ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ ОРИЕНТАЦИИ ИММЕРСИОННОГО ПРИЕМНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ В ИНФРАКРАСНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ

Приспособление для ориентации иммерсионного приемника излучения в инфракрасной оптической системе
Полезная модель относится к технической оптике и может быть использована для ориентации оптических устройств, осуществляющих измерение величины потока ИК излучения при дистанционных измерениях температуры и других характеристик процессов, в том числе в полевых условиях.
В оптических устройствах ИК-диапазона могут использоваться иммерсионные приемники излучения, например иммерсионные терморезисторные болометры, в состав которых входит собирающий оптический элемент (линза), находящийся в оптическом контакте с приемной площадкой чувствительного элемента приемника. В ряде случаев применение иммерсионных приемников излучения позволяет исключить дополнительные оптические элементы и значительно упростить (удешевить) инфракрасное устройство.
Примером такой оптической системы является аппаратура бесконтактного определения перегрева букс подвижного состава на железнодорожном транспорте ДИСК-БКВ-Ц/КТСМ. Оптические устройства, например напольные камеры аппаратуры ДИСК-БКВ-Ц/КТСМ, стационарно устанавливаются около рельсового полотна и ориентируются таким образом, чтобы оптическая ось инфракрасного оптического канала была направлена в заданное место буксового узла Проходящего состава.
Ориентацию напольных камер необходимо выполнять регулярно, например, из-за сезонных подвижек рельсового полотна относительно фундамента напольных камер и при плановой замене иммерсионных терморезисторных болометров. Применяемая в настоящее время процедура ориентирования напольной камеры, как и любой другой инфракрасной оптической системы, достаточно сложна, требует значительного времени и участия нескольких человек [см. «Система автоматического контроля технического состояния подвижного состава по ходу поезда ДИСК-БКВ-Ц» Москва, «Транспорт», 1994 г.].
Для упрощения процедуры ориентирования оптических устройств инфракрасного диапазона традиционно используются дополнительные визиры и видоискатели, отъюстированные относительно оптической оси
ИК-канала оптического устройства. Дополнительные оптические элементы значительно усложняют конструкцию и повышают стоимость инфракрасных оптических устройств.
В последнее время, для ориентации ИК-устройств широко применяют лазерные светоизлучающие диоды с длиной волны 400-650 нм, генерирующие монохроматическое излучение красного или зеленого цвета в сочетании с фокусирующими линзами. Малая расходимость монохроматического излучения позволяет получить отчетливо видимое даже на больших расстояниях изображение, отмечающее положение оптической оси инфракрасного устройства, а также область визирования [см. патент США №4315150 от 09.02.1982 г. «Targeted infrared thermometer»]. При этом юстировка лазерных указателей относительно оптической оси инфракрасного устройства выполняется в процессе изготовлении устройства на специальных стендах в заводских условиях. Оптическая ось инфракрасных устройств с иммерсионными приемниками излучения без дополнительной оптики, например упомянутых выше напольных камер аппаратуры бесконтактного определения перегрева букс ДИСК-БКВ-Ц/КТСМ, совпадает с оптической осью иммерсионного приемника.
Принимая во внимание, что технологические ограничения не позволяют с заданной точностью привязать оптическую ось иммерсионного приемника к его установочным (посадочным) поверхностям, применение лазерных указателей для ориентации инфракрасных устройств с иммерсионными приемниками излучения, например напольных камер, связано с необходимостью выполнения повторной юстировки лазерного указателя при каждой замене отслужившего свой срок приемника. При установке лазерного указателя непосредственно на иммерсионный приемник, как и в других инфракрасных оптических системах, для исключения параллакса необходимо использовать дополнительные оптические элементы [Пат. США №6,196,714 от 06.03.2001 г. «Infrared thermometer comprising optical aiming system»], заметно усложняющие конструкцию приемника и сводящие на нет преимущества, которые дает его использование.
В результате проведенного поиска не выявлено наиболее близкого аналога (прототипа) того же назначения, что и заявленное решение.
Настоящая полезная модель обеспечивает возможность упрощения и ускорения процедуры ориентации инфракрасной оптической системы, выполненной с применением иммерсионного приемника излучения без дополнительных оптических элементов, в том числе при замене вышедшего из строя приемника излучения.
Указанная цель достигается тем, что ориентация ИК-системы осуществляется с помощью устанавливаемых на место приемника излучения индивидуальных сменных приспособлений, имеющих те же
установочные (посадочные) поверхности, что и иммерсионный приемник излучения, и содержащих лазерный светоизлучающий диод с фокусирующей линзой, луч которого ориентирован относительно установочных (посадочных) поверхностей приспособления так же, как и оптическая ось отдельного иммерсионного приемника относительно его установочных (посадочных) поверхностей,.
Техническим результатом, достигаемым при реализации заявленной полезной модели является снижение трудоемкости процедуры ориентации инфракрасной оптической системы.
На фиг.1 показан узел иммерсионного приемника излучения (иммерсионного болометра), реализованный в аппаратуре бесконтактного определения перегрева букс ДИСК-БКВ-Ц/КТСМ.
На фиг.2 показан пример исполнения предлагаемого сменного приспособления для ориентации напольных камер аппаратуры бесконтактного определения перегрева букс ДИСК-БКВ-Ц/КТСМ.
На фиг.3 приведена схема стенда юстировки приспособлений для ориентирования относительно оптической оси отдельных иммерсионных болометров.
Иммерсионный болометр 1 (фиг.1) установлен в крепежную цангу 2 капсулы 3 приемной камеры 4 аппаратуры бесконтактного определения перегрева букс ДИСК-БКВ-Ц/КТСМ. Цанговый зажим 2 фиксирует положение части внешней поверхности цилиндрического корпуса иммерсионного болометра I, являющейся посадочной поверхностью 5 приемника излучения, относительно приемной камеры 4.
Приспособление для ориентации (фиг.2) состоит из корпуса 6, изготовленного из электропроводящего материала, крышки 7 отсека батареек, соединительной втулки 8 из электроизоляционного материала и крышки корпуса 9 с окном. Посадочная поверхность приспособления образуется внешними цилиндрическими поверхностями крышки отсека батареек 7 и корпуса 6. Лазерный светоизлучающий диод 10 размещается на печатной плате 11. Плата 11 закреплена в оправке 12, на которой установлен конический защитный колпачок 13 с линзой и защитным окном 14. К свободному концу платы присоединена пружина 15, обеспечивающая поджим узла лазерного диода к окну крышке корпуса 9 в процессе юстировки лазерного диода, при этом опорное кольцо 16 со сферической внешней поверхностью обеспечивает фиксацию центральной части оправки 12. В отсеке батареек размещены батарейки 20.
Юстировка лазерного диода 10 относительно посадочной поверхности приспособления для ориентации осуществляется следующим образом. Иммерсионный болометр 1, устанавливается в цанговую оправку 17 поворотной головки 18 стенда юстировки,
изображенного на фиг.3, и фиксируется относительно своей посадочной поверхности. Напротив поворотной головки на заданном расстоянии устанавливается точечный источник инфракрасного излучения 19. С помощью поворотной головки 18 болометр 1 вращается в двух плоскостях до получения максимального электрического сигнала на его выходе. При получении максимального сигнала положение поворотной головки 18 фиксируется и болометр вынимается из оправки 17. Крышка отсека батареек 7 заявляемого ориентирного приспособления заменяется на контактное устройство (на чертеже не показано), после чего ориентирное приспособление помещается в оправку 17 поворотной головки 18 и фиксируется относительно своей посадочной поверхности. На печатную плату 11 подается рабочее напряжение и конический защитный колпачок 13 узла лазерного диода перемещается относительно окна крышки корпуса 9 до тех пор, пока луч лазерного диода не окажется в центре точечного источника инфракрасного излучения 19. Ориентирное приспособление вынимается из оправки 17 поворотной головки 18 и положение защитного колпачка 8 относительно окна крышки корпуса 9 фиксируется при помощи клеевого шва. В отсек батареек помещаются батарейки 20 и на свое место устанавливается крышка 7 отсека батареек.
Собранное и отъюстированное ориентирное приспособление поставляется вместе с соответствующим иммерсионным приемником излучения (болометром) 1. Для выполнения ориентации напольной камеры относительно рельсового полотна, приспособление вставляется крепежную цангу 2 капсулы 3 приемной камеры 4 вместо болометра 1 и выполняется ориентация напольной камеры по изображению луча лазерного светоизлучающего диода 10 на штатном приспособлении для ориентации, входящим в комплект аппаратуры ДИСК-БКВ-Ц/КТСМ. Ориентация может быть выполнена одним человеком в любых погодных условиях.
Возможность осуществления полезной модели с реализацией указанного назначения подтверждена полевыми испытаниями устройства в аппаратуре ДИСК-БКВ-Ц/КТСМ, что ни в коей мере не ограничивает применяемость предлагаемой полезной модели.
ЗАО «РИЭЛТА» освоила выпуск приспособлений для ориентации инфракрасных оптических систем с иммерсионными приемниками излучения. Технологических затруднений нет.