СТЕНД ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ КАНАЛОВ

Полезная модель относится к оптико-электронному приборостроению и предназначена для автоматизированного измерения параметров тепловизионных каналов (ТПВК).
Известна установка, используемая при измерении параметров оптико-электронных систем (ОЭС), содержащая коллиматор с блоком излучателя, мирой и зеркалом, термокамеру с оптическим входным окном и турелью для закрепления ОЭС, осциллограф и телевизионный монитор (патент RU 2507495 С1, МПК G01M 11/02, опубликован 20.02.2014).
Данная установка позволяет проводить неавтоматизированные измерения в диапазоне рабочих температур следующих параметров: изменение размеров поля зрения ОЭС, изменение пространственного разрешения ОЭС по полю зрения, изменение температурного разрешения ОЭС в различных участках поля зрения, изменение пространственной ориентации линии визирования ОЭС.
Недостатками известной установки являются:
- отсутствие устройства автоматизированного управления, записи и хранения информации, поступающей в процессе выполнения измерений;
- участие оператора в процессе выполнения измерения параметров ОЭС, что говорит о наличии в результатах измерений погрешности, связанной с влиянием на результат человеческого фактора;
- использование осциллографа или телевизионного монитора для измерения пространственного разрешения ОЭС по полю зрения в качестве измерительного оборудования, что усложняет структуру применяемого оборудования и снижает точность выполняемых измерений.
Прототипом является устройство контроля и управления тепловизионными каналами, содержащее инфракрасный коллиматорный комплекс (ИКК), контролируемый тепловизионный канал (ТПВК), оптическая ось которого расположена параллельно оптической оси ИКК, и устройство отображения, записи и обработки информации, включающее персональный компьютер, преобразователь форматов видеосигналов, вход которого является видеовходом устройства контроля и управления тепловизионными каналами и служит для приема сигнала с видеовыхода контролируемого тепловизионного канала, а выход подключен к первому порту персонального компьютера, преобразователь стандартов обмена, первый порт ввода-вывода которого является портом ввода-вывода устройства контроля и управления тепловизионными каналами и служит для выдачи цифровых сигналов во второй порт ввода-вывода контролируемого тепловизионного канала, а второй порт ввода-вывода подключен к второму порту ввода-вывода персонального компьютера, формирователь команд управления, вход которого подключен к третьему порту персонального компьютера, а выход является управляющим выходом устройства контроля и управления тепловизионными каналами и служит для подачи силовых команд управления на третий вход контролируемого тепловизионного канала, формирователь рабочих напряжений, выходы которого являются выходами рабочих напряжений устройства контроля и управления тепловизионными каналами, служит для подачи данных напряжений на четвертый вход контролируемого тепловизионного канала, при этом персональный компьютер снабжен четвертым портом ввода-вывода для возможности подключения к управляющему входу инфракрасного коллиматорного комплекса (патент RU 2605934 С1, МПК H04N 5/33, G05F 1/00, опубликован 27.12.2016).
Недостатком известного устройства являются ограниченные функциональные возможности, которые обусловлены тем, что при измерении характеристик оптическая ось ТПВК должна быть расположена параллельно оптической оси ИКК, что делает невозможным выполнение автоматизированного измерения параметров ТПВК, при которых необходимо выполнять изменение и измерение значения углов поворота и наклона оптической оси ТПВК относительно оптической оси ИКК: размеры угловых полей зрения, угол отклонения оси визирования в узком поле зрения относительно посадочной плоскости ТПВК, угол отклонения оси визирования при переключении полей зрения.
Техническим результатом полезной модели является расширение функциональных возможностей стенда за счет обеспечения возможности автоматизированного измерения параметров ТПВК, при которых необходимо выполнять изменение и измерение значения углов поворота и наклона оптической оси ТПВК относительно оптической оси ИКК.
Технический результат достигается тем, что в стенде измерения параметров тепловизионных каналов, содержащем последовательно установленные инфракрасный коллиматорный комплекс (ИКК) и контролируемый тепловизионный канал (ТПВК), а также устройство управления, отображения, записи и обработки информации (УОЗОИ), содержащее персональный компьютер (ПК), первый порт которого соединен с первым портом ИКК, преобразователь форматов видеосигналов (ПФВ), первый порт которого подключен к первому порту ТПВК, а второй порт подключен к второму порту ПК, преобразователь стандартов обмена (ПСО) первый и второй порты которого подключены к второму порту ТПВК и третьему порту ПК соответственно, формирователь рабочих напряжений (ФРН), первый порт которого соединен с третьим портом ТПВК, согласно настоящей полезной модели, дополнительно введено устройство поворотно-наклонное (УПН) для размещения ТПВК, снабженное исполнительным механизмом (ИМ), при этом УОЗОИ дополнительно содержит преобразователь сигналов устройства поворотно-наклонного (ПС-УПН), первый и второй порты которого подключены к первому и второму портам ИМ, а третий и четвертый порты ПС-УПН соединены с четвертым и пятым портами ПК соответственно, при этом второй порт ФРН соединен с третьим портом ИМ. Также технический результат достигается тем, что шестой порт ПК соединен с третьим портом ФРН для управления режимом работы ФРН.
На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого стенда измерения параметров тепловизионных каналов.
Стенд измерения параметров тепловизионных каналов содержит последовательно установленные инфракрасный коллиматорный комплекс 1 и контролируемый тепловизионный канал 2, а также устройство 3 управления, отображения, записи и обработки информации.
Устройство 3 управления, отображения, записи и обработки информации включает в себя персональный компьютер 4, преобразователь форматов видеосигналов 5, представляющий собой плату видеозахвата SDI, либо плату видеозахвата CameraLink, преобразователь стандартов обмена 6, реализованный на базе платы сопряжения RS-232/422/485 для шины PCI, формирователь рабочих напряжений 7, представляющий собой источник питания с возможностью управления режимом его работы от персонального компьютера 4. Первый и второй порты преобразователя форматов видеосигналов 5 соединены с первым портом контролируемого тепловизионного канала 2 и со вторым портом персонального компьютера 4 соответственно, что обеспечивает преобразование и передачу в персональный компьютер 4 видеосигнала, формируемого контролируемым тепловизионным каналом 2. Первый и второй порты преобразователя стандартов обмена 6 соединены со вторым портом контролируемого тепловизионного канала 2 и третьим портом персонального компьютера 4, что обеспечивает преобразование и передачу управляющих цифровых сигналов между контролируемым тепловизионным каналом 2 и персональным компьютером 4. Первый порт инфракрасного коллиматорного комплекса 1 соединен с первым портом персонального компьютера 4 для обеспечения возможности управления режимом работы инфракрасного коллиматорного комплекса 1 непосредственно с персонального компьютера 4. Первый порт формирователя рабочих напряжений 7 соединен с третьим портом контролируемого тепловизионного канала 2 и служит для обеспечения подачи рабочих напряжений в контролируемый тепловизионный канал 2.
Отличием предлагаемого стенда измерения параметров тепловизионных каналов является то, что устройство 3 управления, отображения, записи и обработки информации выполнено с возможностью автоматизированного измерения параметров контролируемого тепловизионного канала 2, при которых необходимо выполнять и измерять значения углов поворота и наклона оптической оси контролируемого тепловизионного канала 2 относительно оптической оси инфракрасного коллиматорного комплекса 1, а именно, размеры угловых полей зрения, угол отклонения оси визирования в узком поле зрения относительно посадочной плоскости ТПВК, угол отклонения оси визирования при переключении полей зрения.
Возможность автоматизированного измерения указанных параметров ТПВК обеспечивается тем, что стенд дополнительно содержит устройство поворотно-наклонное 8 для размещения контролируемого тепловизионного канала 2, причем устройство поворотно-наклонное 8 снабжено исполнительным механизмом 9, состоящим из двигателей и датчиков углового положения (на фиг. 1 не показаны). Исполнительный механизм 9 обеспечивает поворот и наклон оптической оси контролируемого тепловизионного канала 2 относительно оптической оси инфракрасного коллиматорного комплекса 1 с целью перемещения изображения тест-объекта инфракрасного коллиматорного комплекса 1 (на фиг. 1 не показан) в кадре в пределах поля зрения контролируемого тепловизионного канала 2. Причем поворот оптической оси контролируемого тепловизионного канала 2 позволяет перемещать изображение тест-объекта формируемого инфракрасным коллиматорным комплексом 1, вдоль горизонтальной оси кадра в пределах поля зрения контролируемого тепловизионного канала 2, а наклон оптической оси контролируемого тепловизионного канала 2 позволяет перемещать изображение тест-объекта, формируемого инфракрасным коллиматорным комплексом 1, вдоль вертикальной оси кадра в пределах поля зрения контролируемого тепловизионного канала 2.
Устройство 3 управления, отображения, записи и обработки информации дополнительно содержит преобразователь 10 сигналов устройства поворотно-наклонного, включающий блок управления двигателями и плату обработки сигналов датчиков углового положения (на фиг. 1 не показаны). Первый и третий порты преобразователя 10 сигналов устройства поворотно-наклонного соединены соответственно с первым портом исполнительного механизма 9 и четвертым портом персонального компьютера 4 с целью преобразования и передачи в исполнительный механизм 9 от персонального компьютера 4 управляющих цифровых сигналов для осуществления поворота и наклона УПН 8 и, соответственно, оптической оси контролируемого тепловизионного канала 2, установленного на устройство поворотно-наклонное 8, относительно оптической оси инфракрасного коллиматорного комплекса 1. Второй и четвертый порты преобразователя 10 сигналов устройства поворотно-наклонного соединены соответственно со вторым портом исполнительного механизма 9 и пятым портом персонального компьютера 4 для преобразования и передачи в персональный компьютер 4 от исполнительного механизма 9 цифровых сигналов углового положения оптической оси контролируемого тепловизионного канала 2 относительно оптической оси инфракрасного коллиматорного комплекса 1. Второй порт формирователя рабочих напряжений 7 соединен с третьим портом исполнительного механизма 9 для подачи в него рабочих напряжений. Кроме того, шестой порт персонального компьютера 4 соединен с третьим портом формирователя рабочих напряжений 7 для обеспечения возможности управления режимом работы формирователя рабочих напряжений 7. При этом устройство 3 управления, отображения, записи и обработки информации производит измерение параметров контролируемого тепловизионного канала 2 без непосредственного участия оператора, а оператор выполняет подготовительные операции и контролирует результаты выполненных измерений.
Процесс работы стенда измерения параметров тепловизионных каналов выглядит следующим образом. Оператор включает ПК 4, ИКК 1 и ФРН 7. В программном обеспечении (ПО), установленном в ПК 4, заложены алгоритмы выполнения автоматизированного измерения следующих параметров ТПВК: функция передачи модуляции (ФПМ), разность температур, эквивалентная шуму (РТЭШ), температурно-частотная характеристика (ТЧХ), минимально разрешаемая разность температур (МРРТ), отношение сигнал/шум, размеры угловых полей зрения, угол отклонения оси визирования в узком поле зрения относительно посадочной плоскости ТПВК, угол отклонения оси визирования при переключении полей зрения, время переключения полей зрения, модуляция яркости. Также в ПО заложены алгоритмы управления режимами работы ИКК 1, ТПВК 2, ФРН 7 и УПН 8. В интерфейсных графических окнах ПО, отображаемых на мониторе ПК 4 (на фиг. 1 не показан), оператор формирует список измеряемых параметров ТПВК 2 и запускает процесс измерения выбранных параметров ТПВК 2.
После чего УОЗОИ 3 в соответствии с алгоритмом выполнения выбранных типов измерений производит следующие действия:
- управляет включением-выключением ТПВК 2 посредством передачи команд в виде управляющих цифровых сигналов из порта VI ПК 4 в порт III ФРН 7, в результате чего ФРН 7 через порт I подает или прекращает подачу питающего напряжения в порт III ТПВК 2;
- управляет включением-выключением УПН 8 посредством передачи команд в виде управляющих цифровых сигналов из порта VI ПК 4 в порт III ФРН 7, в результате чего ФРН 7 через порт II подает или прекращает подачу питающего напряжения в порт III ИМ 9;
- задает режим работы и контролирует текущее состояние ТПВК 2 посредством передачи и приема управляющих цифровых сигналов, передаваемых через порт III ПК 4, порт II ПСО 6, порт I ПСО 6 и порт II ТПВК 2;
- устанавливает необходимый тест-объект (на фиг. 1 не показан) и температурный контраст в ИКК 1 посредством передачи и приема команд и сообщений в виде управляющих цифровых сигналов по линии связи, организованной соединением порта I ПК 4 и порта I ИКК 1;
- задает значения углов поворота и наклона оптической оси ТПВК 2, установленного на УПН 8, относительно оптической оси ИКК выдачей управляющих цифровых сигналов в ИМ 9 через порт IV ПК 4, порт III ПС-УПН 10, порт I ПС-УПН 10 и порт I ИМ 9. Например, при измерении размеров угловых полей зрения вдоль горизонтальной оси кадра УОЗОИ 3 выполняет отправку команд в виде управляющих цифровых сигналов через ПС-УПН 10 в ИМ 9 на поворот оптической оси ТПВК 2 относительно оптической оси ИКК 1 до момента совмещения центра тест-объекта (на фиг. 1 не показан) ИКК 1 с правым краем кадра, а затем до момента совмещения центра тест-объекта ИКК 1 с левым краем кадра, при этом УОЗОИ 3 контролирует текущие значения углов поворота и наклона УПН 8 и, соответсвенно, оптической оси ТПВК 2, установленного на УПН 8, относительно оптической оси ИКК посредством приема сигналов от датчиков углового положения (на фиг. 1 не показаны) из порта II ИМ 9 в порт II ПС-УПН 10, поступающих далее через порт IV ПС-УПН 10 в порт V ПК 4;
- выполняет распознавание и контроль положения тест-объектов на изображениях из видеопотока, формируемого ТПВК 2 и передаваемого через порт I ТПВК 2 в порт I ПФВ 5, поступающего затем через порт II ПФВ 5 в порт II ПК 4;
- производит измерение выбранных параметров ТПВК 2;
- сохраняет значение измеренных параметров в протоколе измерений и в одном из интерфейсных графических окон ПО.
По окончании процесса измерения выбранных параметров оператор анализирует сформированный протокол измерений с целью проверки соответствия результатов выполненных измерений заданным диапазонам значений, и сохраняет протокол измерений в памяти ПК 4.
Таким образом, использование предлагаемого стенда измерения параметров тепловизионных каналов позволяет расширить функциональные возможности прототипа, а именно, обеспечивает возможность автоматизированного измерения таких параметров тепловизионных каналов, как: угловое поле зрения, угол отклонения оси визирования в узком поле зрения относительно посадочной плоскости ТПВК, угол отклонения оси визирования при переключении полей зрения при одновременном повышении точности и степени повторяемости результатов измерения параметров тепловизионных каналов, скорости и уровня автоматизации выполняемых работ за счет уменьшения влияния человеческого фактора на результаты измерения параметров тепловизионных каналов.