УСТРОЙСТВО ВИДЕОМОНИТОРИНГА В ЗОНАХ С ПОВЫШЕННЫМ УРОВНЕМ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Предлагаемая полезная модель относится к техническим средствам визуального контроля и предназначена для обеспечения непрерывного удаленного мониторинга операций с ядерными материалами в зонах с повышенным уровнем ионизирующего γ-излучения и нейтронного воздействия, записи и хранения на встроенном жестком диске с возможностью передачи видеоинформации на внешние устройства для просмотра и анализа по локальной вычислительной сети Ethernet.
Предложенное устройство может быть установлено в хранилищах ядерных материалов, хранилищах отработанного ядерного топлива, производственных помещениях радиохимического производства, использующих непрерывную технологию переработки ядерных материалов, в помещениях с ядерными установками в научно-исследовательских и производственных организациях и др.
Невозможность использования в зонах с повышенным уровнем ионизирующего излучения обычных видеокамер вследствие их быстрого выхода из строя в условиях воздействия на ПЗС-матрицу ионизирующего излучения, привела к необходимости создания радиационно-устойчивых средств видеоконтроля.
В результате анализа существующих в настоящее время технических решений данной проблемы найдены наиболее близкие технические средства, созданные для видеонаблюдения в зонах с повышенным уровнем ионизирующего излучения.
Одним из таких средств является «Радиационно-стойкая камера» (изобретение № WO 2010114469, BARRINGER NIKLAS [SE], МПК G03B 17/02; H04N 5/225, опубликовано 07.10.2010) - [1].
Данное устройство содержит модуль фотокамеры с линзовым блоком и электронным датчиком изображения. Модуль фотокамеры заключен в защитный корпус, защищающий от нейтронного и гамма-излучения. В корпусе имеется проем для прохождения света в датчик изображения. Обеспечение желаемого угла обзора достигается размером переднего радиационно-стойкого стекла. Модуль фотокамеры подключен к термопоглощающему охлаждающему элементу для отвода тепла с помощью тепловых трубок. Сочетание радиационной защиты корпуса, содержащей углеводородные пластмассы, и эффективное охлаждение модуля камеры приводит к более высокому качеству изображения. Камера используется, в основном, для контроля в зонах с сильным ионизирующим излучением, в основном нейтронов и гамма-излучения.
К недостаткам устройства относятся:
1) В устройстве применяется фотокамера, что исключает возможность непрерывной передачи видеоизображения.
2) В устройстве применена сложная система отвода тепла.
3) Устройство не оборудовано встроенным компьютером, автономная запись полученного изображения непосредственно в устройстве не ведется.
В качестве аналога предлагаемой полезной модели выбрано устройство для получения изображения объекта, находящегося в радиационно-опасной зоне (патент РФ № RU 2407079 от 13.04.2009, МПК G21C 17/08, 17/116) - [2].
Устройство относится к средствам для визуального контроля за дистанционно управляемым процессом погрузки-выгрузки или разделки отработанных тепловыделяющих сборок. Устройство содержит зеркальный лабиринт в радиационно-защитном материале с отклоняющими зеркалами и входным каналом, к которому со стороны «грязного» помещения примыкает защитный кожух с входным окном, в котором размещена система отклоняющих зеркал. Система, состоящая из двух входных и двух выходных зеркал, дает возможность проецировать достаточно большой угол обзора при существенном отклонении оси лабиринта от направления наблюдения в относительно небольшое отверстие входного канала зеркального лабиринта. К выходному каналу зеркального лабиринта примыкает блок регистрации с проецирующим объективом и фотоприемной цифровой матрицей, соединенной кабелем с внешним процессорным блоком управления и визуализации изображения. За счет использования матричной структуры фоторегистратора обеспечивается высокое качество выводимого изображения. При этом фотоприемная матрица цифрового фоторегистратора изображения максимально защищена от попадания на нее ионизирующего излучения, т.к. зеркальный лабиринт выполняет функцию радиационного коллиматора. Кроме того, жесткая привязка оптической системы переноса изображения к определенному участку наблюдаемого пространства обеспечивает единообразие восприятия изображения и позволяет использовать его для формирования соответствующих управляющих команд.
Признаки устройства, совпадающие с признаками предлагаемой полезной модели:
1) Использование зеркал для предотвращения прямого попадания ионизирующего излучения на матрицу и защиты чувствительных элементов камеры от радиации.
2) Устройство выполнено в корпусе из радиационно-защитного материала.
К недостаткам устройства относятся:
1) Применение фотокамеры исключает получение и передачу видеоизображения.
2) Режим автономной работы не предусмотрен, ввиду того что конструкция не предполагает наличия резервных источников питания.
3) Установка устройства на месте эксплуатации достаточно трудоемка, так как требуется отверстие в стене между радиационно-опасной и безопасной зонами.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание надежного устройства, предназначенного для видеомониторинга в зонах с повышенным уровнем ионизирующего излучения, в котором были бы учтены указанные недостатки, предназначенного для осуществления цифровой записи и архивирования видеоинформации в режиме реального времени при наличии либо отсутствии питания от внешнего источника и передачи видеоинформации для просмотра и анализа во внешнюю локальную вычислительную сеть.
Технический результат, получаемый при реализации полезной модели - повышение эффективности и надежности видеомониторинга в зонах с повышенным уровнем ионизированного излучения.
Для решения поставленной задачи предложено устройство видеомониторинга в зонах с повышенным уровнем ионизирующего излучения, содержащее защищенный от ионизирующего γ-излучения и нейтронного воздействия герметичный, состоящий из слоев свинца и полиэтилена корпус, оборудованный дверцей с двумя замками и датчиком вскрытия, в верхней части корпуса расположено окно из радиационно-стойкого стекла, в нижней части корпуса размещены защищенные герметизированные кабельные вводы, внутри корпуса расположен модульный каркас-крейт, содержащий модуль цифрового преобразования, модуль информационного обмена с расположенным на нем разъемом для подключения оптоволоконного кабеля, модуль управления и записи, модуль резервного питания, блок аккумуляторных батарей, модуль интерфейсов, при этом к модулю интерфейсов подключены разъемы для получения сигналов внешних датчиков по интерфейсам RS-422, RS-485, RS-232, CAN, ИРПС, «сухие контакты» и разъем для подключения реле, модуль телевизионной камеры, содержащий аналоговую телевизионную камеру, установленную под углом 90° к направлению обзора с отклонением оптической оси телекамеры на 90° с помощью установленного под углом 45° зеркала, размещенную в отдельном корпусе, оборудованном блоком полимерно-свинцовой защиты и расположенном со стороны радиационно-стойкого стекла окна корпуса устройства, при этом все модули своими входами-выходами связаны между собой через крейт.
Предлагаемая полезная модель устройства видеомониторинга в зонах с повышенным уровнем ионизирующего излучения позволяет:
1. Осуществлять непрерывное видеонаблюдение в зонах с повышенным радиационным фоном.
2. Осуществлять видеозапись и хранение записанной видеоинформации в модуле управления и записи, в том числе, в случае временного отсутствия локальной вычислительной сети и/или электропитания в течение времени до трех часов.
3. Подключать внешние датчики и реле, устройства контроля радиационного фона объекта через интерфейсные входы RS-485, RS-422, RS-232, ИРПС, «сухой контакт» для увеличения эффективности системы безопасности объекта.
4. Осуществлять быструю замену вышедших из строя модулей без применения специальных средств измерения, инструмента и принадлежностей.
Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняется чертежами, на которых изображены:
Фиг. 1 - Структурная схема устройства видеомониторинга:
1 - модуль резервного питания;
2 - модуль телевизионной камеры;
3 - модуль цифрового преобразования;
4 - модуль информационного обмена;
5 - модуль интерфейсов;
6 - модуль управления и записи;
7 - разъем для подключения датчиков через интерфейсы RS422, RS485, RS232, CAN;
8 - разъем для подключения датчиков через интерфейс ИРПС;
9 - разъем для подключения датчиков через интерфейс «сухие контакты»;
10 - разъем для подключения реле;
11 - разъем для подключения оптоволоконного кабеля;
12 - блок аккумуляторных батарей.
Фиг. 2 - Модуль 2 телевизионной камеры:
13 - зеркало;
14 - аналоговая телевизионная камера;
15 - блок полимерно-свинцовой защиты;
16 - корпус модуля телевизионной камеры.
Перечисленные выше конструктивные элементы выполнены следующим образом.
Устройство имеет герметичный защитный корпус. Для доступа к внутреннему объему на корпусе расположена дверца, фиксация которой в закрытом положении осуществляется с помощью двух замков. Для контроля доступа к внутреннему объему устройства внутри корпуса имеется датчик вскрытия.
Для обеспечения видеонаблюдения в верхней части корпуса напротив модуля телевизионной камеры расположено окно из радиационно-стойкого стекла.
Внутри устройства установлен модульный каркас-крейт (далее - крейт), в который по направляющим устанавливаются электронные модули, обмен данными и питание модулей осуществляется через крейт.
К модулю 5 интерфейсов подключены: разъем 7 для подключения датчиков через интерфейсы RS422, RS485, RS232, CAN; разъем 8 для подключения датчиков через интерфейс ИРПС; разъем 9 для подключения датчиков через интерфейс «сухие контакты»; разъем 10 для подключения реле (Фиг. 1). Разъем 11 для подключения оптоволоконного кабеля располагается на модуле 4 информационного обмена, 7, 8, 9, 10 разъемы с помощью кабелей установлены на корпусе крейта.
Модуль 1 резервного питания предназначен для обеспечения питания модулей, входящих в состав устройства, и осуществляет автоматическое переключение на работу от аккумуляторной батареи в случае отключения внешнего питания без прерывания работы модулей устройства, определяет уровень заряда аккумуляторной батареи, передает значение уровня заряда на модуль 6 управления и записи. Полностью заряженная аккумуляторная батарея обеспечивает работу устройства до трех часов.
Модуль 2 телевизионной камеры предназначен для формирования полного телевизионного сигнала, размещен в отдельном корпусе 16 модуля телевизионной камеры, имеет дополнительную полимерно-свинцовую защиту от ионизирующего излучения. Изображенная на фиг. 2 бескорпусная телевизионная камера 14, с установленным на ней объективом, направлена вертикально вверх по отношению к устройству. Оптическая ось телевизионной камеры проходит через зеркало 13, установленное под углом 45° над объективом телевизионной камеры 14, что обеспечивает преломление оптической оси под углом 90°. Блок 15 полимерно-свинцовой защиты, расположенный со стороны радиационно-стойкого стекла окна корпуса устройства видеомониторинга, создает дополнительную защиту телевизионной камеры 14 от ионизирующего излучения.
Модуль 3 цифрового преобразования предназначен для оцифровки с помощью аналого-цифрового преобразователя полного телевизионного сигнала, поступающего от модуля 2 телевизионной камеры. Оцифрованный сигнал передается через модуль 4 информационного обмена в модуль 6 управления и записи и во внешнюю локальную вычислительную сеть через порт Ethernet по кабелю типа витая пара или оптический порт с помощью оптоволоконной линии связи.
Модуль 4 информационного обмена предназначен для обеспечения обмена информацией между модулями устройства видеомониторинга, передачи данных по локальной вычислительной сети, обеспечивает подключение к локальной вычислительной сети с помощью оптоволоконного кабеля, кабеля типа витая пара.
Модуль 5 интерфейсов предназначен для взаимодействия устройства видеомониторинга с внешними датчиками, датчиком вскрытия, контроллером заряда и наличия питания и позволяет осуществлять подключение датчиков по интерфейсам RS-232/RS-485/RS-422, CAN, ИРПС, «сухие контакты».
Модуль 6 управления и записи предназначен для обработки поступающих от внешней локальной сети управляющих команд, создания видеоархива и архива данных о срабатывании датчиков. Модуль 6 управления и записи включает в себя одноплатный компьютер, функционирующий под управлением программного обеспечения, и встроенный жесткий диск, на котором реализован циклический кольцевой буфер для создания оперативного архива. Модуль 6 управления и записи так же принимает информацию о состоянии внешних датчиков и реле, подключенных через разъемы 7, 8, 9, 10 к модулю 5 интерфейсов. Информация о срабатывании датчиков передается во внешнюю локальную вычислительную сеть через модуль 4 информационного обмена.
Подключение внешнего электропитания, кабелей локальной вычислительной сети Ethernet, кабелей от внешних датчиков осуществляется через защищенные герметизированные кабельные вводы, расположенные в нижней части корпуса устройства. Питание устройства осуществляется от внешнего источника постоянного тока напряжением 24 В.
Для обеспечения автономного функционирования, в случае отсутствия внешнего электропитания, в блоке 12 аккумуляторном размещена аккумуляторная батарея. Полностью заряженная аккумуляторная батарея позволяет обеспечить автономную работу полезной модели в течение времени до трех часов.
Устройство работает в непрерывном, круглосуточном режиме под управлением специализированного программного обеспечения.
Между совокупностью существенных признаков заявляемой полезной модели и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, а именно:
1. В предлагаемой полезной модели предусмотрена возможность подключения внешних датчиков уровня радиации, температуры и реле, устройств контроля радиационного фона из состава СКУД объекта через интерфейсные выходы RS-485, RS-422, RS-232, ИРПС, «сухой контакт», что обеспечивает эффективность работы полезной модели.
2. Корпус, выполненный из слоев свинца и полиэтилена с окном из радиационно-стойкого стекла для телекамеры с оптической осью, направленной на зеркало, обеспечивающее излом оптической оси на угол 90°, позволяет сохранять работоспособность модуля телекамеры и остальных электронных модулей в зонах с повышенным уровнем ионизирующего излучения, что существенно увеличивает надежность работы полезной модели.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Изображение объекта, преобразованное в модуле 2 телевизионной камеры в полный телевизионный сигнал, по коаксиальному кабелю поступает в модуль 3 цифрового преобразования, где преобразовывается в цифровой видеопоток.
Оцифрованное в модуле 3 цифрового преобразования изображение по каналу Ethernet через модуль 4 информационного обмена поступает в модуль 6 управления и записи и во внешнюю локальную вычислительную сеть. В модуле 6 управления и записи оцифрованное изображение сохраняется на жестком диске.
Кроме этого, модуль 6 управления и записи записывает информацию о состоянии внешних датчиков и реле, устройств контроля радиационного фона, поступающую через разъемы 7, 8, 9, 10 и передает через модуль 4 информационного обмена во внешнюю локальную вычислительную сеть.
Предложенная полезная модель предназначена для осуществления постоянного видеонаблюдения в зонах с повышенным уровнем ионизирующего излучения, взаимодействия с внешними датчиками, ведения непрерывной записи и создания архива видеоданных и архива данных срабатываний внешних датчиков, обработки поступающих от локальной вычислительной сети управляющих команд в автоматическом режиме, передачи оцифрованных результатов видеосъемки по локальной вычислительной сети, обеспечения автономной работы устройства при отсутствии внешнего питания до трех часов.
Литература:
1. Патент № WO 2010114469, BARRINGER NIKLAS [SE], МПК G03B 17/02; H04N 5/225, 07.10.2010).
2. Патент РФ №2407079 от 13.04.2009, МПК G21C 17/08, 17/116).