航空膠片處理設備改造

聶志洋

摘 要：航空膠片在處理過程中可能會因為各種處理條件的變化而造成膠片的不干燥和假性干燥現象，在沒有即時發現這種現象的情況下收卷膠片就可能會造成膠片粘連事故，一旦這種不可逆轉性事故發生，就會造成遙感數據前期采集工作全部作廢，導致很大的經濟損失。該文通過科學的方法，經過具體檢測和分析，找出可能造成膠片粘連的各種原因，并在不改動原設備電路和功能的前提下，添加一些檢測手段和采取一些具體的措施并通過發明制作的一些機外附加設備等具體的改造方案并試驗通過，徹底地解決了航空膠片在處理過程中的粘連問題。

關鍵詞：航空膠片 設備改造 假性干燥 自動收卷 延時電路

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（b）-0120-03

遙感數據采集是多個環節組成的，它是通過遙感平臺包括氣球、飛機、人造衛星等安放的遙感儀器裝置，接收和記錄物體輻射、反射、散射的信息，常見的有可見光照相機、紅外照相機、紅外掃描儀等多種照相。由于前期的遙感數據采集過程中受自然條件的影響，會造成相機的曝光條件多變，后期處理中為了彌補這些變化造成的影響，航空膠片處理設備在正式生產之前，要通過測試性處理膠片，然后根據處理情況綜合給出一些補救措施，包括調整設備運行速度、溫度、補充率等等。由于設備處理條件的變化，可能會造成工作過程中會出現因為膠片不干燥或假性干燥而造成膠片的粘連問題，如果在膠片的處理過程中膠片出現了上述不可逆轉的問題，那么前期的工作都將作廢，必須重新來過，因此會造成很大的經濟損失，而且延誤工作時間、加大遙感數據采集成本。

1 航空膠片處理設備烘干部結構和工作原理

此設備的烘干部結構（見圖1），它是由高溫加熱器、低溫加熱器、烘干風機以及橡膠擠水滾軸和海綿吸水滾軸等部分組成。其中高溫加熱區包括有烘干加熱器、烘干風機組成，烘干加熱器是由功率為5kW的加熱絲和型號為RF145溫度保險F3組成，該型號的保險溫度是145℃耐壓值是250V、最大電流是20A。而低溫加熱區與之不同的是有上下兩組加熱絲各為2kW，溫度保險F1和F2選用的是RY128型號的溫度保險，該型號的保險溫度是128℃耐壓值是250V、最大電流是10A，這是為了保護烘干部的橡膠和海綿傳動滾軸而設置的烘干加熱器溫度上限，如圖1所示。此類設備的烘干加熱是脈沖式加熱，加熱效率是可被編程的：當設置熱效率為50%時，即set % Dryer heat = 50%時，它表示在1s之內，烘干器加熱0.5s、停止加熱0.5s。如果設置熱效率為70%，即set % Dryer heat = 70%時，它表示在1s之內，烘干器加熱0.7s，然后停止加熱0.3s，周而復始。工作過程是：當膠片在引片的引導下通過穩定藥液后進入烘干部高溫區的橡膠擠水滾軸，通過擠水滾軸把附著在膠片表面的水分進行擠壓，并使片基與藥膜緊密結合，再進入低溫烘干區的海綿吸水滾軸。膠片在進入烘干區時高低溫烘干加熱器和烘干風機通過烘干器排出大量高溫氣體（高溫區溫度最高80℃，而低溫區最高不能超過60℃）對膠片進行干燥處理，膠片干燥后再進行收卷。

2 測試過程和原因分析

在航空膠片的處理過程中有時會發生后半卷膠片不干，造成膠片粘連。從理論上分析膠片不干的原因有烘干溫度過低、烘干部通風不暢以及膠片表面附著水太多等多種原因造成的，但是如果烘干部溫度過高不僅會造成假性干燥現象，而且還會造成加熱器溫度保險F1過溫保護，使部分加熱器停止工作，反而使烘干部溫度變得更低。所以測試的目的是測試出實際烘干部溫度能達到并保持溫度的上線值。

在測試之前首先要對擠水滾軸、烘干部的各級風機和過濾網進行了檢查，確保烘干部通風良好和擠水滾軸部分工作正常，然后進行一系列的烘干溫度測試。

影響此設備烘干溫度的因素主要有溫度設定值和烘干器的加熱效率。以下是采用優選法進行的烘干部溫度測試。

表1是測試結果，測試的過程是先把烘干加熱效率設為65%、溫度設定值設從攝氏56℃、60℃、58℃，59℃依次進行測試，如果烘干部可持續工作2h以上，被認為通過測試，結果標記為“持續工作”。如果測試過程中出現烘干部溫度過溫保護，說明烘干部溫度過高，記錄下從開機到過溫保護所用的時間，以分鐘為單位進行標記。然后再改變加熱效率為70%，進行下一輪測試。最后的測試結果（見表1）。

從表1中得出的結論是把溫度設定為58℃、加熱率設定為75%是最佳結果，經過長時間測試烘干溫度穩定在57℃～58℃左右。但是在隨后的沖洗膠片工作中還是發現后面超過10m的膠片出現粘連現象。如果再提高烘干溫度，可能造成烘干溫度過高，致使溫度保險F1過溫保護，烘干溫度會急劇下降，同樣會造成膠片粘連。所以結論是不能再提升烘干溫度。

綜上所述，在不提升烘干溫度的前提下，現在要解決的問題是以下幾方面。

（1）要及時發現烘干溫度下降（即因烘干溫度保險過溫保護而造成的溫度下降），采取必要措施，防止膠片粘連。

（2）怎樣才能及時恢復烘干部加熱。

（3）在不提高烘干溫度的前提下，怎樣才能使膠片干燥，避免發生膠片粘連事故。

3 改造要求及目的

在不改動設備烘干部分加熱系統的電路和功能等的前提下，增加一個獨立的溫度顯示報警系統，通過它可以及時觀測烘干部溫度，通過它的報警聲可要及時發現烘干溫度異常；當溫度保險過溫保護時，要及時恢復烘干部加熱；延長膠片的干燥時間，利用“高溫物體（高于周圍環境溫度）在降溫過程中會蒸發水分”的原理，以達到使膠片干燥的目的；實現膠片自動收卷。

4 改造部分設計原理

4.1 增加一臺烘干溫度數字顯示報警儀

設計制作或購買一臺溫度顯示報警儀，既可以顯示即時溫度又可以設定顯示溫度的報警溫度值（可以設置上限溫度和下限溫度報警值），當烘干溫度達到上限或下限時報警儀報警。

4.2 怎樣及時恢復烘干部加熱

要想及時恢復烘干部加熱，就必須恢復烘干加熱器通電，可以通過一個旁路系統給加熱器供電。即通過一個旁路手動開關（見圖2），當烘干溫度低于設置溫度下限時，這時溫度報警儀報警“溫度低”（即烘干部低溫加熱器溫度保險過溫保護），打開手動開關，通過旁路電路系統給加熱器供電（見圖2），即可恢復烘干加熱器加熱。當烘干溫度高于設置溫度上限時，這時溫度報警器報警“溫度高”，這時一定要斷開旁路手動開關，加熱器斷電，烘干溫度下降。周而復始通過手動控制烘干加熱溫度在一定范圍內波動，即確保膠片干燥，又防止烘干溫度過高毀壞海綿滾軸。

4.3 如何延長干燥時間

在標準情況下，航空膠片處理設備的傳動速度是1m/min。原設計中膠片從烘干部輸出后，只經過不到40cm長的距離就進入收卷滾軸（見圖1），（T=S/V=40×60 /100=24 s）也就是只經過了短短的24s左右的時間，這時膠片還沒有完全冷卻到室溫就進入了收卷滾軸。如果膠片是假性干燥可能就會發生粘連情況，而造成重大事故。利用設備的高度，在膠片從烘干部分輸出后，不直接進入收卷滾軸，而是使膠片自然下垂形成環路進入發明制作的機外附加設備自動收卷控制器，當膠片離地面20～40cm時再返回收卷滾軸（見圖1）這樣可以延長膠片運行長度2.2～2.4m，延長干燥時間132～144s，干燥時間的延長，使膠片有足夠的時間冷卻到室溫，足以使航空膠片上殘留的水分蒸發殆盡。這時再進行收卷，就不會有膠片粘連的情況發生。

4.4 怎樣實現膠片自動收卷

利用光電感應器的光電效應，當膠片下垂環路離地面20～40cm時，會遮擋感應器（見圖1），使感應器反饋給自動收卷控制電路一個感應電信號，再通過延時電路的調控，給驅動電路一定時長的驅動信號，驅動收卷電機工作、收卷膠片。

5 改造電路設計原理和原理圖

5.1 數字式溫度報警儀

通過網上調研查詢最后購買一臺高精度數字式溫度報警儀，采用獨立的電源，電源電壓為220V，顯示方式為4位LED紅色發光管，測量范圍-50℃～+120℃，分辨率為 0.1℃，誤差值上下2℃。可以設定上限報警溫度和下限報警溫度，當被測溫度超過上限溫度或者下限溫度的時候儀表會發出報警聲，同時對應的指示燈閃爍。

5.2 旁路手動開關原理圖

5.2.1 零件選擇及作用

導線選擇的是鐵佛龍耐高溫1.5mm2的絞合鍍銀線，額定電壓是600V，額定電流是15A，工作溫度是-80℃～+250oC。另外加套石棉套管，導線長度為80cm兩根。開關使用的是額定電壓是277V，額定電流是16A的雙極波動開關。旁路手動開關電路原理圖，如圖2中虛線部分所示，波動開關通過兩組導線，與溫度保險F1并聯。

5.2.2 電路工作原理和原理圖

通過圖2了解一下烘干部低溫加熱器工作原理，烘干部低溫加熱器主要包括：烘干部低溫加熱控制器、雙向可控硅TR1、兩組2000W加熱絲R1和R2、以及兩個溫度保險F1和F2，兩組加熱絲和兩個溫度保險分別組成上組加熱器和下組加熱器，上組溫度保險在整個加熱器的最上端如圖1所示。另一部分就是增加的旁路手動開關部分，即圖2中的虛線部分，它是由兩條耐高溫導線和一個波動開關S1組成。波動開關S1通過兩條導線與溫度保險F1并聯。

烘干加熱工作過程是：當烘干部低溫加熱控制器的E15端給雙向可控硅TR1的G端一個高電平，雙向可控硅TR1導通，加熱絲R1和R2通過F1和F2（并聯）開始加熱，當低溫加熱控制器的E15端給雙向可控硅TR1的G端為低電平這時雙向可控硅TR1不導通，加熱絲R1和R2停止加熱。

當烘干溫度過高時，上組加熱器上的上組溫度保險F1燒斷，烘干溫度會急劇下降，當溫度下降到溫度報警儀設定的下限溫度的時候儀表會發出報警聲，同時對應的LO指示燈閃爍。這時要及時撥動旁路手動開關到“加熱”位置（見圖2），波動開關S1導通，對溫度保險F1形成短路，使加熱絲R1恢復通電加熱，烘干溫度逐漸上升，使膠片保持干燥。當烘干溫度高于溫度報警儀設定的溫度上限時，為保護烘干部海綿滾軸而設定的溫度上限，溫度報警儀也會發出報警聲，同時對應的HI指示燈閃爍，這時一定要及時撥動旁路手動開關到“斷開”位置（見圖2），波動開關S1斷開，加熱絲R1停止加熱，烘干部溫度不再繼續上升，以保護烘干部海綿滾軸不會因為高溫而受損。

在整個膠片沖洗完成之前，操作人員一定要密切監視烘干溫度報警儀，根據烘干溫度報警儀的警示和烘干溫度的具體情況，及時操作波動開關S1，以保證烘干溫度在一定的范圍內波動（50℃～62oC），既能使膠片干燥又能保證海綿滾軸不受損害。

5.2.3 自動收卷系統電路設計原理圖

（1）電子元件選擇及作用。

首先發射管選用的是GL514紅外線發光二極管，通過VR1 100Ω可變電阻和R1 35Ω電阻提供給發射管一個可調節的電壓，發射管發射亮度可通過VR1調節。接收管選用的是PT550光敏三極管，通過電阻R2 1KΩ給Q1集電極提供電壓。數字驅動是74LS387與非門/驅動芯片，電阻R3 3.3KΩ和R5 3.3KΩ給74LS38與非門的1腳和4腳提供一個高電平。延時電路是以NE555芯片為核心的RC延時電路。由三極管2SC1815和二極管1N4148以及4.7微法電容構成電容倍增器，二極管4148起到穩壓保護作用，而1815的放大倍數是在450左右，那么就相當于450×4.7=2115uF的電容。可變電阻VR2的阻值是10k。RC延時電路的延時時間近似算法T≈RC=10000×2115×10-6≈21.15 s，也就是說收卷控制器的每次收卷時間的可調范圍是從00～21.15s，我們需要的收卷時長是在5～8s之間最合適。R6 3.3KΩ和D3 LED發光管組成了監測電路。而SSR是一個4～7V控制端，交流輸出電流是2A的固態繼電器，由它驅動收卷電機。

（2）電路工作原理。

如電路原理圖（見圖3）中，電路通電后，發光二極管D1就處于工作狀態，在沒有遮擋的情況下光敏三極管Q1處于導通狀態，U1的2腳輸入的就是低電平，U1的3腳輸出高電平，NE555的輸出端3腳就是低電平，U1的第6腳就是高電平，固態繼電器SSR處于高阻抗狀態，收卷電機不工作。當膠片形成的環路遮擋住感應器時，Q1斷開，U1的2腳輸入高電平、3腳輸出低電平，NE555芯片的2腳輸入低電平、輸出端3腳高電平，D3指示燈亮（LED發光管），U1的5腳高電平、6腳低電平，SSR處于導通狀態，收卷電機工作。這時，RC延時電路工作，電容Ct充電，當電容充電完成后，三極管Q2截止，NE555芯片的6腳就為高電平、這時3腳輸出為低電平，固態繼電器SSR轉換為高阻抗狀態，收卷電機停止工作。

（3）選擇電機驅動控制點和控制方式。

在不改動原設備電路的情況下，要完成控制收卷電機的工作，控制點的選擇和控制方式很重要。筆者選擇的控制點，巧妙地利用了原設備收卷電機的手動開關，當手動開關處于關閉狀態時，正是需要的收卷自動控制器的自動控制狀態（見圖4）。這樣，控制電路只是起到開關的作用，既不改變設備的電路部分，也不影響原設備的任何功能。而在控制方式上，采用的是可調整延時時間控制的固態繼電器（SSR）開關電路，在電源上與原設備完全隔離，但是固態繼電器的交流端連接的仍然是原設備的驅動收卷電動的相線，這樣就不會存在相線接錯的問題了。

6 實際應用中的效果

航空膠片處理設備改造后，經過一年多的使用，設備在實際工作中運行穩定，工作狀態良好，設備原有功能沒有受到任何影響。新加功能操作方便，各項技術指標達到了設計要求，具有很高的實用價值，使用效果非常顯著，徹底杜絕了膠片粘連問題，減輕了工作人員的壓力，提高了工作效率。

7 結語

像航空膠片處理設備這樣的專用設備在實際應用中因為前期工作中的條件和要求不同，在后期處理中可能會有各種各樣的問題出現，這就需要采用科學的態度和方法去對待每一個問題，通過科學地分析、檢測和試驗，找出可能造成膠片粘連的各種因素，通過采取各種不同的方法和措施去針對具體的問題。一旦出現這些因素就有具體的措施進行應對，保證設備的正常工作，就能徹底杜絕各種原因造成的膠片粘連問題。

參考文獻

[1] COLEX IMAGING INC.（COLEX影像公司）航空膠片滾軸式傳送處理設備維修手冊[S].

[2] FUJI PHOTO FILM CO.，LTD. （富士膠片影像有限公司）富士膠片處理設備維修手冊[S].

[3] 吳琦，劉遙，李果.555電路中電容對延時的影響源[J].質量與可靠性，2011 （3）：16-19.

[4] 劉連福，許文林.高等數學[M].北京：中國農業出版社，2007.

[5] 夏正斌，涂偉萍，楊卓如，等.聚合物涂膜干燥研究進展華南理工大學化工所[J].化工學報，2001（4）：283-287.