航空胶片处理设备改造

摘 要：航空胶片在处理过程中可能会因为各种处理条件的变化而造成胶片的不干燥和假性干燥现象，在没有即时发现这种现象的情况下收卷胶片就可能会造成胶片粘连事故，一旦这种不可逆转性事故发生，就会造成遥感数据前期采集工作全部作废，导致很大的经济损失。该文通过科学的方法，经过具体检测和分析，找出可能造成胶片粘连的各种原因，并在不改动原设备电路和功能的前提下，添加一些检测手段和采取一些具体的措施并通过发明制作的一些机外附加设备等具体的改造方案并试验通过，彻底地解决了航空胶片在处理过程中的粘连问题。

关键词：航空胶片 设备改造 假性干燥 自动收卷 延时电路

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（b）-0120-03

遥感数据采集是多个环节组成的，它是通过遥感平台包括气球、飞机、人造卫星等安放的遥感仪器装置，接收和记录物体辐射、反射、散射的信息，常见的有可见光照相机、红外照相机、红外扫描仪等多种照相。由于前期的遥感数据采集过程中受自然条件的影响，会造成相机的曝光条件多变，后期处理中为了弥补这些变化造成的影响，航空胶片处理设备在正式生产之前，要通过测试性处理胶片，然后根据处理情况综合给出一些补救措施，包括调整设备运行速度、温度、补充率等等。由于设备处理条件的变化，可能会造成工作过程中会出现因为胶片不干燥或假性干燥而造成胶片的粘连问题，如果在胶片的处理过程中胶片出现了上述不可逆转的问题，那么前期的工作都将作废，必须重新来过，因此会造成很大的经济损失，而且延误工作时间、加大遥感数据采集成本。

1 航空胶片处理设备烘干部结构和工作原理

此设备的烘干部结构（见图1），它是由高温加热器、低温加热器、烘干风机以及橡胶挤水滚轴和海绵吸水滚轴等部分组成。其中高温加热区包括有烘干加热器、烘干风机组成，烘干加热器是由功率为5kW的加热丝和型号为RF145温度保险F3组成，该型号的保险温度是145℃耐压值是250V、最大电流是20A。而低温加热区与之不同的是有上下两组加热丝各为2kW，温度保险F1和F2选用的是RY128型号的温度保险，该型号的保险温度是128℃耐压值是250V、最大电流是10A，这是为了保护烘干部的橡胶和海绵传动滚轴而设置的烘干加热器温度上限，如图1所示。此类设备的烘干加热是脉冲式加热，加热效率是可被编程的：当设置热效率为50%时，即set % Dryer heat = 50%时，它表示在1s之内，烘干器加热0.5s、停止加热0.5s。如果设置热效率为70%，即set % Dryer heat = 70%时，它表示在1s之内，烘干器加热0.7s，然后停止加热0.3s，周而复始。工作过程是：当胶片在引片的引导下通过稳定药液后进入烘干部高温区的橡胶挤水滚轴，通过挤水滚轴把附着在胶片表面的水分进行挤压，并使片基与药膜紧密结合，再进入低温烘干区的海绵吸水滚轴。胶片在进入烘干区时高低温烘干加热器和烘干风机通过烘干器排出大量高温气体（高温区温度最高80℃，而低温区最高不能超过60℃）对胶片进行干燥处理，胶片干燥后再进行收卷。

2 测试过程和原因分析

在航空胶片的处理过程中有时会发生后半卷胶片不干，造成胶片粘连。从理论上分析胶片不干的原因有烘干温度过低、烘干部通风不畅以及胶片表面附着水太多等多种原因造成的，但是如果烘干部温度过高不仅会造成假性干燥现象，而且还会造成加热器温度保险F1过温保护，使部分加热器停止工作，反而使烘干部温度变得更低。所以测试的目的是测试出实际烘干部温度能达到并保持温度的上线值。

在测试之前首先要对挤水滚轴、烘干部的各级风机和过滤网进行了检查，确保烘干部通风良好和挤水滚轴部分工作正常，然后进行一系列的烘干温度测试。

影响此设备烘干温度的因素主要有温度设定值和烘干器的加热效率。以下是采用优选法进行的烘干部温度测试。

表1是测试结果，测试的过程是先把烘干加热效率设为65%、温度设定值设从摄氏56℃、60℃、58℃，59℃依次进行测试，如果烘干部可持续工作2h以上，被认为通过测试，结果标记为“持续工作”。如果测试过程中出现烘干部温度过温保护，说明烘干部温度过高，记录下从开机到过温保护所用的时间，以分钟为单位进行标记。然后再改变加热效率为70%，进行下一轮测试。最后的测试结果（见表1）。

从表1中得出的结论是把温度设定为58℃、加热率设定为75%是最佳结果，经过长时间测试烘干温度稳定在57℃～58℃左右。但是在随后的冲洗胶片工作中还是发现后面超过10m的胶片出现粘连现象。如果再提高烘干温度，可能造成烘干温度过高，致使温度保险F1过温保护，烘干温度会急剧下降，同样会造成胶片粘连。所以结论是不能再提升烘干温度。

综上所述，在不提升烘干温度的前提下，现在要解决的问题是以下几方面。

（1）要及时发现烘干温度下降（即因烘干温度保险过温保护而造成的温度下降），采取必要措施，防止胶片粘连。

（2）怎样才能及时恢复烘干部加热。

（3）在不提高烘干温度的前提下，怎样才能使胶片干燥，避免发生胶片粘连事故。

3 改造要求及目的

在不改动设备烘干部分加热系统的电路和功能等的前提下，增加一个独立的温度显示报警系统，通过它可以及时观测烘干部温度，通过它的报警声可要及时发现烘干温度异常；当温度保险过温保护时，要及时恢复烘干部加热；延长胶片的干燥时间，利用“高温物体（高于周围环境温度）在降温过程中会蒸发水分”的原理，以达到使胶片干燥的目的；实现胶片自动收卷。

4 改造部分设计原理

4.1 增加一台烘干温度数字显示报警仪

设计制作或购买一台温度显示报警仪，既可以显示即时温度又可以设定显示温度的报警温度值（可以设置上限温度和下限温度报警值），当烘干温度达到上限或下限时报警仪报警。

4.2 怎样及时恢复烘干部加热

要想及时恢复烘干部加热，就必须恢复烘干加热器通电，可以通过一个旁路系统给加热器供电。即通过一个旁路手动开关（见图2），当烘干温度低于设置温度下限时，这时温度报警仪报警“温度低”（即烘干部低温加热器温度保险过温保护），打开手动开关，通过旁路电路系统给加热器供电（见图2），即可恢复烘干加热器加热。当烘干温度高于设置温度上限时，这时温度报警器报警“温度高”，这时一定要断开旁路手动开关，加热器断电，烘干温度下降。周而复始通过手动控制烘干加热温度在一定范围内波动，即确保胶片干燥，又防止烘干温度过高毁坏海绵滚轴。

4.3 如何延长干燥时间

在标准情况下，航空胶片处理设备的传动速度是1m/min。原设计中胶片从烘干部输出后，只经过不到40cm长的距离就进入收卷滚轴（见图1），（T=S/V=40×60 /100=24 s）也就是只经过了短短的24s左右的时间，这时胶片还没有完全冷却到室温就进入了收卷滚轴。如果胶片是假性干燥可能就会发生粘连情况，而造成重大事故。利用设备的高度，在胶片从烘干部分输出后，不直接进入收卷滚轴，而是使胶片自然下垂形成环路进入发明制作的机外附加设备自动收卷控制器，当胶片离地面20～40cm时再返回收卷滚轴（见图1）这样可以延长胶片运行长度2.2～2.4m，延长干燥时间132～144s，干燥时间的延长，使胶片有足够的时间冷却到室温，足以使航空胶片上残留的水分蒸发殆尽。这时再进行收卷，就不会有胶片粘连的情况发生。

4.4 怎样实现胶片自动收卷

利用光电感应器的光电效应，当胶片下垂环路离地面20～40cm时，会遮挡感应器（见图1），使感应器反馈给自动收卷控制电路一个感应电信号，再通过延时电路的调控，给驱动电路一定时长的驱动信号，驱动收卷电机工作、收卷胶片。

5 改造电路设计原理和原理图

5.1 数字式温度报警仪

通过网上调研查询最后购买一台高精度数字式温度报警仪，采用独立的电源，电源电压为220V，显示方式为4位LED红色发光管，测量范围-50℃～+120℃，分辨率为 0.1℃，误差值上下2℃。可以设定上限报警温度和下限报警温度，当被测温度超过上限温度或者下限温度的时候仪表会发出报警声，同时对应的指示灯闪烁。

5.2 旁路手动开关原理图

5.2.1 零件选择及作用

导线选择的是铁佛龙耐高温1.5mm2的绞合镀银线，额定电压是600V，额定电流是15A，工作温度是-80℃～+250oC。另外加套石棉套管，导线长度为80cm两根。开关使用的是额定电压是277V，额定电流是16A的双极波动开关。旁路手动开关电路原理图，如图2中虚线部分所示，波动开关通过两组导线，与温度保险F1并联。

5.2.2 电路工作原理和原理图

通过图2了解一下烘干部低温加热器工作原理，烘干部低温加热器主要包括：烘干部低温加热控制器、双向可控硅TR1、两组2000W加热丝R1和R2、以及两个温度保险F1和F2，两组加热丝和两个温度保险分别组成上组加热器和下组加热器，上组温度保险在整个加热器的最上端如图1所示。另一部分就是增加的旁路手动开关部分，即图2中的虚线部分，它是由两条耐高温导线和一个波动开关S1组成。波动开关S1通过两条导线与温度保险F1并联。

烘干加热工作过程是：当烘干部低温加热控制器的E15端给双向可控硅TR1的G端一个高电平，双向可控硅TR1导通，加热丝R1和R2通过F1和F2（并联）开始加热，当低温加热控制器的E15端给双向可控硅TR1的G端为低电平这时双向可控硅TR1不导通，加热丝R1和R2停止加热。

当烘干温度过高时，上组加热器上的上组温度保险F1烧断，烘干温度会急剧下降，当温度下降到温度报警仪设定的下限温度的时候仪表会发出报警声，同时对应的LO指示灯闪烁。这时要及时拨动旁路手动开关到“加热”位置（见图2），波动开关S1导通，对温度保险F1形成短路，使加热丝R1恢复通电加热，烘干温度逐渐上升，使胶片保持干燥。当烘干温度高于温度报警仪设定的温度上限时，为保护烘干部海绵滚轴而设定的温度上限，温度报警仪也会发出报警声，同时对应的HI指示灯闪烁，这时一定要及时拨动旁路手动开关到“断开”位置（见图2），波动开关S1断开，加热丝R1停止加热，烘干部温度不再继续上升，以保护烘干部海绵滚轴不会因为高温而受损。

在整个胶片冲洗完成之前，操作人员一定要密切监视烘干温度报警仪，根据烘干温度报警仪的警示和烘干温度的具体情况，及时操作波动开关S1，以保证烘干温度在一定的范围内波动（50℃～62oC），既能使胶片干燥又能保证海绵滚轴不受损害。

5.2.3 自动收卷系统电路设计原理图

（1）电子元件选择及作用。

首先发射管选用的是GL514红外线发光二极管，通过VR1 100Ω可变电阻和R1 35Ω电阻提供给发射管一个可调节的电压，发射管发射亮度可通过VR1调节。接收管选用的是PT550光敏三极管，通过电阻R2 1KΩ给Q1集电极提供电压。数字驱动是74LS387与非门/驱动芯片，电阻R3 3.3KΩ和R5 3.3KΩ给74LS38与非门的1脚和4脚提供一个高电平。延时电路是以NE555芯片为核心的RC延时电路。由三极管2SC1815和二极管1N4148以及4.7微法电容构成电容倍增器，二极管4148起到稳压保护作用，而1815的放大倍数是在450左右，那么就相当于450×4.7=2115uF的电容。可变电阻VR2的阻值是10k。RC延时电路的延时时间近似算法T≈RC=10000×2115×10-6≈21.15 s，也就是说收卷控制器的每次收卷时间的可调范围是从00～21.15s，我们需要的收卷时长是在5～8s之间最合适。R6 3.3KΩ和D3 LED发光管组成了监测电路。而SSR是一个4～7V控制端，交流输出电流是2A的固态继电器，由它驱动收卷电机。

（2）电路工作原理。

如电路原理图（见图3）中，电路通电后，发光二极管D1就处于工作状态，在没有遮挡的情况下光敏三极管Q1处于导通状态，U1的2脚输入的就是低电平，U1的3脚输出高电平，NE555的输出端3脚就是低电平，U1的第6脚就是高电平，固态继电器SSR处于高阻抗状态，收卷电机不工作。当胶片形成的环路遮挡住感应器时，Q1断开，U1的2脚输入高电平、3脚输出低电平，NE555芯片的2脚输入低电平、输出端3脚高电平，D3指示灯亮（LED发光管），U1的5脚高电平、6脚低电平，SSR处于导通状态，收卷电机工作。这时，RC延时电路工作，电容Ct充电，当电容充电完成后，三极管Q2截止，NE555芯片的6脚就为高电平、这时3脚输出为低电平，固态继电器SSR转换为高阻抗状态，收卷电机停止工作。

（3）选择电机驱动控制点和控制方式。

在不改动原设备电路的情况下，要完成控制收卷电机的工作，控制点的选择和控制方式很重要。笔者选择的控制点，巧妙地利用了原设备收卷电机的手动开关，当手动开关处于关闭状态时，正是需要的收卷自动控制器的自动控制状态（见图4）。这样，控制电路只是起到开关的作用，既不改变设备的电路部分，也不影响原设备的任何功能。而在控制方式上，采用的是可调整延时时间控制的固态继电器（SSR）开关电路，在电源上与原设备完全隔离，但是固态继电器的交流端连接的仍然是原设备的驱动收卷电动的相线，这样就不会存在相线接错的问题了。

6 实际应用中的效果

航空胶片处理设备改造后，经过一年多的使用，设备在实际工作中运行稳定，工作状态良好，设备原有功能没有受到任何影响。新加功能操作方便，各项技术指标达到了设计要求，具有很高的实用价值，使用效果非常显著，彻底杜绝了胶片粘连问题，减轻了工作人员的压力，提高了工作效率。

7 结语

像航空胶片处理设备这样的专用设备在实际应用中因为前期工作中的条件和要求不同，在后期处理中可能会有各种各样的问题出现，这就需要采用科学的态度和方法去对待每一个问题，通过科学地分析、检测和试验，找出可能造成胶片粘连的各种因素，通过采取各种不同的方法和措施去针对具体的问题。一旦出现这些因素就有具体的措施进行应对，保证设备的正常工作，就能彻底杜绝各种原因造成的胶片粘连问题。

参考文献

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