ТЕЛЕВИЗИОННАЯ КАМЕРА

Полезная модель относится к мониторингу и проверке, а именно к телевизионным камерам для систем визуального дистанционного контроля наружной и внутренней поверхностей корпуса реактора, дистанционного управления процессом срезания образцов-свидетелей, предназначенных для контроля изменений механических свойств металла корпуса реактора; для дистанционного управления процессами аргонно-дуговой сварки и резки при сборочных и ремонтных работах, как в условиях высокой радиации, так и без нее, а также в воде и на воздухе.
Из уровня техники известна телевизионная камера (патент US 5912934 A, G21C 17/00, дата публикации 15.06.1999), содержащая корпус, выполненный из радиационно-стойкого материала, с защитным кожухом из нержавеющего коррозионно-стойкого материала, и размещенные в корпусе блок преобразования оптического изображения в электрический сигнал, объектив, корректирующий узел с диафрагмой, установленный перед объективом, и окно из радиационно-стойкого стекла, выполненное в стенке корпуса.
Недостатком указанной камеры является ее низкая радиационная стойкость и низкая стойкость к инфракрасному излучению, что накладывает ограничения на область применения камеры.
Наиболее близким по совокупности технических признаков и достигаемому техническому результату к предлагаемому решению является телевизионная камера Д45Д, Диаконт, найдено в Интернете 16.07.2014 по адресу: "http://diakont.ru/files/tv_sistema_sts-rbmk-40d-01.pdf'", с. 2, содержащая корпус, выполненный из вольфрама, с защитным кожухом из нержавеющей стали, и размещенные в корпусе блок преобразования оптического изображения в электрический сигнал, объектив, корректирующий узел с диафрагмой, установленный перед объективом, окно из радиационно-стойкого стекла, выполненное в стенке корпуса, и зеркало, оптически связанное с объективом и окном.
Недостатками указанной камеры являются сложность ее изготовления и эксплуатации и большие габариты камеры, поскольку она состоит из двух телевизионных камер, расположенных в общем корпусе. Кроме того, чистый вольфрам тяжело обрабатывать, что также накладывает ограничения на конструкцию камеры и на область ее применения, а оптическая система камеры является нестойкой к инфракрасному излучению. Эти недостатки приводят к снижению надежности и универсальности телевизионной камеры.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание универсальной герметичной твердотельной камеры, повышение ее эксплуатационных и технологических характеристик, в частности, уменьшение габаритов при сохранении высокой радиационной стойкости, что очень важно при осмотре труднодоступных мест ядерных реакторов и иных объектов.
Техническим результатом, достигаемым заявляемой полезной моделью, является повышение надежности работы телевизионной камеры, расширение области ее применения, уменьшение габаритов телевизионной камеры, повышение ее радиационной стойкости и стойкости к инфракрасному излучению, уменьшение влияния бликов и засветок на качество изображения, расширение динамического диапазона камеры, обеспечение автоматической корректировки расфокусировки изображения, предотвращение перегрева электродвигателя, управляющего светофильтром.
Технический результат достигается тем, что телевизионная камера, содержащая корпус, выполненный из радиационно-стойкого материала, содержащего вольфрам, с защитным кожухом из нержавеющей коррозионно-стойкой стали, и размещенные в корпусе блок преобразования оптического изображения в электрический сигнал, объектив, корректирующий узел с диафрагмой, установленный перед объективом, окно из радиационно-стойкого стекла, выполненное в стенке корпуса, и зеркало, оптически связанное с объективом и окном, причем корпус камеры и корпус зеркала выполнены из сплава ВНЖ-95 (сплав, содержащий 95 масс.% вольфрама, остальное - никель и железо), а отражающая поверхность зеркала выполнена из кремниевой пластины, закрепленной в корпусе зеркала, из блока преобразования оптического изображения в электрический сигнал вынесен узел питания блока преобразования, корректирующий узел дополнительно содержит два светофильтра, один из которых сине-зеленый (СЗС) предназначен для работы в видимом световом диапазоне, а другой в инфракрасном диапазоне и изготовлен из кремния, и электродвигатель, работающий в режиме реле и выполненный с возможностью переключения кремниевого светофильтра, в качестве электродвигателя используется микродвигатель QX-4A от вибратора сотового телефона, одновременная работа двух светофильтров выделяет длину волны для работы телевизионной камеры 850 нм с полосой на уровне 0,7~50 нм, диафрагма установлена перед объективом с фокусным расстоянием 16 мм.
Выполнение корпуса камеры и корпуса зеркала из сплава ВНЖ-95, а отражающей поверхности зеркала из кремниевой пластины, закрепленной в корпусе зеркала, обеспечивает повышение универсальности камеры, т.е. расширение области ее применения, и повышение надежности работы камеры за счет упрощения ее конструкции, поскольку сплав ВНЖ-95 значительно легче обрабатывать, чем чистый вольфрам, а изготовить и установить кремниевую пластину в камере легче, чем зеркало из обычного стекла. Кроме того, выполнение отражающей поверхности зеркала из кремниевой пластины, а корпуса зеркала из ВНЖ-95 обеспечивает защиту матрицы камеры от радиации и от инфракрасного излучения, поскольку около 60% инфракрасного (теплового) излучения, проходя через кремний, рассеивается, поглощается корпусом зеркала и не попадает на матрицу. Все это снимает ограничения, накладываемые на конструкцию и область применения камеры.
Вынесение узла питания блока преобразования оптического изображения в электрический сигнал из блока преобразования на пульт, находящийся вне телевизионной камеры, обеспечивает уменьшение габаритов телевизионной камеры.
6
Выполнение корректирующего узла, дополнительно содержащего два светофильтра, один из которых сине-зеленый (СЗС) предназначен для работы в видимом световом диапазоне, а другой в инфракрасном диапазоне и изготовлен из кремния, и электродвигатель, работающий в режиме реле и выполненный с возможностью переключения кремниевого светофильтра, обеспечивает расширение динамического диапазона телевизионной камеры до 10 (?) и уменьшение влияния бликов и засветок, возникающих на контролируемом объекте, на качество изображения. Кроме того, СЗС обеспечивает сужение полосы в инфракрасной области.
Выбор в качестве электродвигателя микродвигателя QX-4A от вибратора сотового телефона обеспечивает уменьшение габаритов телевизионной камеры и предотвращает перегрев электродвигателя, поскольку работающий в режиме реле электродвигатель находится постоянно под напряжением, однако удельная площадь рассеивания тепла микродвигателя достаточно велика.
Установка диафрагмы перед объективом с фокусным расстоянием 16 мм обеспечивает глубину резкости от 3 см до нескольких метров, что позволяет исключить из конструкции телевизионной камеры механизм фокусировки, что обеспечивает уменьшение габаритов телевизионной камеры и автоматическую корректировку расфокусировки, возникающую при применении кремниевого светофильтра.
На представленной фиг.1 изображена общая схема заявленной телевизионной камеры. На фиг.2 изображена схема камеры в разрезе.
Полезная модель промышленно применима, так как в настоящее время она прошла стендовые испытания, подтвердившие ее надежность. Конкретные конструктивные признаки заявленной телевизионной камеры реально осуществимы и не противоречат применению в промышленных условиях.
В частности, были проведены испытания электродвигателя на 100000 переключений, и под напряжением в заторможенном режиме 96 часов электродвигатель остался в рабочем состоянии.
Заявленная телевизионная камера содержит корпус 1 с зеркальной насадкой 2, крышкой 3, планкой 4 и окном 5, скрепленные с помощью винтов 6. Внутри корпуса под углом 45 градусов к окну в зеркальной насадке 2 закреплено зеркало, состоящее из отражающей поверхности 7, наклеенной или иным способом закрепленной в корпусе зеркала 8. С противоположной от зеркала стороны в корпусе камеры под углом 45 градусов к зеркалу перед объективом 9 размещен корректирующий узел 10, состоящий из диафрагмы 11, двух светофильтров 12 и механизма перемещения инфракрасного светофильтра в виде электродвигателя. За объективом 9 в корпусе камеры 1 размещен блок преобразования оптического изображения в электрический сигнал в виде светочувствительной матрицы 13, подключенный к вилке 14, и заглушка 15. Блок питания (на чертежах не показан) матрицы 13, работающий под напряжением 3В вынесен за пределы корпуса телевизионной камеры на пульт, в котором также находится устройство управления электродвигателем.
Один из светофильтров - сине-зеленый (СЗС, СЗС-5), установлен стационарно и предназначен для работы в видимом световом диапазоне, а другой светофильтр толщиной 0,3 мм предназначен для работы в инфракрасном диапазоне и выполнен из кремния.
В качестве электродвигателя используется миниатюрный электродвигатель типа QX-4A (от вибратора сотового телефона), работающий в режиме реле.
4
В качестве светочувствительной матрицы используется КМОП («Комплементарная структура Металл-Оксид-Полупроводник»)-матрица на базе малогабаритного видеомодуля МТ-3В, обладающего повышенной термостойкостью и радиационной стойкостью к гамма-излучению (максимальная рабочая мощность дозы 4×10 рад/ч), на базе которого изготавливается малогабаритная телевизионная камера.
5
7
Корпус телевизионной камеры толщиной 17 мм и корпус зеркала выполнены из радиационно-стойкого материала ВНЖ-95, обеспечивающего максимальную рабочую мощность дозы 3,2×10 рад/ч и максимальную интегральную дозу 3×10 рад/ч.
Диафрагма выполнена из свинцовой фольги с отверстием 0,5 мм и установлена перед объективом с фокусным расстоянием 16 мм.
Снаружи камера защищена от коррозии при дезактивации кожухом из нержавеющей стали и выполнена в герметичном исполнении.
Телевизионная камера работает следующим образом. Отраженный световой поток от контролируемого процесса или объекта, например, от наружной поверхности корпуса реактора, через окно попадает на зеркало, которое в случае наблюдения в инфракрасном спектре отражает световой поток на дистанционно перемещаемый кремниевый светофильтр, управляемый электродвигателем. В этом случае через кремниевый светофильтр и сине-зеленый светофильтр на объектив телевизионной камеры поступает только инфракрасное излучение, что позволяет существенно уменьшить влияние бликов на качество получаемого изображения и расширить динамический диапазон телевизионной камеры, что необходимо при управлении процессом аргонно-дуговой сварки.
В случае наблюдения в видимом спектре по сигналу с устройства управления электродвигателем кремниевый светофильтр перемещается с помощью электродвигателя, чтобы световой поток в видимом диапазоне от контролируемого объекта минуя кремниевый светофильтр через диафрагму и сине-зеленый светофильтр попадал на объектив камеры и далее на светочувствительную матрицу.
Видеомодулем с матрицей сфокусированный световой поток от объекта преобразуется в видеосигнал с характеристиками, позволяющими подключать телевизионную камеру к монитору для осуществления дальнейшего контроля.
Для обеспечения работы телевизионной камеры изготавливаются малогабаритные светильники на базе светодиодов повышенной яркости.
Максимальная рабочая температура камеры - 120°С. Все технические характеристики и характеристики надежности камеры не уступают соответствующим характеристикам трубочных камер.
Телевизионная камера может широко применяться в различных ядерных технологиях, в частности, для систем визуального дистанционного контроля наружной и внутренней поверхностей корпуса реактора, при дистанционном управлении процессом срезания образцов-свидетелей, предназначенных для контроля изменений механических свойств металла корпуса реактора, и для дистанционного управления процессами аргонно-дуговой сварки и резки при сборочных и ремонтных работах.