Обследование объектов с использованием оптико-механических и оптико-телевизионных средств поиска

 

 

Цель и основные задачи работы

 

6.1.1. Достаточно большая часть технических средств таможенного досмотра по конструктивному исполнению и принципу действия относятся к оптическим, оптико-механическим или оптико-электронным приборам. Очень часто они применяются для обследования объектов таможенного контроля с целью поиска в них тайников, скрываемых вложений, признаков нарушения креплений и т.п.

В частности, при фактическом досмотре наиболее широко применяют: фонари, досмотровые зеркала, эндоскопы.

6.1.2. Основная цель данной работы – получить практи-ческие навыки технического обслуживания и применения по назначению оптико-механических и оптико-телевизионных техни-ческих средств поиска: фонарей, досмотровых зеркал и эндоскопов.

6.1.3. В ходе выполнения работы каждый студент должен:

· используя учебно-методические материалы и инструкции по эксплуатации, ознакомиться с принципами работы и методикой применения приборов, которые будут использоваться в ходе занятия;

· самостоятельно подготовить технические средства к работе;

· с помощью предоставленных для занятия приборов обследо-вать учебные макеты объектов таможенного контроля;

· зафиксировать результаты обследований, оценить удобство и эффективность использования различных приборов.

6.1.4. По результатам выполнения работ необходимо:

· оформить письменный отчет;

· защитить отчет, в ходе защиты дать ответы на контрольные вопросы.

 

 

Досмотровые фонари

 

6.2.1. В качестве приборов, применяемых для освещения досматриваемых объектов, используются как фонари обычного (бытового) назначения, так и специальные досмотровые фонари.

Применяемые для досмотровых работ фонари должны обладать высокой степенью противодействия воздействию воды и водяных паров, высокой температуры, механических воздействий, не издавать искрового разряда при включении и выключении. Они могут снабжаться приспособлениями для крепления, в частности магнитными креплениями к металлическим предметам. В комплект фонаря могут входить светофильтры.

Досмотровые фонари бывают большой дальности освещения (фары), малой дальности освещения, специального назначения, ультрафиолетовые. Последние используются при проверке докумен-тов, а также в случаях, когда в целях предотвращения нарушений креплений и упаковок применялись метки, которые светятся при воздействии ультрафиолетовых лучей.

В качестве источника света в фонарях обычно используются лампы с напряжением питания от 2,5 до 12 вольт и токами до 1 ампера. Для усиления освещения во многих фонарях световой пучок формируется с помощью зеркального параболического отражателя. Фонари-фары могут иметь два режима освещения - дальний и ближний свет.

Источником питания фонарей могут служить батарейки или аккумуляторы (обычно 2-6 элементов, каждый около 1,5 В). Фонари, используемые в таможенных целях, как правило, снабжаются зарядным устройством, работающим от электрической сети 220 В или от прикуривателя автомобиля.

6.2.2. Фонари характеризуются следующим основным набором характеристик:

- освещенность на расстоянии 1 м, в люксах;

- дальность светового луча, в метрах;

- время непрерывной работы без подзарядки аккумулятора или замены батареек;

- степень защищенности от прямого попадания воды и других внешних воздействий;

- допустимое время воздействия повышенной температуры и открытого огня;

- массогабаритные размеры и прочность корпуса.

На рис. 6.1 показан фонарь-фара ФОС-3 с дополнительными устройствами (фильтры, зарядное устройство и др.), применяемый при проведении таможенных досмотров. Он предназначен для работы в помещениях и на открытом воздухе при температуре окружающего воздуха –30⁰…+45⁰С.

В качестве источника света в фонаре используются галогенные лампы 5,2 В´0,85 А (или 6 В´0,4 А). Световой пучок формируется с помощью зеркального параболического отражателя. Фонарь имеет два режима освещения - дальний и ближний свет. В режиме дальнего света пучок имеет небольшую угловую ширину - 4°.

В комплект фонаря входит накладной противотуманный (противодымный) светофильтр желтого света, который в нерабочем состоянии хранится в специальном накладном футляре, расположенном на задней крышке корпуса фонаря. Предусмотрена электронная защита аккумулятора от глубокого разряда, которая переводит фонарь на предупредительный пульсирующий свет при критической степени разряда аккумулятора с последующим выключением лампы.

 

Рис. 6.1. Фонарь-прожектор ФОС-3

 

Источником питания фонаря служит герметичный необслуживаемый свинцово-кислотный аккумулятор 6 В´4,2 А/ч. Зарядка аккумулятора осуществляется от сетевого адаптера, работающего от сети 220 В, или от прикуривателя автомобиля, время его непрерывной работы – 4…10 часов. Масса фонаря в снаряженном состоянии 1,6 кг.

Стекло фары фонаря изготовлено из небьющегося пластика и устойчиво к ультрафиолетовому излучению. Корпус прибора изготовлен из ударопрочного пластика и выдерживает соударения с бетоном при падении с высоты двух метров. Для переноски фонаря имеется регулируемый по длине наплечный ремень. Фонарь защищен от прямого попадания воды и сохраняет работо-способность после пребывания в воде или под водой в течение двух часов. ФОС-3 создает освещенность на расстоянии 1 м в 10 000 люкс, дальность светового луча до 1000 м, выдерживает прямое пламя 30 секунд.

6.2.3. Очевидно, что для пользователя важнейшей характеристикой является освещенность, которую он создает на некотором расстоянии.

Световые лучи от лампочки распространяются во всех направлениях. Параболический отражатель используется для того, чтобы сконцентрировать световой поток в заданном направлении и тем самым повысить освещенность объектов в этом направлении (рис. 6.2).

 

Рис. 6.2. Принцип работы параболического отражателя

Параболический отражатель имеет в сечении форму параболы. Линию АВ называют осью параболы, а точку F - фокусом (в ней располагают лампу). Эта точка (при параболическом отражателе) обладает тем свойством, что исходящие из F лучи, отражаясь, получают направление, параллельное оси параболы. Поэтому если лампочку поместить в точку фокуса, то повысится концентрация света в направлении оси параболы.

В Международной системе единиц за исходную единицу силы света принята кандела (candela – свеча). Обозначается кд.

За единицу светового потока принят люмен (лм). Это световой поток, испускаемый точечным источником, сила света которого равна 1 кд внутри единичного телесного угла. Телесный угол определяется как отношение площади δ участка сферы с радиусом r, вырезанного конусом с началом в центре сферы, к квадрату радиуса: Ω = δ/r² (рис. 6.3).

 

 

Рис. 6.3. К понятию «телесный угол»

За единицу освещенности принимается люкс (лк). Это освещенность поверхности, на 1 м² которой падает равномерно распределенный световой поток 1 лм. Освещенность в 1 лк получается на поверхности сферы радиусом 1 м, если в центре сферы поместить точечный источник, сила света которого равна 1 кд.

Связь между силой света, световым потоком и освещенностью определяется формулами:

I (сила света) = Ф/Ω,

Е (освещенность) = Ф/S,

где Ф – световой поток; S – площадь, на которую падает световой поток; Ω – телесный угол, внутри которого распространяется световой поток.

Характерные значения освещенности для некоторых типичных случаев приведены в табл. 6.1.

Фонарь может не иметь отражателя. Тогда для формирования направленного светового потока используют рассеиватель со специальной сложной рельефной поверхностью (рис. 6.4). Проходя через рассеиватель, лучи светового потока преломляются таким образом, что возникает пучок параллельных лучей.

 

Таблица 6.1

Примеры освещенности в типичных случаях

,

Характер освещения	Освещенность, лк
Под прямыми солнечными лучами в полдень	100 000
На открытом месте в пасмурный день	10 000
В светлой комнате недалеко от окна	1 000
Необходимая для чтения	30–50
От полной луны	0,2
От ночного неба в безлунную ночь	0,0003

 

Существуют отражатели-катафоты, которые всегда направляют отраженный свет в сторону осветившего их внешнего источника (рис. 6.5).

Рис. 6.4. Принцип работы рассеивателя

 

Освещенность уменьшается с увеличением расстояния. Зависимость освещенности от расстояния до освещаемого объекта определяется формулой Е = I/R², где R – расстояние до объекта. Иными словами, при неизменной силе света I освещенность убывает обратно пропорционально квадрату расстояния.

 

Рис. 6.5. Принцип работы катафота

 

6.2.4. В качестве источников тока в фонарях используются специальные химические генераторы э.д.с.: батарейки или аккумуляторы.

Первым генератором э.д.с., в котором электрический ток вырабатывался за счет химических реакций, был гальванический элемент, созданный итальянским физиком Алессандро Вольта (1745-1827). Он установил, что при соприкосновении различных проводников происходит разделение электрических зарядов (возникает э.д.с.), в результате чего на одном из металлов скапливаются отрицательные заряды (избыток электронов), а на другом положительные (недостаток электронов).

Гальванический элемент получил свое название по фамилии итальянского врача и анатома Луиджи Гальвани (1737-1798), опыты которого послужили толчком к исследованиям Вольта. Гальвани обратил внимание на сокращение лягушечьей лапки, подвешенной на медном крючке, при его касании крючком железной перекладины. Он ошибочно предположил, что это следствие электрического разряда, вырабатываемого в лапке лягушки. Однако Вольта установил, что появление электрического заряда связано с наличием двух разных металлов (медь крючка и железо перекладины), соприкасающихся с электролитами (жидкостью в лапке и слоем влаги на металлических предметах).

Гальванический элемент Вольта представлял собой медную и цинковую пластины, погруженные в раствор серной кислоты. При погружении металла в электролит (в элементе Вольта это была серная кислота) начинается процесс растворения металла, при котором положительные ионы переходят в раствор и металл заряжается отрицательно. Хотя цинковый и медный электроды оба получают отрицательный потенциал, но они разные по величине (эта разность равна примерно 1,1 вольта). Поэтому, если соединить проводником оба электрода, по нему потечет ток (электроны начнут перемещаться от цинкового электрода, где их больше, к медному). Источником энергии электрического тока является энергия, выделяемая при растворении цинка (Zn) и превращении его в ZnSO₄. Так, при растворении одного моля цинка выделяется количество энергии, равное 4,4∙10⁵ дж. Разность потенциалов зависит от природы электродов и электролита. Заметим, что это свойство используется в электрохимических приборах для определения вида и пробы драгоценных металлов (см. раздел 4 настоящего практикума).

В батарейке растворение электродов происходит, когда от нее берут ток, хотя незначительное растворение имеет место и при разомкнутой цепи тока из-за наличия в электродах посторонних включений (из-за этого при хранении происходит медленный разряд батарейки).

Ток, создаваемый элементом Вольта, быстро прекращается. Это, в первую очередь, связано с явлением поляризации электродов. Дело в том, что при протекании тока по электролиту он разлагается с выделением водорода и кислорода. Водород покрывает один из электродов, а кислород – второй. В результате создается э.д.с., противоположная по знаку исходной, и повышается сопротивление между электродами.

Современные батарейки используют иные по составу, чем в элементе Вольта, электроды и электролиты. Так, один из вариантов батарейки имеет один электрод в виде цинкового стакана, а второй – в виде угольного стержня, устанавливаемого в центр стакана (рис. 6.6).

Рис. 6.6. Конструкция гальванического элемента

 

На стержень надевается металлический колпачок. Пространство между электродами заполняется электролитом в консистенции густого клейстера на основе нашатыря (NH₄Cl). Сверху элемент заливается смолой, чтобы предотвратить выливание и высыхание электролита. Для предотвращения поляризации около угольного электрода помещают специальное деполяризующее вещество. Электрическая цепь, в которой надо создать ток, подключается к корпусу батарейки и металлическому колпачку на угольном электроде.

Кроме батареек, для питания фонарей и других приборов часто используют аккумуляторы. С точки зрения потребителя, разница обычной батарейки и аккумулятора в том, что батарейка после разряда уже не может использоваться, а аккумулятор можно использовать неоднократно, заряжая его после очередного разряда.

Прообразом современного аккумулятора является элемент, изобретенный в 1895 г. ученым Планте. Он содержал два свинцовых электрода, погруженных в раствор серной кислоты. Первоначально элемент не создает напряжения. Однако если на его электроды некоторое время подавать напряжение (ток) от внешнего источника, то, аккумулировав энергию, он сам становится источником напряжения (тока). Несмотря на ряд недостатков, аккумуляторы со свинцовыми электродами применяются до сих пор. Химические процессы, протекающие в таком аккумуляторе при заряде и разряде, можно пояснить следующим образом.

В незаряженном состоянии оба электрода покрыты слоем сернокислого свинца (PbSO₄). При зарядке ионы SO₄^2- перемещаются к одному электроду и превращают его в перекись свинца по уравнению

PbSO₄+SO₄+2H₂O = PbO₂+2H₂SO₄,

а ионы Н⁺ восстанавливают второй электрод в металлический свинец по уравнению

PbSO₄+2H = Pb+H₂SO₄.

Соединение PbO₂ становится анодом, а Pb – катодом заряженного аккумулятора. При разрядке ток по внешней цепи идет от анода к катоду, а внутри аккумулятора ионы SO₄^2- и Н⁺ движутся в направлениях, обратных их движению при зарядке. Поэтому реакции на электродах протекают в обратном направлении. В полностью разряженном аккумуляторе электроды вновь состоят из PbSO₄.

Довольно широко применяются железоникеливые аккумуляторы. У них электродами являются железо и никель, а электролитом 20%-ный раствор едкой щелочи (KOH или NaOH). В заряженном состоянии никелевые пластины покрыты слоем окиси никеля (Ni₂O₃) и служат анодом, а железо - катодом.

6.2.5. Батарейки и аккумуляторы имеют разные размеры и энергетическую емкость (последняя измеряется в а/час).

Существует несколько стандартов кодовых обозначений характеристик батареек, которые обычно наносятся на этикетку батарейки (часто даются коды сразу из нескольких стандартов). Один из них пришел из США, где принято классифицировать батарейки по физическим размерам и обозначать буквами, не указывая химический состав элемента: D, C, AA, AAA (в порядке уменьшения размеров). С недавних пор для обозначения размеров батареек стали использовать также систему обозначений: S (ААА), M (AA), L (C), XL (D), 9V (элемент типа «Крона»). На некоторых батарейках можно увидеть также обозначения UM-4 (AAA), UM-3 (AA), UM-2 (C), UM-1 (D). Дополнительно может указываться энергетическая емкость (GUALITY) батарей: Special Power, Ultra Power или PowerMax.

Батарейки могут различаться по химическому составу компонент, от чего в значительной мере зависит их безопасность и эксплуатационные характеристики. По этим параметрам выделяют солевые, щелочные, воздушно-цинковые, ртутно-цинковые, серебряно-цинковые, литиевые батарейки.

Химический состав учитывает международный стандарт, в соответствии с которым первая буква в коде обозначения содержит информацию о химическом строении элемента: L - щелочная бата-рейка, S - серебряно-цинковая, С - литиевая, нет буквы - солевая. Следующая буква указывает на форму батарейки: R - цилинд-рическая, F - плоская. Если перед буквенным обозначением стоит цифра, то она указывает на количество параллельно соединенных элементов в батарее. Число в конце кода обозначает размеры элемента по определенной таблице соответствия: R14 соответствует размеру С, R20 – размеру D и т.д.На батарейках, которые чаще всего используются в фонарях и приборах ТСТК, могут проставляться обозначения LR20, LR14, LR6, LR03, 6F22. Так, код 6F22 обозначает солевую батарейку типа «крона», состоящую из шести 1,5-вольтовых элементов. Если на этикетке написано RX – значит, в ваших руках не одноразовая батарейка, а аккумулятор.

Ртутные элементы питания (ртуть добавлялась, чтобы уменьшить самроразряд батарейки) уже почти не встречаются: производители решили от них отказаться из-за высокой токсичности ртути и стали заменять ее специальными органическими добавками. Мало выпускается угольно-цинковых батареек. Они недорогие, но имеют небольшой срок хранения, маленькую мощность. Щелочные, или алкалиновые (от англ. alkaline – щелочь), батарейки обладают более высокими эксплуатационными характеристиками. Самые долговечные, надежные и дорогие из вышеназванных элементов питания – литиевые. В них один электрод – литиевый, другой – из смеси графита и оксида марганца. Они имеют большой срок хранения, маленькую массу и крайне нетребовательны к условиям эксплуатации: в состоянии работать от –30° до +70°С.

Некоторые виды батареек могут быть взрывоопасны или подлежат специальной утилизации, что отражается на их этикетках.

Размеры и обозначения наиболее ходовых цилиндрических элементов, используемые в современных бытовых фонарях и многих приборах, в том числе применяемых в таможенных целях, показаны на рис. 6.7.

 

 

Рис. 6.7. Размеры и обозначения батареек

 

 

Досмотровые зеркала

 

6.3.1. Досмотровые зеркала используются для досмотра труднодоступных мест, таких как днища транспортных средств; полости в конструкциях автомобилей, железнодорожных вагонов, речных и морских судов, самолетов; высоко расположенные ниши, поверхности контейнеров и т.д.

Для проверки плохо освещенных мест досмотровые зеркала применяют в сочетании с осветителями (в качестве осветителя может использоваться фонарь).

Для таможенных целей применяются комплекты сменных зеркал разных размеров и форм, содержащие универсальную штангу для крепления зеркал и осветителя. В некоторые комплекты входит крючок или насадки с магнитом для извлечения предметов из труднодоступных мест.

6.3.2. В разное время в таможенные органы поставлялись комплекты «Зеркало», «SEM», «Allen», «Поиск-2» и др. Все они имеют во многом схожие функциональные возможности.

Рассмотрим более подробно состав, порядок подготовки и применения досмотровых зеркал на примере комплекта «Поиск-2» (рис. 6.8).

Комплект «Поиск-2» включает:

· четыре круглых зеркала различных диаметров (35 мм, 50 мм, 80 мм, 140 мм);

· прямоугольное зеркало 110х65 мм;

· телескопическую штангу с креплением для зеркал;

· электрический фонарь GP L003;

· сумку для хранения зеркал.

Удлинительная телескопическая штанга содержит 3 секции, в собранном состоянии она имеет длину не более 650 мм, при выдвинутых секциях - не менее 1500 мм. Угол поворота плоскости зеркала относительно оси телескопической штанги от 0º до 180º. Содержимое комплекта хранится в специальной сумке или жестком футляре.

 

 

Рис. 6.8. Досмотровый комплект зеркал «Поиск-2»

 

6.3.3. Подготовка комплекта к работе выполняется следующим образом (см. рис. 6.8).

Сначала необходимо извлечь из сумки (1) штангу и требуемое для работы зеркало. Закрепить зеркало в подвижном держателе штанги с помощью замка (6). Для этого, натянув пружинный цилиндрический элемент замка, вставить в его отверстие выступающий стержень крепления зеркала. Добиться надежного защелкивания стержня зеркала в замке и затем отпустить пружинный элемент замка. Установить нужный угол наклона держателя и зафиксировать его зажимом (2, 3). Выдвинуть секции штанги на нужную длину, зафиксировать секции фиксаторами (4, 5).

При осмотре слабо освещенных мест следует использовать фонарь, входящий в комплект. Для этого установить фонарь (7) в кронштейн (8) на телескопической штанге. Слегка ослабить винт, фиксирующий кронштейн с монтировочными скобками (8), крепящими фонарь на штанге, и вращением кронштейна вокруг оси штанги добиться падения светового пучка от фонаря на зеркало. Снова затянуть винт. Комплект готов к работе.

Необходимо помнить, что в зеркале видно повернутое («зеркальное») изображение, поэтому для того, чтобы, например, прочитать надпись, нужен определенный навык.

В связи с тем, что в состав комплекта входят зеркала, изготовленные из стекла, при работе необходимо предохранять их от ударов. По окончании работы комплект разбирают, а его составляющие упаковывают.

6.3.4. Если фонари используются для создания светового потока, то зеркала - для приема отраженного от наблюдаемой поверхности (предмета) светового потока.

Тот факт, что мы видим предметы, связан с тем, что они различным образом отражают, поглощают и пропускают падающий на них свет. Если некоторый предмет отражает свет сильнее, чем другие окружающие его предметы, то он будет казаться нам более светлым. Так, белый лист бумаги, лежащий на коричневом столе, кажется более светлым на фоне поверхности стола потому, что он сильнее отражает падающий световой поток. Черные тела сильно поглощают световой поток, поэтому они кажутся нам темными.

Поглощаемая часть энергии падающего светового потока превращается в тепло (поэтому, когда хотят, чтобы предмет сильнее нагревался от солнечных лучей, его красят черной краской). Степень поглощения характеризуется коэффициентом поглощения α = Ф_α/Ф_п, где Ф_α и Ф_п – энергии поглощенного и падающего потоков соответственно.

Отражение оценивается коэффициентом отражения ρ = Ф_ρ/Ф_п, где Ф_ρ и Ф_п – энергии отраженного и падающего потоков. Довольно много практических ситуаций, когда поверхность объекта должна обладать повышенной отражающей способностью. Для этого объект покрывают специальными составами или делают из материалов, обладающих высоким коэффициентом отражения. Например, это относится к космическим аппаратам, которые могут перегреться от постоянного воздействия солнечных лучей. Что касается зеркал, то они часто представляют собой стекло, на которое нанесен тонкий слой серебра или алюминия, хорошо отражающих свет. Зеркала имеют коэффициент отражения, близкий к единице.

Для оценки степени пропускания используется коэффициент пропускания t = Ф_t/Ф_п, где Ф_t и Ф_п – энергии пропущенного и падающего потоков. Проходящий поток может менять свое направление (т.е. на границе разных сред может происходить «преломление» световых лучей). Так, проходя через прозрачное стекло, свет почти не меняет направление. При прохождении через алмаз лучи сильно преломляются.

Согласно закону сохранения энергии Ф_п = Ф_α + Ф_ρ + Ф_t, а сумма a+r+t = 1. Значения коэффициентов зависят не только от вещества объекта, но и от длины волны падающего светового потока.

Падающие на поверхность лучи отражаются под определенным углом. При зеркальном отражении (т.е. при высоком r) угол падения равен углу отражения (рис. 6.9).

Знание этого факта может быть использовано при подборе угла наклона зеркала при осмотре закрытых от прямого наблюдения мест.

В общем случае углы отражения зависят от материала и характера поверхности, на которую падает световой поток.

 

Рис. 6.9. Отражение светового потока от зеркальной поверхности