT+C)1/2 и MTF= AT2+BT+C ,

где А, В, С - коэффициенты,

Т - величина допуска.

•Standard - стандартная форма вывода без указанных выше коэффициентов. Если хотим посмотреть, какие допуски оказывают какое-либо конкретное влияние на RMS (например, RMS=0,05), то в закладке Output Control включаем Cut-off Perfomance и в поле указываем значение RMS. В результате получаем набор допусков суммарное влияние которых на RMS>0.05.

Если хотим иметь в выводе только допуски, оказывающие какое-либо конкретное влияние на RMS (например, RMS=0,05), то включаем Cut-off Perfomance и в поле указываем значение RMS. В результате получаем набор допусков, суммарное влияние которых на RMS=0,05.

Стандартный лист вывода информации расчета влияния допусков на изменение RMS имеет табличный вид и содержит:in RMS - изменение RMS для ± максимальных значений допусков и величины компенсаторов.change in RMS - ожидаемое изменение RMS при изменении допусков в заданных границах и ожидаемые величины компенсаторов.Change - какие значения ΔRMS принимает с вероятностью 50%, 84.1%, 97.9%, 99.9% при совокупном изменении допусков.Summary - здесь приводятся значения RMS номинальные и ожидаемые при изменении допуска в заданных границах и соответствующие им значения параметров компенсаторов.

Все данные предоставляются для разных точек поля.

Если в Output Control выбрать •Extended, будут печататься коэффициенты А, В, С (постоянный, линейный и квадратичный) для функции ΔRMS (см. выше).

Если в Computation Control выбрать INV-режим, то в выходных данных будет определена Probably Distribution Function - функция распределения вероятности для интересующей нас переменной величины (например, для ΔRMS).

Есть три вида RDF: UNI (1D, 2D) - однородная, GAU - Гауссовая, END - допуски принимают только граничные значения. Каждая из этих функций используется для описания разных допусков. Для центрированных допусков (PDS) - UNI 1D; для децентрированных допусков (PDD) - UNI 2D, GAU, END; для иррегулярных (неоднородных) (PDI) - UNI, END.Tolerancing

В меню Analysis/ Tolerance/ выбрать Interactive tolerancing. Работа в этом окне позволяет, один раз просчитав TOR, изменять допуски и сразу же иметь результаты изменения RMS (MTF) и соответствующие компенсаторы, не прибегая к пересчету TOR. Можно пользоваться Interactive tolerancing, изменяя в LDM границы допусков и компенсаторов. Но если вводятся новые допуска и компенсаторы, необходимо производить анализ в TOR. Данные в окне Interactive tolerancing можно распечатывать.

Чтобы посмотреть какие типы допусков и компенсаторы заданы в оптической системе достаточно обратится в меню Display>List Lens Data>Tolerance and compensator.

.Допуска и дисторсия. TOD анализ. / Tolerancing/ Distortion.анализ считает изменение дисторсии главного луча, вызванное изменением конструктивных параметров системы (иначе наличием переменных допусков). Дисторсия усреденена поλ.анализ используется в тех случаях, когда размер и локализация изображения, являются более важными, чем качество изображения. При повышенных требованиях к качестве используется TOR анализ. В случае, когда интерес представляют как качество, так и локализация изображения , к сожалению единого решения нет, т.к. критерии TOR и TOD различны. Для одних и тех же допусков величины компенсаторов в TOR и TOD анализе будут различными. Сам пользователь должен правильно оценивать результаты анализа и выбирать величины компенсаторов, руководствуясь требованиями к системе.

Расчет TOD базируется на тех же принципах, что и TOR. Рассчитывается дифференциал волновой аберрации по переменным допускам. Изменение позиции главного луча определяется как производная волновой аберрации по зрачковым координатам. Дисторсия апроксимируется как линейная функция по отношению к переменным допускам. Критерием для определения величины компенсатора служит минимизация суммы квадратов х- и у-компонент дисторсии по всем точкам поля. Здесь учитывается вес для точек поля.

Описание вывода данных.

Вывод данных осуществляется в табличном виде как и в TOR.

Первые две колонки содержат описание типа и величины допусков, и обозначены как Manufacturing Error. В следующих двух колонках показано изменение х- и у-компонент дисторсии, соответствующее допускам. И в последней - величины компенсаторов.

В следующей строке указывается прогнозируемое значение изменения дисторсии и соответствующее ему значение компенсатора.

Оптимизация (Automatic Design)

До начала оптимизации необходимо указать параметры, которые будут переменными. Для этого в LDM выделить ячейку с интересующим нас параметром, кликнуть правой кнопкой мыши, выбрать Vary, с этого момента величина становится варьируемой, в ячейке появляется значок «v».

Для проведения оптимизации в меню Optimization выбрать Automatic Design. Automatic Design имеет 9 закладок, которые необходимо заполнить в соответствии с вашими требованиями к процессу оптимизации.

. Закладка Error Function Control.

Здесь необходимо выбрать тип оптимизации: Transverse Ray Aberration (минимизация геометрических аберраций), Wavefront Error Variance (минимизация отклонений волнового фронта), MTF (по ЧКХ).

. Закладка General Constraints.

Здесь указываются конструктивные данные системы. Величины должны быть согласованы с данными в LDM, для этого в Option Set выберите Load. Контролируются Maximum center thickness - максимальная толщина по центру в стекле, Minimum center thickness - минимальная толщина по центру в стекле, Min edge thickness - минимальная толщина края в стекле, Min air edge separation -минимальный воздушный промежуток на краю, Min axial air space - минимальный воздушный промежуток по оси.

Здесь можно определить максимальные углы падения по группам элементов.

В CODE V существует возможность проводить оптимизацию с изменением стекла.

В CODE V существуют так называемые «фиктивные стекла», которые определены показателем на d -линию (линия гелия) и числом Аббе VF-C. Эти стекла характеризуются нормальной кривой для дисперсии. Фиктивные стекла определяются в Surface Properties - Material - Name. Обозначаются ХХХ.YYY (могут иметь до 6 цифр до и после «.»), где ХХХ=nd-1, YYY=VF-c/100. Точка десятичного знака указывает на то, что стекла фиктивные. Таким образом фиктивные стекла характеризуются только n и V, существует формула для расчета веса такого стекла, но величину трансмиссии, коэффициентов теплового расширения и другие физические характеристики для фиктивного стекла не определены. В случае необходимости пользователь может сам задать эти характеристики, присвоив, например, фиктивному стеклу свойства реального стекла из каталогов CODE V. Например:S5 620.603 - определяет, что стекло на поверхности 5 фиктивное GLC S5 0 - n и V варьируются при оптимизации GLH S5 SK16_SCHOТT -присвоить фиктивному стеклу на поверхности 5 все свойства стекла SK16_SCHOOT.

Если вы хотите сделать стекло переменным, надо сделать следующее:

В меню Lens<Surface Properties<Materials, здесь в поле Name записано обозначение стекла, кликните правой кнопкой и выберите Vary. Стекло превратится из реального в фиктивное, переменное, а на дисплее в поле Name появится цифровое обозначение с десятичной точкой. N и V будут варьироваться при оптимизации. Личный каталог стекол нельзя таким образом конвертировать в фиктивный.

Для того чтобы ограничить изменение только n или только V надо вместо Vary выбрать Couple, войти в Couple Editor, где и задать необходимые ограничения. Чтобы определить дисперсию у фиктивного стекла, надо написать название стекла в поле Dispersion Chars и преобразовать модель нормального фиктивного стекла в более сложную, например, не исключая аномальной дисперсии.

Чтобы ограничить изменение характеристик стекла в процессе оптимизации необходимо определить точки границы стекла. Заполняются так называемые карты стекла (Map).

.Закладка Error Function Weight.

Вес на апертуру по умолчанию 0,5.

Баланс между контрастом и разрешением:

.0 0.5 - очень высокий контраст, низкое разрешение

.5 0.0 - высокий контраст, хорошее разрешение (по умолчанию)

.0 0.5 - хороший контраст, высокое разрешение

.5 1.0 - низкий контраст, очень хорошее разрешение

Вес на х и у компоненту геометрических аберраций. Для 5 полей по умолчанию имеем:=1.0=0.875=0.5=0.3=0.1, если полей больше 5, то вес на все поля =1.0.

. Закладка Through Focus Optimization Controls.

Контроль по глубине резкости будет осуществляться с заданным весом только в случае, если в System Data заполнена опция Through Focus..

. Закладка Output Control.

Можно при необходимости потребовать, чтобы при каждом цикле выводились изменения конструктивных параметров, система прорисовывалась и т.д.

. Закладка MTF Error Function.

Заполняется, если оптимизация по MTF.

. Закладка Exit Control.

Выходной контроль. Максимальное и минимальное число циклов…

. Закладка Specific Constraints.

Здесь задаются требования к целому ряду оптических и конструктивных параметров, которые будут учтены при оптимизации.

Для того чтобы выбрать параметр и наложить на него необходимые нам ограничительные условия при оптимизации, надо зайти в Insert Specific Constrain. Вверху окна расположены два главных поля: Category и Constraint (ограничительное условие).ConstraintDefinition Фокус

Увеличение

Общая длина

Расст. до предмета

Расст. до изображения

Расст. до вх. зрачка

Расст. до вых. зрачка

Астигматические отрезки Х

Астигматические отрезки У

Дисторсия Х

Дисторсия Уand Packaging (Здесь задаются ограничения на конструктивные параметры)Ray Trace Data

(Контроль за углами падения, преломления, высотами, минимизация аберраций первого и третьего порядков (суммы Зейделя), продольный и поперечный хроматизм.Ray Trace

Контроль за направляющими косинусами, OPD

Остальные категории более специфичны и понадобится могут лишь в особых случаях.

Заполняя ограничения на какой-нибудь параметр надо выбрать его в Соnstraint. Далее указать, если необходимо, длину волны, величину поля.

Нажав клавишу Calculate Default Target, в поле Constrain Mode получим значение выбранного параметра. Следует указать наши требования к параметру в поле Constraint Mode (= , больше, меньше, минимизировать и т.д.), если выбираем «минимизировать», то имеем возможность задавать вес в поле Weignt. После того, как все необходимые требования заданы, нажимаем клавишу ОК. Таким образом в Specific Constraints появляется запись, задающая ограничения на параметр. Для того чтобы эту запись редактировать достаточно нажать клавишу Edit. Для того чтобы ввести новый параметр, необходимо снова войти в Insert Specific Constrain и повторить все выше описанные действия.

Для запуска оптимизации нажимаем ОК.

После окончания оптимизации все новые данные попадают в LDM.

(Необходимо только пересчитать высоты. Для этого, выделив колонку Semiaperture, кликнуть правую кнопку и выбрать Delete All Clear/OBS aperture.??)

В CODE V существует так называемый глобальный синтез - Global Synthesis. Этот процесс оптимизации связан с глобальным изменением всех конструктивных параметров и созданием совершенно новой системы. Этот процесс достаточно длительный. Условия проведения оптимизации задаются также как и в Automatic Design.

6. Результаты, сравнение и анализ расчетов, произведенных в разных программах

Целью данного дипломного проекта являлась разработка импульсного маяка для вертодромных площадок и составление унифицированной программ расчета для проведения аналогичных расчетов.

Нами была создана программа, которая позволяет менять входные данные для расчета и практически сразу видеть, как это влияет на конечные результаты, как изменились те или иные параметры и что надо поменять для достижения оптимального результата. Это в значительной степени упрощает, ускоряет и что немало важно удешевляет процесс расчета новых приборов такого типа.

Так, например, чтобы использовать источник света с другими геометрическими параметрами, нам надо пересчитать цилиндрическую линзу. При расчете вручную на это ушел бы не один час, но с разработанным методом, расчет занимает считанные минуты. Меняя входные данные, мы незамедлительно получаем пересчитанные КСС светильника. Для получения требуемых кривых мы можем изменить количество верхних или нижних призматических элементов и опять же «с лету» получить обновленные КСС.

7. Конструктивная компоновка (Общий чертеж, общая компоновка)

Рис. 7.1 Общий чертеж, компоновка в 2D виде

Рис. 7.2 Общий чертеж, компоновка в 3D виде - вид сверху

8. Экономическая часть

.1 Технико-экономическое обоснование целесообразности проведения данной работы

Импульсный светосигнальный прибор входит в состав светосигнальных систем аэродромов и вертодромов. Он необходим для корректировки движения авиатранспорта при заходе на посадку.

Современные радиоэлектронные средства могут обеспечить автоматическую посадку воздушных судов. Однако значительно дешевле не использовать столь сложную и дорогую аппаратуру, а производить посадку авиатранспорта вручную. Исходя из этого соображения, посадки осуществляются пилотом, вступающим в зрительный контакт со светотехническими средствами аэродрома или вертодрома.

Из сказанного выше можно сделать вывод, что светосигнальные системы, в состав которых входит импульсный светосигнальный прибор, крайне важны. Технические сложности решения такой задачи, а также постоянное обновление моделей воздушных судов требуют непрерывного совершенствования светосигнальных средств. Поэтому используются новые источники света и материалы, которые позволяют уменьшить размеры и вес арматур огней.

Цель данной работы заключается в разработке импульсного светосигнального прибора для вертодромной площадки и составление программы расчета (математической модели) с помощью MathCAD 14. В основу математической модели положен метод элементарных отображений и методика, разработанная кафедрой Светотехники МЭИ. Модель связывает оптический и светотехнические расчеты линзы для импульсного прибора и позволяет наглядно оценить влияние различных факторов на конечный результат.

Данная математическая модель унифицирована, т.е. она подходит не только для одного определенного светового прибора и в последствие ее можно использовать для других исследований в этой области. Например, для создания прибора из другого материала или с другим источником света. Меняя только показатель преломления, можно наглядно посмотреть, как изменятся все результаты и сделать соответствующие выводы.

В программе ведется расчет характеристик прибора (оптических и светотехнических), по которым нетрудно в дальнейшем создать импульсный светосигнальный прибор.

.2 Расчет затрат (ориентировочных) на проектирование светового прибора различными методами

Будем считать, что все расчеты проводились в одном и том же помещении, поэтому все затраты связанные с его арендой и эксплуатацией в обоих расчетах одинаковы. В связи с этим мы не будем учитывать эти затраты.

Чтобы сравнить эффективность методов и понять экономическую выгоду одного из них приведем время разработки определенного заранее количества светильников. Пусть необходимо в год рассчитать 600 светильников для применения на вертодромных площадках.

Время, которое тратится на расчет одного светильника вручную одним инженером - проектировщиком, составляет 16 часов, а при работе на компьютере, с помощью созданной программы - 2 часа. Рассчитаем количество рабочих дней, в течении которых будет рассчитано необходимое количество светильников, одним и вторым методом.

Число рабочих дней необходимых для расчета заданного количества светильников:

где t  время, которое тратится на расчет одного светильника с помощью компьютера или инженера - проектировщика; T - длительность рабочего дня; - заданное количество светильников, которое необходимо рассчитать.

Учитывая, что необходимо за 150 рабочих дней вручную добиться такого же результата как и для компьютерного метода подсчитаем необходимое количество инженеров-проектировщиков (n):

источник свет призматический окно

То есть для расчета заданного количества светильников необходимо 150 рабочих дней или 8 месяцев (учитывая, что в месяце 20 рабочих дней).

Пусть зарплата инженера - проектировщика составляет 20000 рублей в месяц. Тогда заработная плата за год составит:

Дополнительная заработная плата:

Отчисление на социальное страхование:

Накладные расходы составляют 75% от общей заработной платы:

Итого чтобы рассчитать за расчетный период (8 месяцев) обоими методами необходимое количество светильников придется затратить:

Хотя очевидно преимущество разработанного компьютерного метода, следует учесть, что для выполнения работы с помощью разработанного метода инженеру требуется компьютер со всем необходимым программным обеспечением.

Пусть стоимость использования часа компьютера - 30 рублей. Тогда в день получается - 240 рублей, а в месяц 4800 рублей.

Затраты на использование компьютера:

Пусть стоимость разработки расчетной программы за месяц - 1875 рублей. Следовательно, затраты на разработку расчетной программы за все 8 месяцев:

Программное обеспечение, необходимое для решения поставленной задачи, включает в себя среду MathCAD 14 (в котором создается математическая модель) и среду AutoCAD 2010, в которой проектируется эскиз будущего светового прибора. Пусть обе необходимые программы куплены сроком на 3 года и будут использоваться весь расчетный период.

Стоимость программы MathCAD 14:

 или

Стоимость программы AutoCAD 2010:

 или

Суммарная стоимость на программное обеспечение:

138344 рубля.

В результате стоимость дополнительных затрат на программное обеспечение, с учетом амортизации и сроком ее использования:

Стоимость общих дополнительных затрат, то есть с учетом затрат на программное обеспечение, на использование компьютера и разработку программного обеспечения:

Затраты на расчет заданного количества светильников (600 шт.) для компьютерного метода рассчитываются как сумма основных и дополнительных затрат.

Погрешность расчета компьютерного метода составит не более 1%. Погрешность ручного метода посчитать невозможно, т.к. ручной метод в данной работе не рассматривался.

Полученные данные занесем в таблицу 8.1

Таблица 8.1 - Таблица сравнения основных показателей

Вывод.

В результате можно видеть, что данная методика значительно облегчает (ускоряет) расчет световых приборов и значительно удешевляет расчет. И хотя для того, чтобы начать работу по этой методике требуются дополнительные затраты, все равно этот метод расчета является в 7.5 раз более дешевым по сравнению с обычным ручным методом расчета. Погрешность компьютерного метода составила не более 1%.

9. Охрана труда

.1 Обеспечение безопасности светового прибора

.1.1 Краткая характеристика светового прибора

Импульсный светосигнальный прибор с цилиндрической линзой для вертодромных площадок является частью вертодромного светосигнального комплекса. Он предназначен для подачи сигналов экипажу вертолета при посадке. Питание светового прибора осуществляется от промышленной сети.

Конструктивно прибор представляет собой импульсный источник света, окруженный цилиндрической линзой, которая крепится на металлическое основание с помощью герметика. Вся эта конструкция устанавливается на металлической стойке в полости, в которой к световому прибору подходят провода. На рисунке ниже представлен один из возможных вариантов нашего импульсного светового прибора.

Рис. 9.1 Импульсный световой прибор с цилиндрической линзой

.1.2 Выбор защитной оболочки по IP

Существует система, предназначенная для обозначения степени защиты оболочки электрооборудования от доступа к опасным частям, от проникновения твердых предметов и воды. Эта система в соответствии с международным стандартом IEC 60529 (DIN 40050, ГОСТ 14254) именуется IP (от англ. - Ingress protection).

Для обозначения степени защиты светильника используют следующую маркировку: IP** - где * заменяются на цифры обозначающие степень защищенности, или Х, если степень не определена. Первая цифра показывает степень защищенности от проникновения посторонних предметов, вторая - защита от проникновения жидкости. За цифрами могут идти одна или две буквы, дающие вспомогательную информацию. В таблицах 9.1 и 9.2 приведены степени защиты и описания для защиты от проникновения посторонних предметов и проникновения жидкости соответственно.

Таблица 9.1 Защита от посторонних предметов.

Таблица 9.2 Защита от проникновения жидкости.

Часто защита от попадания жидкостей автоматически обеспечивает защиту от проникновения. Например, устройство, имеющее защиту от жидкости на уровне 4 (прямое разбрызгивание) автоматически будет иметь защиту от попадания посторонних предметов на уровне 5.

В таблицах 9.3 и 9.4 даны расшифровки буквенных символов дающих дополнительную информацию.

Таблица 9.3 Защита от проникновения к опасным частям прибора различными предметами.

Таблица 9.4 Дополнительная информация.

Для нашего импульсного светосигнального прибора для вертодромной площадки необходимо обеспечить IP65. То есть прибор должен быть пыленепроницаем, иметь защиту от водяных струй с любых направлений, а также иметь надежную защиту всех токоведущих частей. Это необходимо так как данный прибор будет расположен на крышах зданий (чтобы не экранироваться ими) и должна быть возможность использовать его в различных климатических зонах.

.2 Система питания импульсного светового прибора

.2.1 Анализ опасности поражения током

Питание прибора осуществляется от промышленной сети, с напряжением 220 В. Тяжесть поражения человека электрическим током определяется напряжением прикосновения, т. е. напряжением между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека. (ПУЭ, п.1.7.24)

Опасность прикосновения, оцениваемая током (), проходящим через тело человека, или напряжением прикосновения (), зависит от ряда факторов: схемы включения человека в электрическую цепь, напряжения сети, а также сопротивлений изоляции и емкостей фазных проводников относительно земли.

Трехфазные сети с глухозаземленной нейтралью выполняются в совокупности с нулевыми проводниками и могут быть четырех- и пятипроводными.

Рассмотрим трехфазную пятипроводную сеть с глухозаземленной нейтралью. (см. рис 9.2)

Рис.9.2 Прикосновение человека к фазному проводнику пятипроводной сети с глухозаземленной нейтралью: а) нормальный режим, б) аварийный режим.

В сети с глухозаземленной нейтралью при нормальном режиме работы (рис. 9.2а) ток, проходящий через человека равен:

где  - сопротивление заземлителя нейтрали, Ом.

Согласно требованиям Правил устройства электроустановок (ПУЭ) для сети 220 В наибольшее значение  составляет 4 Ом, сопротивление же тела человека не опускается ниже нескольких сотен Ом. Следовательно, без большой ошибки в выражении выше можно пренебречь значением . Из всего сказанного выше следует, что прикосновение к фазному проводнику сети с глухозаземленной нейтралью в нормальном режиме работы опаснее, чем прикосновение к проводнику сети с изолированной нейтралью, т.к. человек в этом случае попадает практически под фазное напряжение независимо от значений сопротивления изоляции и емкости проводников относительно земли.

В сети с глухозаземленной нейтралью при аварийном режиме (рис 9.2,б) ток через человека определяется напряжением фазных и нулевых проводников.

Определим ток , считая что

,

Тогда напряжение нейтрали и нулевого рабочего проводника

 ,

Напряжение замкнувшегося на землю фазного проводника 1

 ,

Рис.9.3 Векторная диаграмма для сети с глухозаземленной нейтралью при замыкании фазного проводника L1 на землю.

Напряжение на исправных фазных проводниках определим из векторной диаграммы (рис 9.3). Из треугольника 00'2 найдем:

Рассмотрим два крайних случая, используя формулу выше:

) Когда  , тогда  и ;

) Когда  , тогда  и ;

Таким образом при любых соотношениях между  и  напряжения на исправных фазах будет определяться неравенством:

Зная напряжения на проводниках сети с глухозаземленной нейтралью можно определить ток через человека. Например, при прикосновении к исправным фазным проводникам.

Таким образом, если при прикосновении человека к корпусу оборудования или фазе сети напряжение прикосновения (или ток через человека) превысит длительно допустимое значение, то возникнет реальная угроза поражения человека током. Мерой защиты в этом случае может быть, в частности, быстрый разрыв цепи тока через человека, т. е. отключение соответствующего участка сети. Для выполнения этой задачи предназначено защитное зануление либо защитное отключение.

9.2.2 Требования к защитным проводникам

Практическое применение зануления базируется на выполнении ряда требований к электрической сети.

При применении системы TN рекомендуется выполнять повторное заземление нулевых защитных проводников на вводе в электроустановки зданий, получающих питание по кабельным линиям, а также в других доступных местах. Для повторного заземления в первую очередь следует использовать естественные заземлители. Если сопротивление растеканию естественных заземлителей не превышает 30 Ом, выполнение искусственного заземлителя для повторного заземления не требуется. Внутри больших и многоэтажных зданий аналогичную функцию выполняет дополнительное уравнивание потенциалов при помощи присоединения нулевого защитного проводника к сторонним проводящим частям. Такие присоединения следует выполнять как можно более равномерно.

При выполнении автоматического отключения питания в электроустановках до 1 кВ все открытые проводящие части должны быть присоединены к глухозаземленной нейтрали источника питания, если применена система TN. При этом характеристики защитных аппаратов и параметры защитных проводников должны быть согласованы таким образом, чтобы обеспечивалось нормированное время отключения поврежденной цепи защитно-коммутационным аппаратом в соответствии с номинальным фазным напряжением питающей сети. В электроустановках, в которых в качестве защитной меры применено автоматическое отключение питания, должно быть выполнено уравнивание потенциалов.

Сечение нулевых защитных проводников (Sнз) по отношению к сечению фазных проводников (Sφ) должно быть не ниже значений, приведенных в табл. 9.5.

Таблица 9.5 Наименьшие сечения защитных проводников

Значения сечений приведены в таблице для случая, когда защитные проводники изготовлены из того же материала, что и фазные проводники. Сечения защитных проводников из других материалов должны быть эквивалентны по проводимости сечениям, получаемым по таблице 9.5.

В случаях, когда, начиная с какой-либо точки электроустановки, нулевой рабочий и нулевой защитный проводник разделены, запрещается объединять эти проводники за этой точкой по ходу распределения энергии. В месте разделения PEN-проводника на нулевой защитный проводник и нулевой рабочий проводник необходимо предусмотреть отдельные зажимы или шины для нулевого рабочего и нулевого защитного проводников, соединенные между собой. PEN-проводник должен быть подключен к зажиму или шине нулевого защитного (PN) проводника.

.2.3 Выбор защитных мер

Основной мерой защиты от поражения электрическим током в сетях с глухозаземленной нейтралью и системами заземления TN-C, TN-C-S и TN-S напряжением до 1000 В является зануление.

Защитным занулением называется преднамеренное соединение открытых проводящих частей (например, нетоковедущих металлических частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на них фазы) с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора. Это соединение осуществляется с помощью нулевого защитного проводника.

Принцип действия защитного зануления - превращение замыкания на открытые проводящие части (корпус) в однофазное короткое замыкание (т.е. замыкание между фазным и нулевым защитным проводниками) с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную электроустановку от питающей сети. Такой защитой являются: плавкие предохранители или автоматические выключатели.

Таким образом, зануление осуществляет два защитных действия - быстрое автоматическое отключение поврежденной установки от питающей сети и снижение напряжения зануленных открытых проводящих частей, оказавшихся под напряжением, относительно земли.

.2.4 Выбор УЗО

Применение УЗО

) Для защиты человека.

При прямых прикосновениях (Прикосновения к токоведущим частям)

При косвенных прикосновениях (Прикосновение к корпусу при повреждении изоляции)

При КЗ (но нужен обязательно PE, защитный проводник)

) Для защиты от пожара.

При наличии больших токах утечки УЗО отключает электрическую сеть. (Ток утечки связан с сопротивлением изоляции à Если меняется сопротивление изоляции à Повышается ток утечки à Повышается Т ˚С à возникает пожар).

Типы УЗО

.        Если ток дифференциальный, то УЗО типа АС

. Если в цепи имеются выпрямители, то появляются при замыкании однополупериодная составляющая, тогда применяются УЗО типа А

. Если имеются сглаживающие фильтры, то используем УЗО типа В

Принцип действия УЗО

Функционально УЗО можно определить как быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный ток в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке.

Важнейшим функциональным блоком УЗО является дифференциальный трансформатор тока. В абсолютном большинстве устройств, производимых и эксплуатируемых в настоящее время во всем мире, в качестве датчика дифференциального тока используется именно трансформатор тока. В литературе по вопросам конструирования и применения УЗО этот трансформатор иногда называют трансформатором тока нулевой последовательности - ТТНП, хотя понятие "нулевая последовательность" применимо только к трехфазным цепям и используется при расчетах несимметричных режимов многофазных цепей.

Пусковой орган (пороговый элемент) выполняется, как правило, на чувствительных магнитоэлектрических реле прямого действия или электронных компонентах. Исполнительный механизм включает в себя силовую контактную группу с механизмом привода

В нормальном режиме, при отсутствии дифференциального тока - тока утечки, в силовой цепи по проводникам, проходящим сквозь окно магнитопровода трансформатора тока, протекает рабочий ток нагрузки. Проводники, проходящие сквозь окно магнитопровода, образуют встречно включенные первичные обмотки дифференциального трансформатора тока. Если обозначить ток, протекающий по направлению к нагрузке, как I1, а от нагрузки как I2, то можно записать равенство:

= I2.

Равные токи во встречно включенных обмотках наводят в магнитном сердечнике трансформатора тока равные, но встречно направленные магнитные потоки Ф1 и Ф2. Результирующий магнитный поток равен нулю, ток во вторичной обмотке дифференциального трансформатора также равен нулю.

Пусковой орган находится в этом случае в состоянии покоя.

При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприемника, на который произошел пробой изоляции, по фазному проводнику через УЗО кроме тока нагрузки I1 протекает дополнительный ток - ток утечки (I∆), являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным).

Неравенство токов в первичных обмотках (I1 + I∆ в фазном проводнике) и (I2, равный I1, в нейтральном проводнике) вызывает неравенство магнитных потоков и, как следствие, возникновение во вторичной обмотке трансформированного дифференциального тока. Если этот ток превышает значение порогового элемента пускового органа, последний срабатывает и воздействует на исполнительный механизм.

Исполнительный механизм, обычно состоящий из пружинного привода, спускового механизма и группы силовых контактов, размыкает электрическую цепь. В результате защищаемая УЗО электроустановка обесточивается.

Для осуществления периодического контроля исправности (работоспособности) УЗО предусмотрена цепь тестирования. При нажатии кнопки "Тест" искусственно создается отключающий дифференциальный ток. Срабатывание УЗО означает, что оно в целом исправно.

Технические параметры

В качестве примера исполнения УЗО, отвечающего всем требованиям ГОСТ Р 50807-95, в табл. 9.6 приведены технические характеристики АСТРО*УЗО производства ОПЗ МЭИ.

Таблица 9.6 Технические характеристики АСТРО*УЗО.

* В зависимости от модификации устройства

Выбор номинального дифференциального тока:

Применяется

мА - Это допустим один электроприемник с токами до 16А,

мА - Когда группа электроприемников; Розеточная группа,

мА - В тех случаях, когда емкие электроприборы (Печи, мощные двигатели). Поэтому выбираем

В результате рекомендовано УЗО с параметрами:

= 63 А.

.3 Организация рабочего места

Рабочее место - это часть пространства, в котором человек осуществляет трудовую деятельность, и проводит большую часть рабочего времени. Рабочее место, хорошо приспособленное к трудовой деятельности, правильно и целесообразно организованное, в отношении пространства, формы, размера обеспечивает человеку удобное положение при работе и высокую производительность труда при наименьшем физическом и психическом напряжении.

Помещение представляет собой комнату площадью 10 кв. м и высотой 3,5 м. Для выполнения работы предусмотрено два рабочих места, оборудованных ЭВМ с жидкокристаллическим монитором.

.3.1 Требования к помещению для работы с ЭВМ

) Помещения для эксплуатации ЭВМ должны иметь естественное и искусственное освещение.

) Естественное и искусственное освещение должно соответствовать требованиям. Окна в помещениях, где эксплуатируется вычислительная техника, преимущественно должны быть ориентированы на север и северо-восток. Оконные проемы должны быть оборудованы регулируемыми устройствами типа: жалюзи, занавесей, внешних козырьков и др.

) Площадь на одно рабочее место пользователей ЭВМ с видеодисплейным терминалом (ВДТ) на базе электроннолучевой трубки (ЭЛТ) должна составлять не менее 6 кв. м и с ВДТ на базе плоских дискретных экранов (жидкокристаллические, плазменные) - 4,5 кв. м.

) Для внутренней отделки интерьера помещений, где расположены ЭВМ, должны использоваться диффузно-отражающие материалы с коэффициентом отражения для потолка: 0,7 - 0,8; для стен: 0,5 - 0,6; для пола: 0,3 - 0,5.

Так как площадь помещения равна 10 кв. м, а число рабочих мест 2, то соответственно площадь на одно рабочее место составляет 5 кв. м.

.3.2 Требования к оборудованию рабочего места

) При размещении рабочих мест с ЭВМ расстояние между рабочими столами с видеомониторами (в направлении тыла поверхности одного видеомонитора и экран другого монитора), должно быть не менее 2,0 м, а расстояние между боковыми поверхностями видеомониторов - не менее 1,2 м.

) Экран видеомонитора должен находиться от глаз пользователя на расстоянии 600 - 700 мм, но не ближе 500 мм с учетом размеров алфавитно-цифровых знаков и символов.

) Высота рабочей поверхности стола для пользователей должна регулироваться в пределах 680 - 800 мм; при отсутствии такой возможности высота рабочей поверхности стола должна составлять 725 мм.

) Рабочий стол должен иметь пространство для ног высотой не менее 600 мм, шириной - не менее 500 мм, глубиной на уровне колен - не менее 450 мм и на уровне вытянутых ног - не менее 650 мм.

) Конструкция рабочего стула (кресла) должна обеспечивать поддержание рациональной рабочей позы при работе на ЭВМ, позволять изменять позу с целью снижения статического напряжения мышц шейно-плечевой области и спины для предупреждения развития утомления. Тип рабочего стула (кресла) следует выбирать с учетом роста пользователя, характера и продолжительности работы с ЭВМ. Рабочий стул (кресло) должно быть подъемно-поворотным, регулируемым по высоте и углам наклона сиденья и спинки, а также расстоянию спинки от переднего края сиденья, при этом регулировка каждого параметра должна быть независимой, легко осуществляемой и иметь надежную фиксацию.

) Рабочее место пользователя ЭВМ следует оборудовать подставкой для ног, имеющей ширину не менее 300 мм, глубину не менее 400 мм, регулировку по высоте в пределах до 150 мм и по углу наклона опорной поверхности подставки до 20˚. Поверхность подставки должна быть рифленой и иметь по переднему краю бортик высотой 10 мм.

) Клавиатуру следует располагать на поверхности стола на расстоянии 100 - 300 мм от края, обращенного к пользователю или на специальной, регулируемой по высоте рабочей поверхности, отделенной от основной столешницы.

9.3.3 Требования к освещению на рабочем месте

Безопасность и здоровые условия труда в большой степени зависят от освещенности рабочих мест и помещений. Неудовлетворительное освещение утомляет не только зрение, но и вызывает утомление организма в целом.

Существуют следующие требования к освещению на рабочих местах, оборудованных ЭВМ:

) Рабочие столы следует размещать таким образом, чтобы ВДТ были ориентированы боковой стороной к световым проемам, чтобы естественный свет падал преимущественно слева.

) Искусственное освещение в помещениях для эксплуатации ЭВМ должно осуществляться системой общего равномерного освещения.

) Освещенность на поверхности стола в зоне размещения рабочего документа должна быть 300- 500 лк. Освещение не должно создавать бликов на поверхности экрана. Освещенность поверхности экрана не должна быть более 300 лк.

4) Следует ограничивать отраженную блесткость на рабочей поверхности (экран, стол, клавиатура и др.) за счет правильного выбора типов светильников и расположения рабочих мест по отношению к источникам естественного и искусственного освещения.

) В качестве источников света при искусственном освещении следует применять преимущественно люминесцентные лампы типа ЛБ и компактные люминесцентные лампы (КЛЛ).

) Для освещения помещений с ЭВМ следует применять светильники с зеркальными параболическими решетками, укомплектованными электронными пускорегулирующими аппаратами (ЭПРА). Допускается использование многоламповых светильников с ЭПРА, состоящими из равного числа опережающих и отстающих ветвей. Применение светильников без рассеивателей и экранирующих решеток не допускается. При отсутствии светильников с ЭПРА лампы многоламповых светильников или рядом расположенные светильники общего освещения следует включать на разные фазы трехфазной сети.

Определения числа светильников будем проводить по методу коэффициента использования [1].

Для расчета будем использовать светильник PRBLUX/R 418 фирмы «Световые технологии», оптическая часть которого представляет собой зеркальные бипараболические решетки из анодированного алюминия в алюминиевой рамке.

Лампы, используемые в светильнике, возьмем фирмы Philips со световым потоком 1150 лм.

Освещенность нормируется на высоте 0,8 м от пола и равна 300 лк. Пусть коэффициенты отражения поверхностей комнаты равны 0.8,0.5,0.3.

Размеры помещения:

Расчетная высота:

Индекс помещения:

Коэффициент использования будем определять по справочным данным в зависимости от типа светильников, коэффициентов отражения потолка, стен, расчетной поверхности и индекса помещения.

Коэффициент использования [1]:

Число ламп в светильнике:

Коэффициент запаса:

Требуемое количество светильников:

Следовательно, можно сделать следующий вывод, что для обеспечения нормируемой освещенности необходимо 3 светильника типа PRBLUX/R 418.

.3.4 Требования к уровню шума

Вредные действия шума на организм человека могут иметь самые тяжелые последствия, включая поражение органов слуха и центральной нервной системы. Основными источниками шума в офисных помещениях являются печатающие устройства, множительная техника и установки для кондиционирования воздуха, а в самих ПК - вентиляторы систем охлаждения и трансформаторы.

Допускаемые уровни звукового давления в октавных полосах частот, уровни звука и эквивалентные уровни звука на рабочем месте следует принимать по таблице 9.7 [9]

Таблица 9.7 Допускаемые уровни звукового давления

Шумящее оборудование, уровни шума которого превышают нормативные, должно размещаться вне помещений с ЭВМ.

.3.5 Требования к микроклимату

Под микроклиматом в помещении понимают совокупность параметров воздуха: температура, влажность, скорость его перемещения, а также температуры окружающих поверхностей.

Оптимальные микроклиматические условия установлены по критериям оптимального теплового и функционального состояния человека. Они обеспечивают общее и локальное ощущение теплового комфорта в течение 8-часовой рабочей смены при минимальном напряжении механизмов терморегуляции, не вызывают отклонений в состоянии здоровья, создают предпосылки для высокого уровня работоспособности и являются предпочтительными на рабочих местах.

Оптимальные параметры микроклимата на рабочих местах должны соответствовать величинам, приведенным в таблице, применительно к выполнению работ различных категорий в холодный и теплый периоды года [10].

Таблица 9.8

Так как выполнение работы в данном помещении сопровождается незначительным физическим напряжением, то эта работа относится к категории 1а.

.3.6 Требования к пожарной безопасности

Для устранения опасности возникновения пожара при оборудовании и эксплуатации помещений, предназначенных для работы с ПК, следует соблюдать «Правила пожарной безопасности Российской Федерации».

По взрывопожарной и пожарной опасности помещения подразделяются на категории А, Б, В, Г и Д [11].

Категории взрывопожарной и пожарной опасности помещений определяются для наиболее неблагоприятного в отношении пожара или взрыва периода, исходя из вида находящихся в аппаратах и помещениях горючих веществ и материалов, их количества и пожароопасных свойств, особенностей технологических процессов [11].

Помещение, в котором выполняется работа, относится к категории ВЗ. Для данной категории помещения характерны следующие материалы и вещества, находящиеся в нем:

горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие и трудногорючие вещества и материалы (в том числе пыли и волокна), вещества и материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом только гореть, при условии, что помещения, в которых они имеются в наличии или обращаются, не относятся к категориям А или Б. Степень огнестойкости здания, требуемая в соответствии с категорией помещения по пожарной опасности - III. К данной степени огнестойкости относятся Здания с несущими и ограждающими конструкциями из естественных или искусственных каменных материалов, бетона или железобетона. Для перекрытий допускается использование деревянных конструкций, защищенных штукатуркой или трудногорючими листовыми, а также плитными материалами. К элементам покрытий не предъявляются требования по пределам огнестойкости и пределам распространения огня, при этом элементы чердачного покрытия из древесины подвергаются огнезащитной обработке [12].

При определении видов и количества первичных средств пожаротушения следует учитывать физико-химические и пожароопасные свойства горючих веществ, их отношение к огнетушащим веществам, а также площадь помещения [13].

Выбор типа и необходимого количества огнетушителей в защищаемом помещении следует проводить в зависимости от их огнетушащей способности, предельной площади, а также класса пожара горючих веществ и материалов. Пожары, связанные с горением электроустановок, относятся к классу Е.

При защите помещения с использованием ЭВМ следует учитывать специфику взаимодействия огнетушащих веществ с защищаемым оборудованием. Данное помещение следует оборудовать хладоновыми и углекислотными огнетушителями [13]. Исходя из таблицы 9.9 ниже и [13], число углекислотных огнетушителей вместимостью 5(8)/3(5) л/массой огнетушащего вещества, кг равно 2 шт.

Таблица 9.9 Нормы оснащения помещений ручными огнетушителями

Примечание:

. Для порошковых огнетушителей и углекислотных огнетушителей приведена двойная маркировка: старая маркировка по вместимости корпуса, л/ новая маркировка по массе огнетушащего состава, кг. При оснащении помещений порошковыми и углекислотными огнетушителями допускается использовать огнетушители как со старой, так и с новой маркировкой.

. Для тушения пожаров различных классов порошковые огнетушители должны иметь соответствующие заряды:

для класса А - порошок А, В, С (Е);

для классов В, С и (Е) - порошок В, С (Е) или А ,В, С (Е) ;

для класса Д - порошок Д.

. Знаком "++" обозначены рекомендуемые к оснащению объект в огнетушители, знаком "+" - огнетушители, применение которых допускается при отсутствии рекомендуемых и при соответствующем обосновании, знаком "-" - огнетушители которые не допускаются для оснащения данных объектов.

. В замкнутых помещениях объемом не более 50 м3 для тушения пожаров вместо переносных огнетушителей или дополнительно к ним, могут быть использованы огнетушители самосрабатывающие порошковые.

Заключение

Целью дипломного проекта являлась разработка импульсного светосигнального прибора для вертодромных площадок, составление расчетной программы для проведения аналогичных расчетов. Также был рассчитан импульсный световой прибор с помощью нескольких передовых программ, предназначенных для расчета оптических систем - Trace Pro, ZEMAX, Code V.

В ходе дипломного проекта проводились многовариантные расчеты, в том числе и с помощью программной среды MathCAD, которые, в конечном счете, позволили реализовать методику расчета светильников с цилиндрическими линзами.

Нами была создана программа, которая позволяет менять входные данные для расчета и практически сразу видеть, как это влияет на конечные результаты, как изменились те или иные параметры и что надо поменять для достижения оптимального результата. Это в значительной степени упрощает, ускоряет и что немало важно удешевляет процесс расчета новых приборов такого типа.

Так, например, чтобы использовать источник света с другими геометрическими параметрами, нам надо пересчитать цилиндрическую линзу. При расчете вручную на это ушел бы не один час, но с разработанной программой, расчет занимает считанные минуты. Меняя входные данные, мы незамедлительно получаем пересчитанные КСС светильника. Для получения требуемых кривых мы можем изменить количество верхних или нижних призматических элементов и моментально получить обновленные КСС.

Список литературы

1.      Справочная книга по светотехнике / Под ред. Айзенберга Ю.Б. - М.: Энергоатомиздат. 1995. - 528 с.

.        Басов Ю.Г. Светосигнальные установки. - М.: Транспорт. 1993. - 309 с.

.        Трембач В.В. Световые приборы. - М.: Выш.шк. 1990. - 463 с.

.        Карякин Н.А. Световые приборы прожекторного и проекторного типов (Теория и расчет). - М.: Высш.шк. - 1966. - 410 с.

.        ГОСТ 12.1.009 - 76. ССБТ. Электробезопасность. Термины и определения.

.        ГОСТ 12.1.019 - 79*. ССТБ. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты.

.        СанПин 2.2.2/2.4.1340 - 03. Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы.

.        ТСН 23 - 302 - 99 (МГСН 2.06 - 99). Естественное, искусственное и совмещенное освещение.

.        ГОСТ 12.1.003 - 83. ССБТ. Шум. Общие требования безопасности.

.        СанПин 2.2.4.548 - 96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений.

.        НПБ 105 - 03. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности.

.        СНиП 21.01 - 97. Пожарная безопасность зданий и сооружений.

.        ППБ 01 - 03. Правила пожарной безопасности в Российской Федерации.

.        Электросветосигнальное оборудование аэродромов / Ю.В. Фрид [и др.]. - М.: Транспорт, 1988. - 318 с.

.        Приложение 14 к Конвекции о международной гражданской авиации. - Изд. 2-е. - 1995.

Приложение 1

Программа для расчета светооптической системы импульсного светосигнального прибора.

Исходные данные

Технологический угол

Показатель преломления стекла

Коэффициент пропускания стекла

Толщина несущего слоя

Фокусное расстояние

Оптический расчет цилиндрической линзы

Оптический расчет линзы, не содержащей призматических элементов.

Координаты точки Mс, верхняя точка на первой преломляющей грани

Угол падения в точке Mc

Угол преломления в точке Mc

Координаты точки M1с, верхняя точка на второй преломляющей грани

Координаты точки Mcn

Угол падения в точке Mcn

Угол преломления в точке Mcn

Координаты точки M1cn

Оптический расчет верхних призматических элементов

Порядковый номер верхних призматических элементов

Угол, составленный осевым лучом с осью Х

Координаты верхних точек , находящихся на первой преломляющей грани призмы

Углы падения в точках

Углы преломления в точках

Углы, составленные верхними лучами  и осью Х

Координаты верхних точек , находящихся на второй преломляющей грани призмы

Углы отклонения

Углы дополнительные

Углы дополнительные

Углы падения лучей на второй преломляющей гранью призм

Углы преломления лучей на второй преломляющей гранью призм

Преломляющие углы призмы

Преобразования, необходимые для дальнейших расчетов

Определение координат верхних точек M2 (это точки на вершинах призм)

Стороны M1_M01

Углы при вершинах точек M2

Стороны M01_M2

Координаты верхних точек M2 на вершинах призм

Выступы третьих соединительных граней призм над несущим слоем

Оптический расчет нижних призматических элементов

Порядковый номер нижних призматических элементов

Угол, составленный осевым лучом с осью Х

Координаты нижних точек , находящихся на первой преломляющей грани призмы

Углы падения в точках

Углы преломления в точках

Углы, составленные нижними лучами  и осью Х

Координаты нижних точек , находящихся на второй преломляющей грани призмы

Углы отклонения

Углы дополнительные

Углы дополнительные

Углы падения лучей на второй преломляющей гранью призм

Углы преломления лучей на второй преломляющей гранью призм

Преломляющие углы призмы

Преобразования, необходимые для дальнейших расчетов

Определение координат нижних точек M2n (это точки на вершинах призм)

Стороны M1n_M01n

Углы при вершинах точек M2n

Стороны M01n_M2n

Координаты нижних точек M2n на вершинах призм

Выступы третьих соединительных граней призм над несущим слоем

Светотехнический расчет цилиндрической линзы с призматическими элементами

Расчет КСС элемента линзы, не содержащего призматических элементов

Ширина разряда

Диаметр кольцевого источника

Длина разряда

Эффективная сила света источника (при 90°)

Яркость источника света

Светораспределение части линзы, не содержащей призматических элементов

Расчет КСС элемента линзы, содержащего верхние и нижние призматические элементы

Коэффициент преломляющего действия призмы для верхних призматических элементов

Коэффициент преломляющего действия призмы для нижних призматических элементов

Величины разворота верхних осевых лучей

Величины разворота нижних осевых лучей

Угловой размер элементарных отображений (ЭО) верхних элементов кольцевого светящего тела в меридиональной плоскости

Угловой размер элементарных отображений (ЭО) верхних элементов кольцевого светящего тела в сагиттальной плоскости

Угловой размер элементарных отображений (ЭО) нижних элементов кольцевого светящего тела в меридиональной плоскости

Угловой размер элементарных отображений (ЭО) нижних элементов кольцевого светящего тела в сагиттальной плоскости

Дополнительное увеличение размера ЭО за счет дисперсии

Для верхних элементов

Для нижних элементов

Угловой размер эквивалентного ЭО в продольной плоскости для верхних элементов

Угловой размер эквивалентного ЭО в продольной плоскости для нижних элементов

Координаты средней точки второй грани для верхних элементов

Координаты средней точки второй грани для нижних элементов

Площадь части поверхности второй грани призмы для верхних элементов

Площадь части поверхности второй грани призмы для нижних элементов

Расчет коэффициентов заполнения для верхних и нижних элементов

Для первых элементов

Коэффициенты заполнения для призматических элементов

Для верхних призматических элементов

Для нижних призматических элементов

Коэффициенты заполнения в зависимости от углов и условий

Для верхних призматических элементов

Для нижних призматических элементов

Кривая силы света для 1-ых призматических элементов

Для верхних элементов

Для нижних элементов

Для вторых элементов

Коэффициенты заполнения для призматических элементов

Для верхних призматических элементов

Для нижних призматических элементов

Коэффициенты заполнения в зависимости от углов и условий

Для верхних призматических элементов

Для нижних призматических элементов

Кривая силы света для 2-ых призматических элементов

Для верхних элементов

Для нижних элементов

Для третьих элементов

Коэффициенты заполнения для призматических элементов

Для верхних призматических элементов

Для нижних призматических элементов

Коэффициенты заполнения в зависимости от углов и условий

Для верхних призматических элементов

Для нижних призматических элементов

Кривая силы света для 3-их призматических элементов

Для верхних элементов

Для нижних элементов

Для четвертых элементов

Коэффициенты заполнения для призматических элементов

Для верхних призматических элементов

Для нижних призматических элементов

Коэффициенты заполнения в зависимости от углов и условий

Для верхних призматических элементов

Для нижних призматических элементов

Кривая силы света для 4-ых призматических элементов

Для верхних элементов

Для нижних элементов

Для пятых элементов

Коэффициенты заполнения для призматических элементов

Для верхних призматических элементов

Для нижних призматических элементов

Коэффициенты заполнения в зависимости от углов и условий

Для верхних призматических элементов

Для нижних призматических элементов

Кривая силы света для 5-ых призматических элементов

Для верхних элементов

Для нижних элементов

Для шестых элементов

Коэффициенты заполнения для призматических элементов

Для верхних призматических элементов

Для нижних призматических элементов

Коэффициенты заполнения в зависимости от углов и условий

Для верхних призматических элементов

Для нижних призматических элементов

Кривая силы света для 6-ых призматических элементов

Для верхних элементов

Для нижних элементов

Для седьмых элементов

Коэффициенты заполнения для призматических элементов

Для верхних призматических элементов

Для нижних призматических элементов

Коэффициенты заполнения в зависимости от углов и условий

Для верхних призматических элементов

Для нижних призматических элементов

Кривая силы света для 7-ых призматических элементов

Для верхних элементов

Для нижних элементов

Результаты

Суммарная кривая силы света верхних призматических элементов

Суммарная кривая силы света нижних призматических элементов

Общая кривая силы света, то есть с учетом кривой силы света без призматических элементов - “окна”