CN1034385C - 微机控制矿用红外光纤工业电视 - Google Patents

Abstract

本发明的微机控制矿用红外光纤工业电视属计算机技术与光电子技术领域，它由井上部分(控制台、室)的微机监控系统、发射机、接收机、音像部件和电源及井下部分(作业现场)的红外或微光摄像机(中CCD摄像)及其光学镜头组、红外摄像光源和它们的微机调控系统、发射机、接收机、摄像光源的保护电路、音响部件和电源、井下部分的防爆本安型设置，井上和井下信息的双道光纤传输缆线组装而成，它集计算机、红外、CCD、光纤、防爆、电视等高技术于一体，代表着该领域当今世界的技术方向和水平。

Description

微机控制矿用红外光纤工业电视

本发明的微机控制矿用红外光纤工业电视属矿用光电子技术和计算机技术领域，具体涉及到计算机、红外、光纤、防爆、电视等技术内容。

工业电视目前普遍地发展起来，它是电视技术在工业生产与管理中的推广应用。电视技术在一些特殊部门或领域一如治安、防范、军事等部门或领域首先应用是其拓展应用范围的开始。我们见到了美国专利：us5111291名称为《AUTO FREEZE FRAME DISPLAY FORINTRUSION MONITORING SYSTEM(自动显示摄像的防范监视系统)》其公开日为1992年5月5日。该专利技术的内容是：用在治安防范方面的一个微机控制的电视系统。但是在矿山、井下建立工业电视系统，绝非易事。首先得解决夜视与微光环境下的难题，还得解决矿用防爆问题，最后是地面和井下如何连接、控制和传输信息。解决这些同题将会给煤矿的现代化，自动化和安全生产带来巨大的经济效益和社会效益，也将是煤炭生产技术的发展趋向。这种趋向正是当前各国竟相投入科技力量进行研究和解决的课题。

本发明的目的是较早地把微机控制矿用红外光纤工业电视提供给社会。它是应用微机控制技术和矿井下防爆、隔爆等安全技术，并采用红外和微光夜视技术、CCD固体摄像技术、光纤通讯技术等高新技术集于一体的综合技术产品，代表着该领域当今世界的技术水平和方向。

本发明的微机控制矿用红外光纤工业电视技术方案是：一种微机控制矿用红外光纤工业电视，包括控制台、室(井上)部分，作业现场(井下)部分和它们间传输信息的缆线及矿用防爆安全设置和供电源：设置在控制台、室的微机监控系统由微机(包括它内部设置和外部扩展的软硬件)及辅助电路组成，该微机监控系统通过键盘的功能键输入控制指令，应用它的软件程序和各功能硬件(包括各功能存储器)的联合操作，输出监控信息，监控作业现场部分启止和工作状况，监控信息通过设置在控制台、室和作业现场间的传输信息的缆线传输到作业现场的微机调控系统，该系统由微机(包括它内部设置和外部扩展的软硬件)及其辅助电路组成，它接收来自控制台、室微机监控系统的监控信息，应用自己的软件程序和各种功能硬件(包括各功能存储器)的联合操作，输出调控信息，分别调控并统筹调控摄像机与其光学境头组、摄像光源与它的电源及保护电路的启止及工作状况，传输信息的缆线还通过两个微机系统，与设置在控制台、室的音像部件一可以是显示器、扬声器、送话器，及设置在作业现场的音响部件一可以是扬声器、送话器，把摄像机摄制的信息传输到控制台、室的显示器上显示，并传输控制台、室和作业现场间相互的通讯信息，其技术特点有：a、所述的摄像机是红外或微光摄像机，红外摄像机的摄像头由红外CCD及其辅助电路组成，微光摄像机的摄像头由微光下工作的摄像管及其辅助电路组成；所述的摄像光源是红外光源，该光源是电致发光的红外光源，如是红外灯或红外发光二极管等红外发光元器件构成的。b、所述的控制台、室和作业现场间传输信息的缆线是光纤传输缆线，其中一条联接在控制台、室的发射机和作业现场的接收机之间，传输控制台、室到作业现场的信息，该条的发射机的另一端与控制台、室的微机监控系统的输出联接，该条的接收机的另一端与作业现场的微机调控系统的输入联接；另一条联接在作业现场的发射机和控制台、室的接收机之间，传输作业现场到控制台、室的信息，该条的发射机的另一端与作业现场微机调控系统的输出联接，该条的接收机的另一端与控制台、室的微机监控系统的输入联接。

如上所述的微机控制矿用红外光纤工业电视，详细的技术特点有：a、所述设置在控制台、室的微机监控系统和作业现场的微机调控系统，由它们内部设置和外部扩展的软硬件一全部编程软件、数据处理电路、运算电路(包括cpu)、时钟电路、编码电路、译码电路、复位电路、接口电路、存储电路、内存和外扩的存储器：RAM、ROM、并行、串行、数字、模拟等输入、输出端及辅助电路：抗干扰电路、滤波电路、选通电路、开关电路、门控电路等等，功能联接组成。它们可以是4位、8位、16位、32位微机，可以是单片微机，如8031，也可以是高位微机(如32位微机)，它们的组合方式可以是并列式(井上与井下微机并列)、主从式(井上微机为主控)，也可以是同一台微机(如32位高位微机)分别进行监控与调控，还可以是由控制台、室的主控微机群控若干套分布在不同巷道采掘作业面上的微机控制系统成网络化结构，在主从式或一台兼控或群控情况下的软件程序要相应扩大和改动，还可采用串行和并行方式工作；b、所述的红外摄像头是红外面阵CCD，它可以是i行×j列个单元的红外面阵CCD，如是市售的红外面阵CCD商品；c、所述的摄像机的光学镜头组包括有摄像机镜筒及其内安装的目镜、物镜、光圈、光栅和它们的调变机构组装而成，该调变机构由微机调控系统调变；d、所述的微机调控系统可以分别对摄像机及其光学镜头组与摄像光源进行调控，还可统筹调控摄像系统的整体动作。上述对摄像系统的分别调控与统筹调控包括调控摄像机的移动、转动，摄像头的全方位立体角的仰俯、转动，光学镜头组的聚焦、变焦及光圈、光栅的开合，摄像光源的开、止、光照强弱及移动等。这些调控操作是同步、协调、统筹下进行的或是分步又分别在统一调控操作下进行的；e、设置在每条光纤传输缆线两端的发射机和接收机组成一套对应的信息发射一接收机构，它们分别通过光纤接口与光纤连接，其中发射机的发射机构把传输信息经它的电一光信息转换电路转换后发射入光纤，接收机的接收机构用它的光一电信息转换电路把光纤传输信息转换后接收；f、所述的红外摄像光源可以是红外面阵光源，它的供电源可以带有保护电路，它们均可以是矿用防爆或隔爆或本质安全型的；

如上所述的微机控制矿用红外光纤工业电视，详细的技术特点还有：a、所述的控制台、室的微机监控系统和作业现场的微机调控系统各自的编程软件可用各种语言编程，如用汇编语言编程，程序分主程序和各子程序，它们分别为模块式结构，存储在内部设置的和外部扩展的存储器中，如以宏汇编子程序存储在存储器中，如存储在电可擦只读存储器中；b、所述的摄像机的摄像电路由面阵红外传感器或面阵微光传感器、视频振荡电路、波形发生电路、同步电路、水平与垂直驱动电路、面阵CCD、采样保持电路、信道混合电路、压控衰减电路、校正放大电路、同步加法电路、输出驱动电路、视频输出电路功能连接而成，其中面阵红外传感器或面阵微光传感器的点阵元素与面阵CCD的点阵元素一一对应；c、所述的摄像机系统的电子调变机构是由微机调控系统的软硬件及辅助电路联合操作，输出调控信号，并调控继电器组件、部件，进而驱动电机，带动传动齿轮，调变摄像机移动、转动、仰俯及其光学镜头组聚焦、变焦，并操纵电磁线圈调变光圈、光栅开合，以及摄像光源随摄像机同步或跟踪移动，如是齿轮传动光学镜头移动完成聚焦、变焦操作，再如电磁线圈用磁力驱动机械光圈开合等；d、所述的传输信息的发射机均由电信息输入电路、电一光信息转换电路、光信息输出电路、光纤接口电路顺次功能联接组成；所述的传输信息的接收机均由光纤接口电路、光信息输入电路、光一电信息转换电路、电信息输出电路顺次功能联接组成；e、所述的红外点阵摄像光源是由若干块行列状点阵红外光源组成的面阵光源；f、所述的摄像光源的电源保护电路有过载(过流)、超压、欠压等保护电路。

如上所述的微机控制矿用红外光纤工业电视，更详细的技术特点还有：a、所述的微机监控系统和微机调控系统的软件各子程序有采集、编码、存储、输出、接收、译码、控制、执行、复位等；b、所述的摄像机光学镜头组的调变机构是由微机调控系统输出数字信号控制电机、带动齿轮、传动光学镜头组变焦、聚焦的机构和电磁线圈驱动光圈、光栅开合的机构；c、所述的发射机的电一光信息转换电路由线性电致发光元器件为主构成，光信息输出电路由光调制器为主构成，其中线性电致发光元器件是随驱动的电流、电压线性变化的发光二极管，该发光二极管及其输出构成了光调制器；d、所述的接收机的光信息输入电路由光检测器为主构成，光一电信息转换电路由前置放大电路、主放大电路、均衡电路、滤波电路顺序联接构成，其中光检测器由线性变化的光电管为主构成，该光电管及其输出构成了光一电信息转换电路的前置级；e、所述的面阵摄像光源由两组八块行列状面阵红外光源构成，其中一组四块均为i行×j列的点阵红外光源，它们每相邻的二块以中间轴线成对称排布，还有一组四块均为m行×n列的点阵红外光源，它们每相邻的二块以中间轴线成对称排布，且它们均排布在四块i行×j列点阵光源邻接的外围；f、所述的红外点阵光源的每个元素可以是红外微珠灯泡、红外灯泡或红外发光二极管等。

上述微机控制矿用红外光纤工业电视的优点是：1、红外或微光摄像机适用于井下环境，且图象清晰真切。2、光导纤维作信息传输，安全可靠，适合矿井下使用，失真度小，传输距离远。3、供电源和摄像光源均有保护电路，增加了矿用安全性。4、该工业电视的井下部分是隔爆兼本质安全型的，符合矿用标准。5、该工业电视集微光或红外、光纤和微机控制等高技术为一体，是井下工业电视最先进的。

本发明的附图有8幅，它们是本发明的技术方案的一些非限定实施例的附图，通过对这些附图的说明，可以了解本发明的技术方案及一些实施例子的具体结构、联系、功能与工作情况，这对微机控制矿用红外光纤工业电视整个技术方案的了解会更加细致深入。在8幅图中使用了统一标号，即同一物件在各图中的标号一样。

图1为微机控制矿用红外光纤工业电视总方框图，其中虚线以上为井上部分，虚线以下为井下部分。它是微机控制矿用红外光纤工业电视的最小系统，图中井下部分的作业现场只有一个，适合于井下作业现场是单巷道或单采掘面的情形。它很容易扩展到井下作业面是整个矿区的情形。例如整个矿区有n个矿井，内共有m个巷道及共k个采掘作业面，则将图1的作业现场部分扩展至k个就行了。图1中：1为井上控制台、室的微机监控系统，2为信息传输总缆线，该缆线联接设置在井上控制台、室的微机监控系统和发射机3与接收机4(细虚线表示发射机3与接收机4组成一个信息发收系统)，发射机3与接收机4分别通过光纤信息传输缆线8与9和井下作业现场的接收机10和发射机11相联接，双向传输井上控制台、室和井下作业现场的各种信息(这些信息包括监控、调控、音像、通讯信息等)，12、13为设置在井下作业现场的微机调控系统，如其中12为微机部分，13为摄像系统的电子调变机构，它由继电器组件、部件、电动机、传动齿轮、电磁线圈等组成。通过13分别调控并统筹调控摄像机14及其它光学镜头组15、电源18、摄像光源17、保护电路16等启止与工作。由摄像机14摄制的音像信息通过井下微机系统12、井下发射机11、光纤9、井上接收机4与微机监控系统1到井上音像部件一喇叭6、显示器5作音像显示，7为井上送话器，20为井下送话器，19为井下喇叭，井上井下通讯环节由音响部件6、7、19、20，发射机3与11，接收机4与10及光纤8与9及微机系统1与12共同完成，21、22分别为井上与井下供电源。图中粗虚线分割表示井上与井下两部分。

图2为电源电路的方框图。图中：23—34则为图1中18电源部分结构的细分解。22为供电输入端，如220V，23变直流电路，25为自激振荡电路，26变压器高频输出，27为滤波电路，之后分别输出直流供电，如+12V、+10V、+5V。该开关电源供给井下需用开关电源的微机、发射机、接收机等，24为反馈电路，它接收电路26、27的反馈信号，调整电路25之输出，28为保护电路，如遇超压、过流等情况，从电路27输出端取样后对供电源进行调整保护，电路24—28构成井下供电源18之a部分，即开关电源部分。29—34构成井下供电源18之b部分的调控开关电源，其中，电路29功能同24，30功能同25，32功能同26，33功能同27，它输出直流+18V，供给摄像光源、摄像机及光学镜头组的调控等用电。34功能同28，电路31为控制开关元件，它接收来自图1中微机1、12(13)的控制信号，进一步调控该路供电源的启止与工作状况。

图3为图2之电源部分的实施例之一的电路原理示意图。该图示出一个井下供电源的实施例子。图中：35为电源输入端，如输入为110V，36为熔断器，37为桥式整流，38为滤波电容，39为三端稳压器，40、41、54为晶体管，它们为主构成自激振荡电路，43为变压器，作高频输出，一路输出+5V电源，其中56、57为直流输出二极管，62为三端稳压器，该输出端可输出+12V与+14V电源，44与45为直流输出二极管，它们与48调控器构成了脉冲反馈电路，48为集成电路块，如是CA3524E，该电路a、b两端分别对应联接变压器40的a、b两端，从此加入调制反馈信号。上述电路相当于图2之24—28开关电源电路。另一路调控开关电路是：通过晶体管50、51为主作自激振荡电路，产生高频信号，经变压器49及直流输出二管53、54及调控集成电路块55，还有一些电阻，构成另一组供电源，如输出为+18V，其中55也可以为CA3524E。其中F、G端分别接变压器52的一绕组F、G端，联接作脉冲反馈电路。集成块55之D端与地E端联接变压器43另一绕组(经过直流输出二极管46、47)之D、E端，构成取样调制电路。这一部分相当于图2之29—34控制开关电源电路部分。

图4为井上微机监控系统或井下微机调控系统的方框图。其中63为时钟电路，64是微机，如单片微机，如是8031，也可以是4位、8位、16位微机(如386、486、586的微机主板)，65为地址锁存电路，66为译码电路，67为存储电路，ROM存储量可以为4K、8K、16K等，68为读写控制电路，69为编码电路，70为串行输出，71为串行输入，72为数字信息输入口，73为串行接口，74为复位输入，方框图的连线表示出各电路之间的联接与关系。

图5为井上或井下接收机的光—电信息转换电路图。图中示出光纤传输的接收机结构方框图，75光纤输入端，76光纤接口电路，77光信息输入电路，78光一电信息转换电路，79、80电信息二级放大电路，81电信息输出端。

图6为摄像机的CCD摄像电路图。图中示出摄像机之摄像头与其摄像辅助电路的方框图。它是适合于红外CCD的。图中：82为红外面阵传感器，84视频振荡电路，83同步电路，85波形发生电路，86垂直驱动电路，87水平驱动电路，88红外面阵CCD，89采样保持及黑色补偿电路，90信道混合电路，91传输缆线，92压控衰减电路，93自动增益控制，94光圈控制电路，95校正放大电路，96同步电路，97输出驱动电路，98、99为视频两路输出。方框图间的连线表示出各电路间的连系关系，其中：84、83、85、86、87等电路构成摄像电路的视频信号部分，由电路82、88构成了景像(摄取的)信号部分，两者相合形成摄像信息，经过电路89、90的混合整理，再经过电路92—97的进一步整理，由98、99输出两路摄像信息，一路至井上显示，一路作现场摄像监视。

图7为红外面阵摄像光源图。图中：100—103一组共四块面阵光源，每块由i行×j列个点阵元素的红外光源构成，排放方法是每相邻两块间按它们的中间轴线成对称排放，104—107一组共四块面阵光源，每块由m行×n列个点阵元素的红外光源构成，排放方法如上述，它们排放在前四块面阵外围，这些面阵光源可以是红外灯泡、红外微珠灯泡或红外发光二极管等构成的。

图8为红外摄像光源的保护电路图。乃是实施例中的图2、图3之电源电路的保护电路之电路原理示意图，这对井下矿用防爆、隔爆的安全要求是必要的。图中：108为电源，可以是电池或蓄电池。由电位器120、三极管109、111、112、可控硅110、开关集成块113共同构成过流(过载)保护电路。由电位器116、可控硅117、三极管111与112、开关集成块113共同构成了超压保护电路。电位器116、可控硅119、三极管111与其112、开关集成块113共同构成了欠压保护电路。这个保护电路由118端与地端接入保护电路的取样端即可。

下面是本发明的非限定实施例。将结合实施例对附图作进一步的说明。

例一.微机控制矿用红外光纤工业电视

本例的微机控制矿用红外光纤工业电视，总体结构由图1给出。首先结合图1对该例的微机控制矿用红外光纤工业电视作总体叙述。

图1示出微机控制矿用红外光纤工业电视总方框图，其中虚线部分以上为井上部分，即控制台、室部分，以下部分为井下部分，即作业现场部分。它是微机控制矿用红外光纤工业电视的最小系统，图中井下部分的作业现场只有一个，适合于井下作业现场是单巷道或单采掘面的情形。它很容易扩展到井下作业面是整个矿区的情形。例如矿区有n个矿井，井下共m个巷道及共k个采掘作业面，则将图1的作业现场部分扩展至k个就行了。图1中：1为井上控制台、室的微机监控系统，2为信息传输总缆线，该缆线联接井上控制台、室的微机监控系统1和信息发射机3与接收机4(细虚线表示发射机3与接收机4组成一个信息发收系统)，它们分别通过光纤信息传输缆线8与9和井下作业现场的接收机10和发射机11相联接，双向传输井上控制台、室和井下作业现场的各种信息(这些信息包括监控、调控、音像、通讯等信息)，12、13为设置在井下作业现场的微机调控系统，其中12为微机部分，13为摄像系统的电子调变机构，它由继电器组件、部件、电动机、传动齿轮、电磁线圈等组成。通过该电子调变机构13分别调控并统筹调控摄像机14及其光学镜头组15、电源18、摄像光源17、保护电路16等启止与工作。由摄像机摄制的音像信息通过井下微机系统12、井下发射机11、光纤9、井上接收机4与微机系统1到井上音像部件一喇叭6、显示器5作音像显示，7为井上送话器，20为井下送话器，19为井下喇叭，井上和井下通讯经音响部件6、7、19、20，发射机3与11，接收机4与10及光纤8与9及微机1与12共同完成。21、22分别为井上与井下供电源。对于作业现场部分扩展为K个的情形，此时不仅井上控制台、室的微机监控系统将成为主控微机，群控设置在K个作业现场的微机调控系统，而且井上控制台、室还须设置K个显示器，分别对应显示K个井下作业现场的摄像情况。

下面详细叙述设置在井上控制台、室的微机监控系统。井上监控微机，它可以是单片机，如是8031或4位、8位、12位、16位、32位的微机，组成系统并带有辅助电路，如抗干扰电路、滤波电路、开关电路、门控电路等等，该微机系统包括内部设置的和外部扩展的各软硬件。该微机监控系统通过它的键盘的功能键输入控制指令，应用它的全部软件程序和各功能硬件(包括各功能存储器)的联合操作，输出调控摄像机及其光学镜头组、摄像光源的启止与工作状况信息至井上发射机，以及输出井上和输入井下的通讯信息，该井上监控微机的方框图如图4所示。图中：64为单片微机，如8031，也可以是4位、8位、16位、32位微机，它包括数据处理、运算等功能电路，与它连接的外围电路和辅助电路是：63为时钟电路，65为地址锁存电路，66是译码电路，67为存储电路，ROM存储量可以为4K、8K、16K等，68为读写控制电路，69为编码电路，70为串行输出，71为串行输入，72为数字信息输入口，73为串行接口，74为复位输入等等。

设置在井下作业现场的微机调控系统，它是摄像系统的微机调控系统，由微机(它包括内部设置的和外部扩展的各软硬件)及其辅助电路组成，该微机的调控系统从井下接收机输入调控信息，应用它的全部软件程序和各功能硬件(包括各功能存储器)的联合操作，输出数字信息，分别调控并统筹调控摄像机及其光学镜头组与摄像光源的启止和工作状况。该井下微机调控系统的微机可以是单片机8031，或是4位、8位、12位、16位微机和它内部设置的和外部扩展的各软硬件，这些包括：全部编程软件，数据处理电路、运算电路(包括CPU)、编码电路、译码电路、复位电路、接口电路、时钟电路、存储电路、内存或外扩的存储器：ROM、RAM、串行、并行与数字、模拟等信息的输入和输出端，以及辅助电路功能连接组成。辅助电路有：抗干扰电路、滤波电路、选通电路、开关电路、门控电路等。它的结构方框图也可如图4。

上述微机监控系统与微机调控系统的全部软件可用各种语言编程，如用汇编语言编程，程序分主程序和各子程序，它们分别为模块式结构，用宏汇编子程序存储在内部设置的或外部扩展的存储器中，如存储在电可擦只读存储器中。该微机监控系统和微机调控系统的软件各子程序可以是采集、编码、存储、输出、接收、译码、控制、执行、复位等，上述构成微机监控系统与微机调控系统的最小系统。

下面详细叙述设置在井下作业现场的摄像机系统：该摄像机系统由摄像机及其光镜头组、摄像光源与电源及保护电路以及摄像系统的微机与电子控制调变系统组成。由图1中示出的12、13即为井下摄像系统的微机调控系统(如前述的)，摄像系统还包括摄像机14及其光学镜头组15，摄像光源17和防爆、隔爆保护电源16。

其中：摄像机14是红外或微光摄像机，红外摄像机的摄像电路由摄像头的红外面阵CCD及其辅助电路组成，它们的结构方框图如图6所示。由同步电路83、视频振荡电路84、波形发生电路85产生视频信号，再经垂直驱动电路86、水平驱动电路87驱动，图像由红外传感器82与红外CCD88摄取，也经电路86、87驱动，通过红外面阵CCD88合成视频图像信号，经采样保持及黑色补偿电路89、信道混合电路90、传输缆线91，再经压控衰减电路92、手动增益93，光圈控制94、校正放大电路95、同步加法电路96、输出驱动电路97等一系列电路的混合、整理成为视频信息，由视频输出98、99两路输出：其中一路经光纤传到井上控制台、室的显示器上显示，另一路可接在井下作就地摄像监视。

摄像机的光学镜头组15由摄像镜筒及其内安装的目镜、物镜、光圈、光栅和它们的调变机构组装而成，该调变机构由微机调变系统调变。这个电子调变机构由微机调控系统调控，它输出调变信号，调控继电器组件、部件，驱动电机，传动齿轮调变摄像机光学镜头组聚焦、变焦并操纵电磁线圈调变光圈、光栅开合，该摄像机光学镜头组的调变机构采用数字信号，控制电机，带动齿轮，传动光学镜头组变焦、聚焦和电磁线圈驱动机械光圈、光栅开合。如是齿轮传动光学镜头组移动完成变焦、聚焦操作。再如电磁线圈用磁力驱动机械光圈、光栅开合等。

摄像光源是红外光源，该红外光源是电致发光的红外光源，如可以是红外点光源的红外灯泡、微珠灯泡、红外发光二极管等，也可以是红外点阵光源，如面阵光源，它可以由上述红外发光元器件组合构成，如由若干块行列(状点阵红外光源组成的面阵光源。该例示出一个红外面阵摄像光源，它的结构示意在图7中，该摄像机的红外光源由两组八块行列状面阵光源组成，具体结构框图如图7所示。其中一组四块每一块均为i行×j列点阵光源100—103，它们每相邻的二块以中间轴线成对称排布，还有一组四块每一块均为m行×n列的点阵红外光源104—107，它们每相邻的二块以中间轴线成对称排布，且它们均排布在四块i行×j列点阵光源100—103邻接的外围。其中i、j、m、n均为适量的自然整数，如是二位数字的整数。该摄像的红外点阵光源每个元素可以是红外微珠灯泡或红外发光二极管。上述摄像光源的供电源部分可以是防爆或隔爆或本质安全型的，并带有保护电路。这是在矿井下工作的设备或仪器必须具备的安全要求。这些保护电路主要是对电源电路的过载(过流)、超压、欠压等起保护作用。该保护电路示于图8中。图中电源是电池或蓄电池108。其中由电位器120、三极管109、111、112、可控硅110、开关集成块113共同构成过流(过载)保护电路，由电位器116、可控硅117、三极管111与112、开关集成块113共同构成了超压保护电路。由电位器116、可控硅119、三极管111与其112、开关集成块113共同构成了欠压保护电路。118与地端为该保护电路与被保护电路的接入端。故图8的保护电路具有过载(过流)、超压、欠压的保护功能。

摄像机系统的电子控制调变系统包括微机及其辅助电路的调控系统及调变机构。该控制调变系统如图1之12与13，它由微机(包括它内部设置的和外部扩展的软硬件)及其辅助电路组成。该微机调控系统从井下接收机输入调控信息，应用它的软件程序和各功能硬件(包括各功能存储器)的联合操作，输出数字信息，分别调控并统筹调控摄像机及其光学镜头组与摄像光源的启止和工作状况。所谓分别调控是分别对摄像机及其光学镜头组与摄像光源进行调控，统筹调控包括调控摄像系统的整体动作，如须调控摄像机移动、转动，摄像头的全方位立体角的仰俯、转动，调控光学镜头组的聚焦、变焦以及光圈、光栅的开合，控制摄像光源的开、止、光照强弱与移动等等。上述这些控制操作是同步、协调、统筹下进行的或是分步又分别在统一控制操作下进行的。图1之13是摄像机系统的调变机构，它由继电器组件、部件、电动机、传动齿轮、电磁线圈等机械和电子的元件、组件、部件组成。该机构靠井下微机调控系统输给调变信号，控制继电器组件、部件，驱动电机和传动齿轮调变摄像机与其光学镜头组变焦、聚焦并操纵电磁线圈调变光圈、光栅开合。其中摄像机的光学镜头组的调变机构是由微机输出数字信息，控制电机带动齿轮传动光学镜头组移动完成聚焦、变焦的机构和电磁线圈驱动机械的光圈、光栅开合的机构。

该工业电视的井上部分和井下部分的信息交换由图1中之光纤缆线8与9完成，由光导纤维制成的光信息传输缆线8与9，在矿井下使用完全为井下安全考虑。其中一条光纤8连接在井上发射机3的光纤接口与井下接收机10的光纤接口上，由井上向井下传输监控、调控、通讯(对讲)的模拟、数字与音响等信息，另一条光纤缆线9连接在井下发射机11的光纤接口与井上接收机4的光纤接口上，由井下向井上传输摄制的音像、监控、通讯等模拟、数字、音像等信息。看的出：井上发射机3与井下接收机10为一套对应的信息发射一接收机构，该机构的发射机3把井上对井下的传输信息经过电一光转换，便发送给井下接收机10，井下接收机10把井上对井下的传输信息经过光一电转换后接收。井下发射机11和井上的接收机4也为一套对应的信息发射一接收机构，该机构的发射机11把井下对井上的传输信息经电一光转换后发射，该机构的接收机4把井下对井上的传输信息经光一电转换而接收。井上的发射机3和井下的发射机11均由电信息输入电路、电一光信息转换电路、光信息输出电路、光纤接口电路顺次功能联接组成。其中光一电信息转换电路由线性电致发光元件为主构成，光信息输出电路由光调制器为主构成，线性发光的元器件是随驱动发光的电流、电压线性变化的发光二极管，该发光二极管及其输出构成了光调制器。井上接收机4和井下接收机10均由光纤接口、光信息输入电路、光一电信息转换电路、电信息输出电路顺次功能联接组成。这些电路示在图5中，图中：75为光输入端，76为光纤接口电路，77为光信息输入电路，78为光一电信息转换电路，79、80为电信息二级放大电路，81为电信息输出端。其中接收机的光信息输入电路77由光检测器为主构成，光一电信息转换电路78由前置放大电路、主放大电路、均衡电路、滤波电路顺次功能联接而成，其中光检测器由线性变化的光电管为主构成，该光电管及其输出完成了光一电信息转换。其中光检测器77是高灵敏度的光电二极管，如pin33二极管。

井上音像部件和井下音响部件：如图1中的5是井上工业电视的显示器，6是井上扬声器或喇叭，7是井上送话器，它们联接在微机系统1上。19是井下扬声器或喇叭，20是井下送话器，它们联接在微机12上，通过两条光纤信息传输缆线8与9，它们共同传送井下与井上的相互通讯信息。

值得指出的是本发明的是矿用工业电视，多用于矿井中，所以符合矿井下的防爆、隔爆等安全性要求是十分需要和重要的。没有防爆、隔爆等安全设置，它就不能在井下使用。因此该工业电视的防爆、隔爆等安全设置就显得十分重要了。为达到矿井下安全使用的标准和要求，该例的工业电视在供电源上加了防爆的安全设置。首先电源部分的井下部分供电源，如供127伏的电压。该工业电视的电源电路是18a和18b，其中18a是开关电源，18b为开关电源的可调控部分。图2示出它们的方框图，其中：22为输入端，供电压如为127伏特，23变直流电路，24为反馈电路，反馈脉冲，25为自激振荡电路，26为变压器高频输出，27是滤波电路，28为保护电路，它是24—27电路部分的保护电路，例如是超压、过流等的保护电路，它们构成了18a部分。另一路18b是调控的开关电源电路部分，其中30是自激振荡电路，29为脉冲反馈电路，31为控制开关元件，32为变压器高频输出，33为滤波电路，34为29—33电路部分的超压、过流等的保护电路。图2所示的是该例电源电路原理图，其具体结构示在图3中。图3中：如从35两端输入110V，36为熔断器，37构成桥式整流，38为滤波电容，39为三端稳压器，由41与42为主构成了自激振荡电路，43为一个变压器，作高频输出，其一路是输出+5V的电源电路：56、57为直流输出二极管，滤波电容器58、59及一些电阻构成了稳压电路和取样电路，从(地)与+5V端间输出+5V供电。另一路输出为+14V的电源电路是：60、61为直流输出二极管，62为三端稳压器，这一路可供+12V和+14V电压。44、45直流输出二极管，它们和调控器48构成了脉冲反馈电路，48是一块集成电路块，如CA3524E。该电路通过a、b两端和对应着的变压器40的a、b两端，加调制反馈信号。另一路调控的开关电路是：通过50、51两个三极管为主作自激振荡电路，产生高频开关信号，经过变压器49及53、54为直流输出二极管，它们与调控集成电路块55以及电阻、电容构成了另一组供电源。如输出+18V的电源。集成电路块如是CA3524E，其中F、G两端分别接变压器52的一组绕组两端F、G，它们对应联接作脉冲反馈电路，同样通过变压器43的一组绕组联接直流输出二极管46、47，这组的D、E两端也分别对应联接到集成电路块55的D、E两端，作取样调制电路。

该工业电视的井下部分还必须是防爆、隔爆兼本质安全型的，才适合于井下使用，故其体壳、内部电路等均须符合矿井下防爆、隔爆、本质安全的有关标准要求。

下面简述该例的工业电视的工作过程：

假定该工业电视已安装调试完毕待运行。首先给井上和井下部分供电，该工业电视各部分1—120均按各部分所需电压、电流供电，打开电源开关后，处于待工作状态。首先井上微机监控系统通过键盘有关功能键向微机监控系统输入监控指令，该监控系统通过它的软硬件及其辅助电路63—74联合操作，把对井下摄像机系统(摄像机及其光学镜头组与摄像光源)的调控指令与通讯(对讲)信息经过传输缆线2，通过井上发射机3向井下发射，这些信息经过发射机3的电信号输入、电一光信息转换电路、光信息输出电路及光纤接口，由一条光导纤维8向井下接收机10传输信息。经过光纤8传输，在井下接收机10的光纤接口，进行光信息输入，经过光检测器、光一电信息转换电路、电信息放大电路、电信息输出75—81，将井上信息输给井下微机调控系统(图1之12与13)，经过该微机系统的软硬件及辅助电路联合操作，把调控和调变摄像机、摄像CCD及其辅助电路82—99启止和工作的信息，如摄像机移动、转动、仰俯等以及光学镜头组聚焦与变焦、光圈与光栅开合、摄像光源的启止、移动等工作的数字信号，变为调变控制信号，控制继电器组件、部件，进而驱动电机，带动、传动齿轮等，使光学镜头组聚焦、变焦和电磁线圈控制光圈与光栅开合，以及摄像光源随摄像机的同步或跟随移动。当这些调控好时，摄像机便开始摄像，摄取的音像由摄像机的98或99输出(一路用来井下监视音像效果)，一路经微机系统12送至井下发射机11，通过发射机11的各电路：电一光信息转换电路、光信息输出电路、经光纤接口从该路光导纤维缆线9传输到井上接收机4上，该接收机4经光纤接口、光信息输入电路、光一电信息转换电路、电信息放大电路、电信息输出端(如图5之75—81)，在井上作音像显示(显示器5和喇叭6)。通过井上监控系统之微机的监控，在中途可以加入指令调控井下摄像机系统综合、全面、协调地工作。届时井上与井下对话可通过井上送话器7与井下送话器20和井上井下的喇叭6和19，相互通讯和指挥。假定电源有高压、欠压或过载(过流)现象时，开关电源电路的保护电路及摄像光源的保护电路108—120始终监视工作。如遇超压时通过116取出信号控制可控硅117、开关三极管111与112及开关集成块113动作，达到安全保护。如是欠压情况时通过116取出信号，控制可控硅119、三极管111与112及开关集成块113动作，达到安全保护之目的。如出现过载(过流)情况时，通过电位器120、三极管109、可控硅110、三极管111与112、开关集成块113动作，达到安全保护目的。等到该工业电视摄像完成时，关断各电路工作电源，再关掉井上与井下各电源电路，该工业电视工作过程完毕。

例二.微机控制矿用红外光纤工业电视.

该例的微机控制矿用红外光纤工业电视与例一不同的是：1、该例的摄像机的摄像头在微光下工作，摄像头使用微光下工作的摄像管被动地依靠所摄物体的本底红外光进行摄像。2、该例的摄像红外光源在被动的红外摄像头情况下设置而不用。如在主动的红外摄像头情况下设置而用。3、井上监控的微机和井下调控的微机可以采用并行和串行方式工作。4、井上监控微机和井下调控微机可以是并列式、主从式(井上微机为主控)，还可以是高位微机(如16位、32位)，一台顶两台兼控。主从式或一台兼控情况下，其软件程序应相应改动即可。其余未述的全同于例一中所述的。

例三.微机控制矿用红外光纤工业电视。

该例的微机控制矿用红外光纤工业电视与例一、例二不同的是：1、该例的井下摄像系统与它的微机调控调变系统有若干套，分别分布在不同的巷道与采掘作业面上，这些井下微机控制摄像系统由井上中央控制室(或台)的主控微机群控成网络化结构。当然，主从各微机的软件程序也应相应扩大和改变，2、同时须由若干个显示器显示井下各巷道采掘作业面的所摄音像情况，这些显示器与井下的微机调控摄像系统数量一一对应。其余未述的全同于例一、例二中所述的。

Claims (4)

1.一种微机控制矿用红外光纤工业电视，包括控制台、室(井上)部分，作业现场(井下)部分和它们间传输信息的缆线及矿用防爆安全设置和供电源：设置在控制台、室的微机监控系统由微机(包括它内部设置和外部扩展的软硬件)及辅助电路组成，该微机监控系统通过键盘的功能键输入控制指令，应用它的软件程序和各功能硬件(包括各功能存储器)的联合操作，输出监控信息，监控作业现场部分启止和工作状况，监控信息通过设置在控制台、室和作业现场间的传输信息的缆线传输到作业现场的微机调控系统，该系统由微机(包括它内部设置和外部扩展的软硬件)及其辅助电路组成，它接收来自控制台、室微机监控系统的监控信息，应用自己的软件程序和各种功能硬件(包括各功能存储器)的联合操作，输出调控信息，分别调控并统筹调控摄像机与其光学镜头组、摄像光源与它的电源及保护电路的启止及工作状况，传输信息的缆线还通过两个微机系统与设置在控制台、室的音像部件及设置在作业现场的音响部件把摄像机摄制的信息传输到控制台、室的显示器上显示，并传输控制台、室和作业现场间相互的通讯信息，特征在于：

a、所述的摄像机是红外或微光摄像机，红外摄像机的摄像头由红外CCD及其辅助电路组成，微光摄像机的摄像头由微光下工作的摄像管及其辅助电路组成；所述的摄像光源是电致发光的红外光源；

b、所述的控制台、室和作业现场间传输信息的缆线是光纤传输缆线，其中一条联接在控制台、室的发射机和作业现场的接收机之间，传输控制台、室到作业现场的信息，该条的发射机的另一端与控制台、室微机监控系统的输出联接，该条的接收机的另一端与作业现场的微机调控系统的输入联接；另一条联接在作业现场的发射机和控制台、室的接收机之间，传输作业现场到控制台、室的信息，该条的发射机的另一端与作业现场的微机调控系统的输出联接，该条的接收机的另一端与控制台、室的微机监控系统的输入联接。

2.如权利要求1所述的微机控制矿用红外光纤工业电视，特征在于：

a、所述设置在控制台、室的微机监控系统和作业现场的微机调控系统，它们可以是并列式、主从式，也可以是同一台微机分别进行监控和调控，还可以是由控制台、室的主控微机群控若干套分布在不同巷道采掘作业面上的微机调控系统成网络化结构；

b、所述的红外摄像头是红外面阵CCD；

c、所述的摄像机的光学镜头组包括有摄像机镜筒及其内安装的目镜、物镜、光圈、光栅和它们的调变机构组装而成，该调变机构由微机调控系统调变；

d、所述的微机调控系统可以分别对摄像机及其光学镜头组与摄像光源进行调控，还可统筹调控摄像系统的整体动作，上述对摄像系统的分别调控并统筹调控包括调控摄像机的移动、转动，摄像头的全方位立体角的仰俯、转动，光学镜头组的聚焦、变焦及光圈、光栅的开合，摄像光源的开、止、光照强弱及移动，这些调控操作是同步、协调、统筹下进行的或是分步又分别在统一调控操作下进行的；

e、设置在每条光纤传输缆线两端的发射机和接收机组成一套对应的信息发射一接收机构，它们分别通过光纤接口与光纤连接，其中发射机上的发射机构把传输信息经其电一光信息转换电路后发射入光纤，接收机的接收机构用其光一电信息转换电路把光纤传输信息转换后接收；

f、所述的红外摄像光源可以是红外面阵光源，它们的供电源可以带有保护电路，它们均可以是矿用防爆或隔爆或本质安全型的。

3.如权利要求2所述的微机控制矿用红外光纤工业电视，特征在于：

a、所述的控制台、室的微机监控系统和作业现场的微机调控系统各自的编程软件的程序分主程序和各子程序，它们为模块式结构，存储在内部设置的和外部扩展的存储器中；

b、所述的摄像机的摄像电路由面阵红外传感器或面阵微光传感器、视频振荡电路、波形发生电路、同步电路、水平与垂直驱动电路、面阵CCD、采样保持电路、信道混合电路、压控衰减电路、校正放大电路、同步加法电路、输出驱动电路、视频输出电路功能联接而成；

c、所述的摄像机系统的电子调变机构是由微机调控系统的软硬件及辅助电路联合操作，输出调控信号，并调控继电器组件、部件，进而驱动电机，带动传动齿轮调变摄像机移动、转动、仰俯及其光学镜头组聚焦、变焦，并操纵电磁线圈调变光圈、光栅开合，以及摄像光源随摄像机同步或跟踪移动；

d、所述的传输信息的发射机均由电信息输入电路、电一光信息转换电路、光信息输出电路、光纤接口电路顺次功能联接组成；所述的传输信息的接收机均由光纤接口电路、光信息输入电路、光一电信息转换电路、电信息输出电路顺次功能联接组成；

e、所述的红外点阵摄像光源是由若干块行列状点阵红外光源组成的面阵光源；

f、所述的摄像光源的电源保护电路有过载(过流)、超压、欠压保护电路。

4.如权利要求3所述的微机控制矿用红外光纤工业电视，特征在于

a、所述的微机监控系统和微机调控系统的软件各子程序有采集、编码、存储、输出、接收、译码、控制、执行、复位；

b、所述的摄像机光学镜头组的调变机构是由微机调控系统输出数字信号，控制电机、带动齿轮、传动光学镜头组变焦、聚焦的机构和电磁线圈驱动光圈、光栅开合的机构；

c、所述的发射机的电一光信息转换电路由线性电致发光元器件为主构成，光信息输出电路由光调制器为主构成，其中线性电致发光元器件是随驱动的电流、电压线性变化的发光二极管，该发光二极管及其输出构成了光调制器；

d、所述的接收机的光信息输入电路由光检测器为主构成，光一电信息转换电路由前置放大电路、主放大电路、均衡电路、滤波电路顺序联接构成，其中光检测器由线性变化的光电管为主构成，该光电管及其输出构成了光一电信息转换电路的前置级；

e、所述的面阵摄像光源由两组八块行列状面阵红外光源构成，其中一组共四块均为i行×j列的点阵红外光源，它们每相邻的二块以中间轴线成对称排布，还有一组共四块均为m行×n列的点阵红外光源，它们每相邻的二块以中间轴线成对称排布，且它们均排布在四块i行×j列点阵光源邻接的外围；

f、所述的红外点阵光源的每个元素可以是红外微珠灯泡、红外灯泡或红外发光二极管。

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