Термовидеорегистрирующее устройство

Полезная модель относится к области передачи видеоинформации и может быть использовано при построении устройств видеоконтроля, работающих в условиях сильного ионизирующего излучения, например, на борту космических аппаратов.
Из уровня техники известно устройство видеомониторинга в зонах с повышенным уровнем ионизирующего излучения (патент Российской Федерации на полезную модель RU 148690). Данное устройство предназначено для осуществления постоянного видеомониторинга в зонах с повышенным уровнем ионизирующего излучения и нейтронного воздействия с ведением непрерывной записи и созданием архива видеоданных. Полезная модель представляет собой устройство модульной конструкции, размещенное в защищенном от ионизирующего излучения и воздействия нейтронов герметичном корпусе, состоящее из функциональных модулей: модуля телевизионной камеры, модуля цифрового преобразования, модуля информационного обмена, модуля интерфейсов, модуля управления и записи, модуля резервного питания, блока аккумуляторного. 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.
Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является телевизионная камера, предназначенная для систем визуального дистанционного контроля наружной и внутренней поверхностей корпуса реактора (патент Российской Федерации на полезную модель RU 150289). Данное устройство относится к телевизионным камерам для систем визуального дистанционного контроля наружной и внутренней поверхностей корпуса реактора.
Телевизионная камера, содержит 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 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, одновременная работа двух светофильтров выделяет длину волны для работы телевизионной камеры 850 нм с полосой на уровне 0,7~50 нм.
Недостатками известных устройств является не достаточно широкий диапазон длин волн регистрируемых сигналов, не позволяющий составить полную картину о термообстановке в зоне наблюдения.
Техническим результатом, на решение которого направлено заявляемое техническое решения, является получение информации о термообстановке в зоне термонагруженных элементов космических аппаратов в диапазоне волн от инфракрасного до ультрафиолетового посредством видеотелеметрии.
Технический результат достигается тем, что при расположении видеорегистрирующего устройства вблизи термонагруженных элементов КА, предлагается использовать две видеокамеры, направленные на одну о ту же область обзора объекта, одна из которых является фоторегистрирующим прибором в диапазоне длин волн от 0,3 до 1,0 мкм (например, прибор с зарядовой связью с «виртуальной» фазой (ВФПЗС) [3] и объективом из кварцевого стекла, другая видеокамера с фоторегистрирующим прибором в диапазоне длин волн от 1,1 до 5,3 мкм (например, инфракрасным фоторегистрирующим прибором (ИК ПЗС) [3] или кадмий-ртуть-теллуровый приемник (КРТ)) и объективом из оптического кремния [5].
Данные видеокамеры имеют необходимые элементы для термозащиты от перегрева и охлаждения, а для защиты от воздействия радиационных факторов линз объективов и фоторегистрирующих приборов используют перископическое устройство, раструб которого выполнен из титана с отражающим зеркалом (под углом 45°) из никеля, расположенным на главной оптической оси объектива.
На рисунке 1 представлена конструкция термовидеорегистрирующего устройства, где видеокамеры ориентированы навстречу друг другу:
1 - фоторегистрирующий прибор с диапазоном от 0,3 до 1,0 мкм;
1а - фоторегистрирующий прибор с диапазоном от 1,1 до 5,3 мкм;
2 - объектив камеры с диапазоном от 0,3 до 1,0 мкм;
2а - объектив камеры с диапазоном от 1,1 до 5,3 мкм;
3 - термозащита видеокамеры с диапазоном от 0,3 до 1,0 мкм;
3а - термозащита видеокамеры с диапазоном от 1,1 до 5,3 мкм;
4 - перископическое зеркало камеры с диапазоном от 0,3 до 1,0 мкм;
4а - перископическое зеркало камеры с диапазоном от 1,1 до 5,3 мкм;
5 - оболочка радиационной защиты;
6 - видеокамера с диапазоном от 0,3 до 1,0 мкм;
6а - видеокамера с диапазоном от 1,1 до 5,3 мкм.
Термозащита 3 (3а) состоит из теплоизоляционной оболочки, выполненной из плотной каменной ваты [4], радиационная защита обеспечивается титановой оболочкой 5 поверх термозащиты.
Так как зеркало перископа можно расположить достаточно близко к объективу видеокамеры, но чтобы оно не касалось самого объектива, а объектив и фоторегистрирующий прибор должны быть защищены от прямого попадания радиационных воздействий, то расстояние от центра объектива до зеркала (на главной оптической оси) выбирается равным расстоянию от центра объектива до центра диагонали фоточувствительной зоны ПЗС [1, 2], т.е.
min
ƒ=ƒ+ƒ',
где ƒ - фокусное расстояние линзы объектива, ƒ' - расстояние от фокуса линзы объектива до центра диагонали фоточувствительной зоны ПЗС.
При этом длина раструба перископа снизу будет равна фокусному расстоянию линзы объектива ƒ, а оставшееся расстояние до зеркала перископа на главной оптической оси,
min
ƒ-ƒ=ƒ+ƒ'-ƒ=ƒ'.
Устройство работает следующим образом (рис. 2): на зеркало проецируется видеоизображение рассматриваемой области. Далее спроецированное изображение попадает на объектив видеокамеры и через объектив на фоторегистрирующий прибор.
min
2min
Видеокамеры видеорегистрирующего устройства могут располагаться параллельно друг другу внутри прямоугольного параллелепипеда с использованием радиационной защиты (рис. 3). При получении информации от одного поля изображения объекта с двух видеокамер требуется, чтобы главные оптические оси объективов видеокамер через зеркала перископов проходили через одну точку на контролируемом объекте. Для этого зеркала перископов повернуты на угол γ/2 навстречу друг другу [2], при этом торцы перископов с зеркалами должны располагаться на одной плоскости. Для обеих видеокамер ƒ должно быть одинаковым. Также одинаковым будет минимальное расстояние от главной оптической оси до центра объекта ƒ (или минимальное расстояние от центра зеркала перископа до центра поля изображения).
С отдалением объекта от видеорегистрирующего устройства угол поворота зеркал перископов существенно уменьшается, поэтому для случаев использования ПЗС с низким разрешением или видеосистем с повышенным коэффициентом сжатия видеоинформации, углом поворота зеркал можно пренебречь. В этом случае предлагается использовать общий перископ 7 с общим зеркалом 8 (рис. 4).
Использование предложенного видеорегистрирующего устройства обеспечивает измерение температурных параметров термонагруженных установок космических аппаратов в диапазоне длин волн от инфракрасного до ультрафиолетового в условиях воздействия ионизирующего излучения.
Список литературы
1 Ландсберг Г.С. - «Оптика» - 5-ое изд. - М.: Наука, 1976.
2 Федосов И.В. - «Геометрическая оптика» - Саратов: Сателит, 2008 г., 92 с.
3 Г.И. Вишневский, М.Г. Выдревич, В.К. Нестеров, В.Л. Ривкинд - «Отечественные УФ и ИК ФПЗС и цифровые камеры на их основе». Журнал «Электроника: наука, технология, бизнес» - 8/2003, с. 18-24.
4 ГОСТ 31913-2011.
5 Коротаев, В.В. Основы тепловидения / В.В. Коротаев, Г.С. Мельников, С.В. Михеев. - СПб.: Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, 2012. - 123 с.