УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ СИСТЕМ

Полезная модель относится к области контрольно-измерительной техники, более конкретно - к устройствам для контроля параметров тепловизионных систем.
Известно устройство «Излучатель в виде протяженного черного тела ПЧТ-540/40/100», предназначенное для исследования технических характеристик тепловизионных приборов [1], содержащее тепловой излучатель, включающий нагреватель и теплоизлучающую панель, блок управления, средство для контроля температуры в виде эталонного термометра сопротивления, универсальный вольтметр и набор тест-объектов, в виде крестовой, щелевой и круговой мир. Излучатель выполнен в металлическом корпусе, с лицевой стороны которого расположена теплоизлучающая панель, которая имеет специальное глубокоматовое покрытие, обеспечивающее заданный коэффициент излучательной способности. В находящийся внутри теплового излучателя резервуар через горловину, расположенную в его верхней части, заливается теплоноситель - дистиллированная вода (около 17 л). Недостатком этого устройства является ограниченные функциональные возможности, а именно значительная масса теплоносителя, а также невозможность установки и поддержания необходимой разности температур между тест-объектом и внешней поверхностью теплоизлучающей панели.
Задачей полезной модели является расширение возможностей устройства путем обеспечения возможности установки и поддержания необходимой разности температур между тест-объектом и теплоизлучающей панелью и уменьшения массогабаритных параметров устройства.
Предложено устройство для контроля параметров тепловизионных систем, включающее тепловой излучатель, содержащий нагреватель и теплоизлучающую панель, средство для контроля температуры, сменный тест-объект, установленные в корпусе, и блок управления. Новым является то, что нагреватель выполнен в виде блока тепловыделяющих элементов, закрепленных на пластине, изготовленной из материала с низкой теплопроводностью, теплоизлучающая панель и нагреватель разделены воздушным промежутком, блок управления содержит микроконтроллер, предназначенный для установки и поддержания необходимой разности температур между тест-объектом и теплоизлучающей панелью, средство для контроля температуры состоит из двух датчиков температуры, один из которых имеет тепловую связь с тест-объектом, а второй закреплен на теплоизлучающей панели.
В качестве тепловыделяющих элементов использованы резистивные тепловыделяющие элементы.
В качестве датчиков температуры использованы цифровые датчики температуры. Тест-объект установлен относительно теплоизлучающей панели через воздушный промежуток.
Для контроля температурного и пространственного разрешения тест-объект выполнен в виде металлической пластины с прорезанными в ней насквозь вертикально ориентированными двумя группами полос, причем каждая группа вертикально ориентированных полос состоит, по меньшей мере, из двух полос, ширина каждой полосы равна расстоянию между полосами и определяется из следующего соотношения:
для первой группы полос: ,
для второй группы полос: ,
1
2
где h, h - ширина каждой полосы (расстояние между полосами) для первой и второй групп полос соответственно;
а - размер элемента приемника контролируемой тепловизионной системы по горизонтали;
l - минимальная дистанция фокусировки контролируемой тепловизионной системы;
ƒ - фокусное расстояние контролируемой тепловизионной системы;
d - диаметр дифракционного кружка рассеяния контролируемой тепловизионной системы, отношение ширины каждой полосы к ее высоте составляет 1:7.
Для контроля обнаружительных и опознавательных характеристик тест-объект выполнен в виде металлической пластины с прорезанными в ней насквозь силуэтами объектов наблюдения, размеры силуэтов объектов наблюдения определяются из следующего соотношения:
,
где Н - размер реального объекта наблюдения;
3
h - размер силуэта объекта наблюдения на тест-объекте, соответствующий размеру
реального объекта наблюдения;
L - реальная дистанция до объекта наблюдения.
Для контроля обнаружительных характеристик тест-объект может быть выполнен в виде металлической пластины с прорезанными в ней насквозь отверстиями в форме квадрата, размер стороны квадрата определяется из следующего соотношения:
,
кв
где Н - размер стороны квадрата, соответствующий лобовой проекции реального танка, по стандарту НАТО равный 2,3 м;
4
кв
h - размер стороны квадрата на тест-объекте, соответствующий размеру Н.
Корпус выполнен с возможностью крепления на штативе.
В корпусе выполнены вентиляционные прорези.
На верхней поверхности корпуса закреплена ручка для переноски.
Введение в устройство в качестве нагревателя блока тепловыделяющих элементов, имеющих незначительную массу и габариты, и закрепленных на пластине, изготовленной из материала с низкой теплопроводностью, а также установка теплоизлучающей панели и нагревателя через воздушный промежуток позволяет расширить возможности применения устройства, а введение в устройство микроконтроллера и двух датчиков температуры, один из которых имеет тепловую связь с тест-объектом, а второй закреплен на теплоизлучающей панели, позволяет обеспечить возможность установки и поддержания необходимой разности температур между тест-объектом и теплоизлучающей панелью.
Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фигуре изображена функциональная схема устройства.
Устройство для контроля параметров тепловизионных систем включает тепловой излучатель 1, содержащий нагреватель 2 и теплоизлучающую панель 3, средство для контроля температуры 4, сменный тест-объект 5, установленные в корпусе 6, и блок управление 7. Нагреватель 2 состоит из блока тепловыделяющих элементов 8, закрепленных на пластине 9, изготовленной из материала с низкой теплопроводностью, Блок управления 7 содержит микроконтроллер 10, предназначенный для установки и поддержания необходимой разности температур между тест-объектом 5 и теплоизлучающей панелью 3, средство для контроля температуры 4 состоит из двух датчиков температуры 11, один из которых имеет тепловую связь с тест-объектом 5, а второй датчик температуры закреплен на теплоизлучающей панели 3. В качестве тепловыделяющих элементов 12 использованы резистивные тепловыделяющие элементы. В качестве датчиков температуры 11 использованы цифровые датчики температуры. Тест-объект 5 установлен относительно теплоизлучающей панели 3 через воздушный промежуток. Корпус 6 выполнен с возможностью крепления на штативе 13. В корпусе 6 выполнены вентиляционные прорези 14. На верхней поверхности корпуса 6 закреплена ручка 15 для переноски. На фигуре показана также контролируемая тепловизионная система 16 с видеомонитором 17.
Тест-объект 5 для контроля температурного и пространственного разрешения выполнен в виде металлической пластины с прорезанными в ней насквозь вертикально ориентированными двумя группами полос. Каждая группа полос состоит из четырех
полос. Ширина каждой полосы первой группы равна расстоянию между полосами первой группы и составляет 9,4 мм, высота полос первой группы составляет 65,8 мм. Ширина каждой полосы второй группы равна расстоянию между полосами второй группы и составляет 7,3 мм, высота полос второй группы составляет 51,1 мм.
Тест-объект 5 для контроля обнаружительных и опознавательных характеристик выполнен в виде металлической пластины с прорезанными в ней насквозь силуэтами трех танков. Габариты силуэтов танков соответственно равны 158,3×47,6 мм, 118,7×35,7 мм и 95×28,6 мм.
Тест-объект 5 для контроля обнаружительных характеристик выполнен в виде металлической пластины с прорезанными в ней насквозь тремя отверстиями в форме квадрата с размерами сторон соответственно 38 мм, 29 мм и 23 мм.
Устройство работает следующим образом.
Корпус 6 с размещенными в нем тепловым излучателем 1, средством для контроля температуры 4 и сменным тест-объектом 5 устанавливают на плоскую поверхность, либо закрепляют на штативе 13 и размещают перед контролируемой тепловизионной системой 16 на расстоянии, равном минимальной дистанции фокусировки контролируемой тепловизионной системы 16. Закрепляют в корпусе 6 тест-объект 5. Для контроля температурного и пространственного разрешения тепловизионной системы 16 в корпусе 6 закрепляют тест-объект 5 в виде металлической пластины с прорезанными в ней насквозь вертикально ориентированными двумя группами полос. Для контроля обнаружительных и опознавательных параметров тепловизионной системы 16 в корпусе 6 закрепляют тест-объект 5 в виде металлической пластины с прорезанными в ней насквозь силуэтами объектов наблюдения. Для контроля обнаружительных параметров тепловизионной системы 16 в корпусе 6 закрепляют тест-объект 5 в виде металлической пластины с прорезанными в ней насквозь отверстиями в форме квадрата, соответствующими лобовой проекции реального танка. Тест-объект 5 направляют в сторону объектива контролируемой тепловизионной системы 16. При помощи кабелей соединяют нагреватель 2 с блоком управления 7. В зависимости от питающего напряжения подключают блок управления 7 к однофазной сети электропитания напряжением 220 В, либо к сети постоянного тока напряжением питания 27 В. Устанавливают на блоке управления 7 необходимую разность температур между тест-объектом 5 и теплоизлучающей панелью 3. Тепловыделяющие элементы 12 начинают нагреваться. Тепловое излучение от тепловыделяющих элементов 12 нагревает теплоизлучающую панель 3 через воздушный промежуток, благодаря чему достигается необходимая равномерность температуры на всей поверхности теплоизлучающей панели 3. Микроконтроллер 10 отслеживает разность показаний датчиков температуры 11 и по
достижении установленной разности температур между тест-объектом 5 и теплоизлучающей панелью 3 на индикаторе блока управления 7 высвечивается надпись «РЕЖИМ». Микроконтроллер 10 автоматически поддерживает установленную разность температур между тест-объектом 5 и теплоизлучающей панелью 3, периодически включая и выключая нагреватель 2. Изображение тест-объекта 5, формируемое контролируемой тепловизионной системой 16, с помощью разворотов корпуса 6 выводится в центр экрана видеомонитора 17. В зависимости от типа установленного тест-объекта 5, оценивается, либо температурное и пространственное разрешение контролируемой тепловизионной системы 16, путем определения разности температур между тест-объектом 5 и теплоизлучающей панелью 3, при которой еще возможно различить на пределе отдельно изображения вертикально ориентированных полос в каждой группе, либо обнаружительные характеристики контролируемой тепловизионной системы 16, путем определения разности температур между тест-объектом 5 и теплоизлучающей панелью 3, при которой возможно обнаружить нечеткое размытое изображение силуэтов объектов наблюдения или отверстий в форме квадратов, соответствующих лобовой проекции реального танка, либо опознавательные характеристики контролируемой тепловизионной системы 16, путем определения разности температур, при которой возможно обнаружить четкое изображение силуэтов объектов наблюдения на экране видеомонитора 17.
Таким образом, устройство для контроля параметров тепловизионных систем обеспечивает возможность установки и поддержания необходимой разности температур между тест-объектом и теплоизлучающей панелью, а также обладает уменьшенными габаритами и массой.
Заявляемая схема устройства для контроля параметров тепловизионных систем положена в основу созданного в настоящее время на предприятии ОАО «Пеленг» стенда для контроля параметров изделия.
Использованные источники информации:
1. Протяженное черное тело ПЧТ-540/40/100. Журнал «ДАТЧИКИ и СИСТЕМЫ», №8, 2006 г.(прототип).