УСТРОЙСТВО НАБЛЮДЕНИЯ С ЗАЩИТОЙ ОТ ПРЕДНАМЕРЕННЫХ ПОМЕХ В ИНФРАКРАСНОМ ДИАПАЗОНЕ

Устройство относится к области физики, а именно управлению и регулированию неэлектрических величин, в частности может быть использовано при управлении интенсивностью инфракрасного света.
Известно устройство наблюдения (Камеры и мониторы от «Росси» // Системы безопасности связи и телекоммуникаций. №2 (май-июнь). - М.: «Гротек», 1997. - С.83-85), которое содержит видеокамеру, размещенную в защитном кожухе, позволяющее получать видеоизображение с охраняемого объекта. Недостатком данного устройства является возможность работы в узком диапазоне температур.
Наиболее близким по технической сущности и выполняемым функциям прототипом к заявляемому является устройство наблюдения (Патент РФ №52226 «Устройство наблюдения», 10.03.2006 г.), состоящее из кожуха и размещенными внутри него блока питания и управления, видеокамеры с объективом и нагревательным элементом с термостатом, электрически соединенных с блоком питания и управления, причем защитный кожух имеет два отверстия в торцах, одно из которых предназначено для объектива видеокамеры и снабжено защитным стеклом, а другое предназначено для размещения вводов и выводов кабелей. При такой совокупности описанных элементов и связей достигается возможность функционирования данного устройства в широком диапазоне температур.
Недостатком прототипа является то, что при наведении инфракрасной помехи (засветки) в объектив камеры освещенность на входе в объектив прибора, превышает заданное пороговое значение, что делает невозможным получение изображения.
Задачей полезной модели является создание устройства наблюдения с защитой от преднамеренных помех в инфракрасном диапазоне, позволяющего получить видеоизображение с охраняемого объекта в условиях воздействия преднамеренной засветки в инфракрасном диапазоне.
Эта задача решается тем, что устройство наблюдения с защитой от преднамеренных помех в инфракрасном диапазоне, содержащее кожух и размещенные внутри него блок питания и управления, видеокамеру с объективом, нагревательным элементом с термостатом, электрически соединенных с блоком питания и управления, причем защитный кожух имеет два отверстия в торцах, одно из которых предназначено, для объектива видеокамеры и снабжено защитным стеклом, а другое предназначено для размещения вводов и выводов кабелей, согласно полезной модели дополнено диском из непрозрачной для инфракрасного диапазона материала, наклеенного на защитное стекло кожуха, при этом радиус диска рассчитан таким образом, что при попадании преднамеренной инфракрасной помехи на защитное стекло устройства, на объективе видеокамеры обеспечивается интерференционный минимум.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного устройства наблюдения с защитой от преднамеренных помех, отсутствуют. Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию патентоспособности «новизна».
Заявленное устройство может быть декомпозировано до уровня известных функциональных блоков, модулей, узлов, описанных в литературе, зарегистрированных установленным порядком в патентных реестрах. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».
Заявляемое устройство поясняется чертежами, на которых показаны:
фиг.1 - структурная схема устройства наблюдения с защитой от инфракрасных помех;
фиг.2 - поясняет принцип компенсации паразитной засветки в инфракрасном диапазоне.
Устройство наблюдения с защитой от помех в инфракрасном диапазоне, представленное на фиг.1, содержит защитный кожух 1, размещенные внутри него блок питания и управления 2, видеокамеру 3 с объективом 4, нагревательный элемент с термостатом 5, электрически соединенные с блоком питания и управления, причем защитный кожух имеет два отверстия в торцах, одно из которых предназначено для размещения вводов и выводов кабелей 6, а другое предназначено для объектива видеокамеры и снабжено защитным стеклом 7, диск из непрозрачного для инфракрасного излучения материала 8.
В качестве защитного кожуха может быть использован защитный кожух для камер видеонаблюдения с нагревательным, элементом и термостатом (Магауенов Р.Г. Системы охранной сигнализации: основы теории и принципы построения: учебное пособие. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004. - 367 с., стр.274). В качестве блока питания и управления можно использовать известные устройства, предназначенные для выполнения указанных функций в системах видеонаблюдения (Магауенов Р.Г. Системы охранной сигнализации: основы теории и принципы построения: учебное пособие. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004. - 367 с., стр.288). В качестве видеокамеры могут быть использованы устройства описанные в (Магауенов Р.Г. Системы охранной сигнализации: основы теории и принципы построения: учебное пособие. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004. -367 с., стр.268-272). Объектив может быть выполнен как указано в (Магауенов Р.Г. Системы охранной сигнализации: основы теории и принципы построения: учебное пособие. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004. - 367 с., стр.273).
Устройство наблюдения с защитой от помех в инфракрасном диапазоне работает следующим образом. Кожух предназначен для размещения элементов устройства наблюдения, защиты элементов от механических повреждений. Блок питания и управления обеспечивает преобразование напряжения переменного тока сети 220 B в напряжение постоянного тока требуемого номинала (12 B или 24 B в зависимости от конкретной видеокамеры), необходимое для обеспечения нормального режима работы видеокамеры, а также питания нагревательного элемента. Нагревательный элемент обеспечивает обогрев кожуха и видеокамеры, для предотвращения образования конденсата влаги на объективе видеокамеры, что обеспечивает возможность применения устройства наблюдения в широком диапазоне температур. Видеокамера обеспечивает получение изображения охраняемого объекта и преобразование видеоизображения в электрический сигнал для передачи его по линии связи монитор системы видеонаблюдения. Объектив видеокамеры обеспечивает формирование и фокусировку изображения в плоскости ПЗС-матрицы и передачу его для дальнейшей обработки электронной схемой видеокамеры. Защитное стекло предназначено для механической защиты объектива от пыли и внешних воздействий. Для компенсации преднамеренной помехи в инфракрасном диапазоне на защитное стекло нанесен диск из непрозрачного для излучения в инфракрасном диапазоне материала, таким образом, что при попадании инфракрасного луча в объектив камеры видеонаблюдения амплитуда колебаний вторичных волн, возникающих в результате дифракции, в точке наблюдения равнялась нулю.
0
Так как в качестве источника помехи в инфракрасном диапазоне рассматривается полупроводниковый инфракрасный лазер, то падающий световой поток от паразитной засветки можно считать монохромным и параллельным. Известно, что если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие (круглый диск, шарик и т.д.), то в точке наблюдения появляется дифракционная картина - система чередующихся светлых и темных колец (Мякишев Г.Я. Физика. Оптика.: учеб. для углубленного изучения физики / Г.Я.Мякишев, А.З.Синяков. - 3-е изд., стереотип.- М.: Дрофа, 2005. - 462, стр.158-162). Если диск закрывает зоны не слишком больших номеров, то в центре картины при дифракции света на диске наблюдается интерференционный минимум (пятно Пуассона). Исходя из чего, если на защитном стекле разместить круглое препятствие, как это показано на фиг.2, то в результате интерференции вторичных волн в точке наблюдения возникнет некоторое результирующее колебание, квадрат амплитуды которого (интенсивность) можно рассчитать при заданных значениях длины волны λ, амплитуды A падающей волны.
При дифракции света на круглом диске закрытыми оказываются зоны Френеля первых номеров от 1 до m. Тогда амплитуда колебаний в точке наблюдения будет определяется выражением (Мякишев Г.Я. Физика. Оптика.: учеб. для углубленного изучения физики / Г.Я.Мякишев, А.З.Синяков. - 3-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2005. - 462, стр.159):
,
где m - номер зоны Френеля;
m
A - амплитуда колебаний в m-й зоне.
Так как расстояния от двух соседних зон до точки наблюдения отличаются на λ/2, следовательно, возбуждаемые этими зонами колебания находится в противофазе. Поэтому волны от любых двух соседних зон почти гасят друг друга.
Таким образом, если подобрать радиус препятствия и расстояние до точки наблюдения таким образом, что бы результирующая амплитуда колебаний вторичных волн в точке наблюдения будет равна нулю:
В качестве препятствия можно рассматривать диск из непрозрачного для инфракрасного излучения материала, например пленки ASWF Sky, наклеенный на защитное стекло. При этом с обратной стороны, т.е. со стороны объектива видеокамеры, пленка ASWF обладает прозрачностью для светового излучения в видимом диапазоне, следовательно, наличие диска на стекле не приведет к понижению качества изображения, полученного видеокамерой.
Инфракрасный лазер, рассматриваемый в качестве потенциального источника преднамеренной помехи, обладает узкой диаграммой направленности, что позволяет считать соизмеримым площадь пятна засветки светового потока и размер диска из непрозрачного для инфракрасного излучения материала. Радиус диска, наклеенного на защитное стекло определяется выражением:
,
где λ - длина волны помехи в инфракрасном диапазоне;
L - расстояние от защитного стекла до объектива видеокамеры.
Таким образом, в результате интерференции вторичных волн достигается компенсация паразитной инфракрасной засветки. Применение разработанного устройства позволит обеспечить требуемый уровень освещенности объектива видеокамеры, а, следовательно, получать изображение охраняемого объекта.