CN102333186B

CN102333186B - 耐高低温的摄像监视装置

Info

Publication number: CN102333186B
Application number: CN 201110225019
Authority: CN
Inventors: 黄永华; 王珊珊; 吴静怡; 许煜雄
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2011-08-08
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2031-08-08
Also published as: CN102333186A

Abstract

一种耐高低温的摄像监视装置，包括：外筒、波纹管内筒、外视镜法兰、内视镜法兰、固定端盖焊接法兰、第一真空双层玻璃视镜、电加热丝、LED照明灯、摄像头、进气管、回气管、抽真空管、环形散流圈、气密性航空接插件、第一KF接头、第二KF接头、第三KF接头、绝热支撑，第一无氧铜密封圈、第二无氧铜密封圈、第三无氧铜密封圈、螺栓和第二真空双层玻璃视镜，外筒与内筒之间采用真空多层绝热的保温措施，当外部环境工况为高温工况时采用氮气冷却，当外部环境工况为低温工况时采用主动加热补偿，实现在高低温环境下摄像监视及照明设备正常工作。

Description

耐高低温的摄像监视装置

技术领域

本发明涉及摄像监视装置，特别是一种耐高、低温的摄像监视装置，具体的是一种可以在-196℃（液氮温度）至+100℃环境下工作的耐高、低温摄像监视装置。

背景技术

大型航空航天实验的空间环境模拟系统、商业化高低温箱、以及高低温交变实验室所进行的科学研究常需要可视化监控装置，以便及时观测目标空间内各个工作设备和被测对象的运行状况。较之观察窗方案，这种监控装置位于系统内部，不仅有利于观察隐蔽区域（观察窗的死角）的目标，大大扩展观察窗的视野；而且可基本消除因观察窗开孔而引起的漏热问题和气密性问题，从而对内部系统造成尽量小的影响。对于液氮温度到+100℃如此恶劣的条件下，利用观察窗实现可视化的同时也就意味着较严重的漏热（辐射漏热）。而耐高低温摄像监视装置则不仅可避免此问题，而且可有效地提高试验系统的安全性，对内部情况进行实时实地的连续跟踪。当前市场上可获取的摄像监控类装置大多在常温环境（-20℃～+50℃）工作；个别特殊应用如高温内窥式火焰自动监视系统，能适用炉温小于2200℃的各类高温锅炉。而能够耐液氮温度的低温摄像装置未见文献和专利报道。而且，在上述空间环境模拟等应用场合，摄像监视系统不仅仅单纯的耐高温或是耐低温，而是处于高低温交变的环境中，因此该系统必须既能满足高温工况下的隔热要求，又能满足低温工况下的绝热保温要求。本发明的形成源自科研过程中对高低温（-196℃～+100℃）实验室内部设备的观测监控的需要，但其应用不限于此。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种耐高低温的摄像监视装置，基于真空多层绝热、热桥阻断等绝热保温技术，保证摄像组件（含LED照明灯）能在目标温区正常工作。

本发明的技术解决方案如下：

一种耐高低温的摄像监视装置，特点在于其构成包括外筒、波纹管内筒、外视镜法兰、内视镜法兰、固定端盖焊接法兰、第一真空双层玻璃视镜、电加热丝、LED照明灯、摄像头、进气管、回气管、抽真空管、环形散流圈、气密性航空接插件、第一KF接头、第二KF接头、第三KF接头、绝热支撑，第一无氧铜密封圈、第二无氧铜密封圈、第三无氧铜密封圈、螺栓，第二真空双层玻璃视镜，其连接关系如下：

所述的固定端盖焊接法兰的外法兰片内侧具有中心对称的圆形凹槽，在该圆形凹槽内轴对称地密封地焊接着所述的波纹管内筒，在该圆形凹槽内密封地设有与所述的波纹管内筒相通的所述的进气管和回气管，所述的进气管的外端接所述第一KF接头，该进气管内端深入所述的波纹管内筒，所述的回气管的外端接所述第二KF接头，该回气管上还接有所述的气密性航空接插件，在所述的波纹管内筒内还设有所述的摄像头、电加热丝和LED照明灯，所述的摄像头、电加热丝和LED照明灯的引线均经所述的回气管并通过所述的气密性航空接插件从该回气管末端引出，用于和外部功率输入设备及数据采集设备连接，所述的波纹管内筒的另一端密封地焊接在所述的内试镜法兰的内法兰片的通孔内；

所述的内试镜法兰的外法兰片亦具有与所述的内试镜法兰的内法兰片的通孔等直径的通孔，该通孔内密封地安装着所述的第二真空双层玻璃视镜，所述的内试镜法兰的外法兰片和内法兰片之间加入第二无氧铜密封圈后通过螺栓密封地连接在一起；

所述的固定端盖焊接法兰的外法兰片上在所述的波纹管内筒之外还设有所述的抽真空管，该抽真空管的外端接所述的第三KF接头，用于连接抽真空装置，对内外筒之间抽真空；

所述的固定端盖焊接法兰的内法兰片上密封地连接所述的外筒，该外筒的另一端密封地连接所述的外视镜法兰的内法兰片，所述的内试镜法兰通过所述的绝热支撑固定在所述的外筒内，使所述的内试镜法兰不能沿轴向移动；

所述的外视镜法兰的外法兰片密封地固定所述的第一真空双层玻璃视镜，所述的外视镜法兰的外法兰片和所述的内法兰片之间加入第一无氧铜密封圈后通过螺栓连接在一起；

所述的固定端盖焊接法兰的内法兰片与所述的固定端盖焊接法兰的外法兰片之间加入所述的第三无氧铜密封圈后通过螺栓连接在一起。

所述的绝热支撑采用井字形结构的玻璃钢，以点接触或线接触减少漏热。

所述的进气管在波纹管内筒的结构为环形散气圈，该环形散气圈的侧面开设多个出气孔，用于对所述摄像头进行均匀冷却。

在所述的外筒和波纹管内筒之间形成高真空环境，真空度保持10^-4Pa以上，其间布置多层绝热材料，形成高真空多层绝热结构。

所述的摄像头、LED照明灯和电加热丝紧凑地构成一体，悬空地布置在所述的波纹管内筒内部。

所述的第一真空双层玻璃视镜和第二真空双层玻璃视镜是平行的，第一真空双层玻璃视镜的曲径比所述的第二真空双层玻璃视镜的曲径大，可形成135°以上的观察视角。

所述的摄像头是电脑常用微型摄像头，集成低散热主动LED光源。

内筒采用波纹管结构，不仅其壁厚极小，通常为0.15mm左右，而且有效增长了传热路径，由此大大减少固定端面至摄像头位置对应的内筒壁面的漏热。

摄像器件悬空置于圆柱形波纹管内筒内，感光器件面向第二真空双层玻璃视镜，用于对待测区域成像。当外部环境为低温工况时，波纹管内筒内部通过摄像设备自身产热及可调节的电加热进行热量补偿；当外部为高温工况时，通过气体输送管道从外界连续输入室温下干燥氮气来冷却摄像核心器件，回气通过薄壁不锈钢回气管道流回外界室温端。通过热交换使波纹管内筒内部感光器件位置的实际温度控制在-20℃到+45℃范围内，保证摄像装置正常工作。为了便于安装与拆卸，内筒试镜法兰、外试镜法兰均采用螺栓预紧连接方式，通过无氧铜密封圈实现密封，保证漏率小于10^-10Pa·m³/s。

所述的直管外筒包括：大口径不锈钢直管、外试镜法兰、无氧铜密封圈、真空双层石英玻璃和螺栓。

所述的波纹管内筒包括：带法兰薄壁真空波纹管、内试镜法兰、无氧铜密封圈、真空双层石英玻璃和螺栓。

所述的摄像头、LED照明灯和电加热丝紧凑布置成一体结构，悬空布置于波纹管内筒内部。

第一KF接头和第二KF接头分别用于抽真空。

与现有技术相比，本发明的有益效果是实现液氮温度至+100℃高低温环境下摄像监视装置的正常工作，具有结构简单，制作简单、成本低，便于拆装检查，安全可靠的特点。

附图说明

图1为本发明耐高低温的摄像监视装置的结构示意图。

图2为进气管在波纹管内筒内的环形散气圈结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

请先参阅图1，图1为本发明耐高低温的摄像监视装置的结构示意图。由图可知，一种耐高低温的摄像监视装置，其构成包括外筒1、波纹管内筒2、多层材料3、外视镜法兰4、内视镜法兰5、固定端盖焊接法兰6、第一真空双层玻璃视镜7、电加热丝8、LED照明灯9、摄像头10、进气管11、回气管12、抽真空管13、环形散流圈14、气密性航空接插件15、第一KF接头16、第二KF接头17、第三KF接头18、绝热支撑19，第一无氧铜密封圈20、第二无氧铜密封圈21、第三无氧铜密封圈22、螺栓23，第二真空双层玻璃视镜24，其连接关系如下：

所述的固定端盖焊接法兰6的外法兰片内侧具有中心对称的圆形凹槽，在该圆形凹槽内轴对称地密封地焊接着所述的波纹管内筒2，在该圆形凹槽内密封地设有与所述的波纹管内筒2相通的所述的进气管11和回气管12，所述的进气管11的外端接所述第一KF接头16，该进气管11内端深入所述的波纹管内筒2，所述的回气管12的外端接所述第二KF接头17，该回气管12上还接有所述的气密性航空接插件15，在所述的波纹管内筒2内还设有所述的摄像头10、电加热丝8和LED照明灯9，所述的摄像头10、电加热丝8和LED照明灯9的引线均经所述的回气管12并通过所述的气密性航空接插件15从该回气管12末端引出，用于和外部功率输入设备及数据采集设备连接，所述的波纹管内筒2的另一端密封地焊接在所述的内试镜法兰5的内法兰片的通孔内；

所述的内试镜法兰5的外法兰片亦具有与所述的内试镜法兰5的内法兰片的通孔等直径的通孔，该通孔内密封地安装着所述的第二真空双层玻璃视镜24，所述的内试镜法兰5的外法兰片和内法兰片之间加入第二无氧铜密封圈21后通过螺栓25密封地连接在一起；

所述的固定端盖焊接法兰6的外法兰片上在所述的波纹管内筒2之外还设有所述的抽真空管13，该抽真空管13的外端接所述的第三KF接头18，用于连接抽真空装置，对内外筒之间抽真空；

所述的固定端盖焊接法兰6的内法兰片上密封地连接所述的外筒1，该外筒1的另一端密封地连接所述的外视镜法兰4的内法兰片，所述的内试镜法兰5通过所述的绝热支撑19固定在所述的外筒1内，使所述的内试镜法兰5不能沿轴向移动；

所述的外视镜法兰4的外法兰片密封地固定所述的第一真空双层玻璃视镜7，所述的外视镜法兰4的外法兰片和所述的内法兰片之间加入第一无氧铜密封圈20后通过螺栓连接在一起；

所述的固定端盖焊接法兰6的内法兰片与所述的固定端盖焊接法兰6的外法兰片之间加入所述的第三无氧铜密封圈22后通过螺栓连接在一起。

在所述的波纹管内筒2和所述的外筒1之间设有多层绝热材料3。所述的摄像头10、LED照明灯9和电加热丝8紧凑地构成一体，悬空地布置在所述的波纹管内筒2内部。所述的第一真空双层玻璃视镜7和第二真空双层玻璃视镜24是平行的，第一真空双层玻璃视镜7的曲径比所述的第二真空双层玻璃视镜24的曲径大，可形成135°以上的观察视角。所述的摄像头是电脑常用微型摄像头，集成低散热主动LED光源。

回气管12在外部环境为低温工况时作为抽真空通道，此时进气管11的第一KF接头16采用蒙板密闭；在外部环境为高温工况时，进气管11串联微型气泵及空气散热器，向内输送干燥氮气，通过回气管12流回室温端，形成氮气通路；进气管11在波纹管内筒2腔内为环形散气圈14（如图2所示），其侧面开设有多个出气孔，形成均匀冷却气流，用于对所述摄像头进行均匀冷却。

所述的绝热支撑19采用井字形结构的玻璃钢，其点接触或线接触方式可有效减少支撑两端内外筒之间的漏热。并通过井字形结构固定内视镜法兰5，使法兰不能轴向移动。

本发明耐高低温的摄像监视装置的工作方式是，首先开启真空泵，开启连接该真空泵和绝热装置内外筒之间夹层的高真空阀门，将内外筒夹层抽真空，至10^-4Pa以上真空度，关闭阀门，由此与其内部的多层材料共同作用形成真空多层超级绝热结构。本装置的工作方式根据外部环境温度的不同存在两种模式。当外部为低温工况（液氮温区）时，保温结构内部器件向外部冷环境散热，虽有真空多层绝热结构，但随着时间的延长，最终其内部温度仍然缓慢降低（主要由波纹管内筒壁导热及辐射漏热引起）。此时除了LED照明灯9及摄像头10本身产生的焦耳热，还可能通摄像头外部附着的电加热丝8进行热量补偿。电加热功率根据热电偶温度计反馈温度信号调节。同时，通过薄壁不锈钢回气管12将将波纹管内筒内部气体抽除，实现10^-4Pa以上真空环境，减少内部气体对流换热和导热，进一步提高对摄像头的保温作用。当外部环境为高温工况时，环境热量透过真空多层绝热层进入内筒内部（仍主要由波纹管内筒壁导热及辐射漏热引起）。在保温结构的作用下，漏热量极小，但随着时间的积累，最终内部器件温度会逐渐升高。此时通过进气管12向波纹管内筒2内部腔体输入干燥室温氮气，对器件进行冷却，气体通过回气管11回流。氮气回路中串联一微型气体泵及空气散热器，形成氮气循环回路。

Claims

1.一种耐高低温的摄像监视装置，特征在于其构成包括外筒（1）、波纹管内筒（2）、外视镜法兰（4）、内视镜法兰（5）、固定端盖焊接法兰（6）、第一真空双层玻璃视镜（7）、电加热丝（8）、LED照明灯（9）、摄像头（10）、进气管（11）、回气管（12）、抽真空管（13）、环形散流圈（14）、气密性航空接插件（15）、第一KF接头（16）、第二K F接头（17）、第三KF接头（18）、绝热支撑（19），第一无氧铜密封圈（20）、第二无氧铜密封圈（21）、第三无氧铜密封圈（22）、螺栓（23），第二真空双层玻璃视镜（24），其连接关系如下：

所述的固定端盖焊接法兰（6）的外法兰片内侧具有中心对称的圆形凹槽，在该圆形凹槽内轴对称地密封地焊接着所述的波纹管内筒（2），在该圆形凹槽内密封地设有与所述的波纹管内筒（2）相通的所述的进气管（11）和回气管（12），所述的进气管（11）的外端接所述第一KF接头（16），该进气管（11）内端深入所述的波纹管内筒（2），所述的回气管（12）的外端接所述第KF接头（17），该回气管（12）上还接有所述的气密性航空接插件（15），在所述的波纹管内筒（2）内还设有所述的摄像头（10）、电加热丝（8）和LED照明灯（9），所述的摄像头（10）、电加热丝（8）和LED照明灯（9）的引线均经所述的回气管（12）并通过所述的气密性航空接插件（15）从该回气管（12）末端引出，用于和外部功率输入设备及数据采集设备连接，所述的波纹管内筒（2）的另一端密封地焊接在所述的内试镜法兰（5）的内法兰片的通孔内；

所述的内试镜法兰（5）的外法兰片亦具有与所述的内试镜法兰（5）的内法兰片的通孔等直径的通孔，该通孔内密封地安装着所述的第二真空双层玻璃视镜（24），所述的内试镜法兰（5）的外法兰片和内法兰片之间加入第二无氧铜密封圈(21)后通过螺栓（25）密封地连接在一起；

所述的固定端盖焊接法兰（6）的外法兰片上在所述的波纹管内筒（2）之外还设有所述的抽真空管（13），该抽真空管（13）的外端接所述的第三KF接头（18），用于连接抽真空装置，对内外筒之间抽真空；

所述的固定端盖焊接法兰（6）的内法兰片上密封地连接所述的外筒（1），该外筒（1）的另一端密封地连接所述的外视镜法兰（4）的内法兰片，所述的内试镜法兰（5）通过所述的绝热支撑（19）固定在所述的外筒（1）内，使所述的内试镜法兰（5）不能沿轴向移动；

所述的外视镜法兰（4）的外法兰片密封地固定所述的第一真空双层玻璃视镜（7），所述的外视镜法兰（4）的外法兰片和所述的内法兰片之间加入第一无氧铜密封圈（20）后通过螺栓（23）连接在一起；

所述的固定端盖焊接法兰（6）的内法兰片与所述的固定端盖焊接法兰（6）的外法兰片之间加入所述的第三无氧铜密封圈（22）后通过螺栓连接在一起。

2.根据权利要求1所述的耐高低温的摄像监视装置，其特征在于所述的绝热支撑（19）采用井字形的玻璃钢结构，具有点接触或线接触。

3.根据权利要求1所述的耐高低温的摄像监视装置，其特征在于所述的进气管（11）在波纹管内筒（2）的结构为环形散气圈（14），该环形散气圈（14）的侧面开设多个出气孔，用于对所述摄像头进行均匀冷却。

4.根据权利要求1所述的耐高低温的摄像监视装置，其特征在于在所述的波纹管内筒（2）和所述的外筒（1）之间设有多层绝热材料（3）。

5.根据权利要求1所述的耐高低温的摄像监视装置，其特征在于所述的摄像头（10）、LED照明灯（9）和电加热丝（8）紧凑地构成一体，悬空地布置在所述的波纹管内筒（2）内部。

6.根据权利要求1所述的耐高低温的摄像监视装置，其特征在于所述的第一真空双层玻璃视镜（7）和第二真空双层玻璃视镜（24）是平行的，第一真空双层玻璃视镜（7）的曲径比所述的第二真空双层玻璃视镜（24）的曲径大，可形成135°以上的观察视角。

7.根据权利要求1所述的耐高低温的摄像监视装置，其特征在于所述的摄像头是电脑常用微型摄像头，集成低散热主动LED光源。