CN104614923A - 一种耐高低温的摄像热控装置 - Google Patents

一种耐高低温的摄像热控装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐高低温的摄像热控装置，包括玻璃罩组件、第一法兰、第二法兰、联通管、摄像器件；玻璃罩组件包括内层玻璃罩和外层玻璃罩，内层玻璃罩位于外层玻璃罩的内部并具有从外层玻璃罩的内部向外伸出的延伸部；摄像器件设置在内层玻璃罩的内部；联通管的一端与外部环境连通，联通管的另一端延伸至内层玻璃罩的内部；联通管内部设置有进气管，进气管用于向内层玻璃罩的内部输送常温干燥气体，以维持内层玻璃罩的内部的温度恒定；第一法兰内密封地安装着内层玻璃罩的伸出部；第二法兰内密封地安装着联通管；第一法兰与第二法兰密封地连接在一起。本发明的摄像热控装置能够实现-150℃至+170℃下摄像器件正常工作。

Description

一种耐高低温的摄像热控装置
技术领域
本发明涉及摄像热控装置，尤其涉及一种在-150℃至+170℃环境下工作的耐高、低温的摄像热控装置。
背景技术
随着数字近景摄像测量原理技术的不断发展，且由于其无接触、高精度、测量便捷等优点，数字近景摄像测量原理技术在航空航天中得到广泛应用。数字近景的摄影测量原理是采用CCD相机对被控物体进行拍照摄像，信号通过数据线返回的监控室进行处理。
随着数码相机技术的飞速发展，将摄像技术应用与航天工程已然成为一个发展趋势，能够实现实时观测目标空间内部工作设备或被测运动装置的运行状况。然而，由于空间环境的复杂性，直接将摄像机裸露于太空，则摄像装置将经受太空严酷的空间环境的考验，其包括强烈的太阳辐射将导致摄像装置表面温度过高或者不均匀。考虑到一般的摄像装置无法胜任在高温或低温或高低温交变的恶劣环境下正常工作，尤其是摄像机的CCD或CMOS成像感光元件无法在-40℃或者55℃以上工作，必须解决在高低温环境下保证摄像装置正常工作的热控系统。
目前设计的摄像测量系统有多种，大多数能在常温范围(-20℃～+50℃)工作，还有用于观测真空低温(不高于100K)环境下的热控系统，或者能够满足锅炉的高温工作条件(2200℃)的热控系统。耐高低温条件的摄像热控系统也有进行研究，但其结构较为复杂，安装不便。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是结构简单、安装方便的耐高低温摄像热控装置。
为实现上述目的，本发明提供了一种摄像热控装置，包括玻璃罩组件、第一法兰、第二法兰、联通管、摄像器件；所述玻璃罩组件包括内层玻璃罩和外层玻璃罩，所述内层玻璃罩位于所述外层玻璃罩的内部并具有从所述外层玻璃罩的内部向外伸出的延伸部；所述摄像器件设置在所述内层玻璃罩的内部；所述联通管的一端与外部环境连通，所述联通管的另一端与第二法兰相连；
所述联通管内部设置有进气管；所述进气管的一端与外部供气设备相连，所述进气管的另一端延伸至所述内层玻璃罩的内部，所述进气管用于向所述内层玻璃罩的内部输送常温干燥气体，并对所述内层玻璃罩的内部的气体进行置换，带走多余热量，以维持所述内层玻璃罩的内部的温度恒定；
所述第一法兰内密封地安装着所述内层玻璃罩的所述伸出部；所述第二法兰内密封地安装着所述联通管；所述第一法兰与所述第二法兰密封地连接在一起。
进一步地，所述第一法兰具有与所述内层玻璃罩的所述伸出部的外径等直径的第一通孔，所述第一通孔内密封地安装着所述内层玻璃罩的所述伸出部；所述第二法兰具有与所述联通管的外径等直径的第二通孔，所述第二通孔内密封地安装着所述联通管。
进一步地，所述第一法兰和所述第二法兰之间通过螺栓连接，并通过密封垫圈实现密封。
进一步地，所述内层玻璃罩和所述外层玻璃罩之间具有封闭空间，所述封闭空间内被抽至高真空状态，能有效减少传热。
进一步地，所述内层玻璃罩的端部和所述外层玻璃罩的端部均具有玻璃视镜，所述内层玻璃罩的玻璃视镜与所述外层玻璃罩的玻璃视镜相互平行，所述玻璃视镜是透明的。
进一步地，在所述封闭空间内，所述内层玻璃罩的侧壁和所述外层玻璃罩的侧壁均镀有银，以减少传热。
进一步地，所述摄像器件通过支撑件固定于所述内层玻璃罩的内部，所述支撑件的一端与所述摄像器件连接，所述支撑件的另一端与第二法兰相连。
进一步地，所述联通管内还设置有视频线和电源线，所述视频线和电源线的一端与所述摄像器件连接，所述视频线和电源线的另一端通过所述联通管引出至外部环境并与外部功率输入设备及数据采集设备连接。
进一步地，通过控制机构能够控制所述常温干燥气体的流量，当所述内层玻璃罩的内部温度低于-30℃或高于+40℃时，通过增加所述常温干燥气体的流量使所述内层玻璃罩的内部的温度保持在-30℃～+40℃。
进一步地，所述内层玻璃罩的所述延伸部的外侧以及所述联通管的外侧均包覆有保温材料，以减少所述联通管的内部和所述延伸部的内部向外部的导热。
进一步地，所述摄像器件的感光元件面向未镀有银的所述玻璃视镜，用于观测区域成像。
当经过长时间的试验后，外部环境漏热进入所述摄像器件的内部，通过所述常温干燥气体的置换能够带走热量，使所述摄像器件的温度控制在-30℃～+40℃，从而保证所述摄像器件的正常工作。
与现有技术相比，本发明的摄像热控装置能够实现-150C至+170℃下摄像器件正常工作。另外，本发明的摄像热控装置还具有结构简单、制作简易、成本低、便于安装和拆卸、安全可靠等优点。本发明的摄像热控装置主要用于高、低温及交变环境中的试验监控中，如高低温展开试验等的监控。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的摄像热控装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一个较佳实施例提供了一种摄像热控装置，包括玻璃罩组件、第一法兰1、第二法兰2、联通管3、摄像器件4。
其中，玻璃罩组件包括内层玻璃罩11和外层玻璃罩12，内层玻璃罩11位于外层玻璃罩12的内部并具有从外层玻璃罩12的内部向外伸出的延伸部13。内层玻璃罩11和外层玻璃罩13之间具有封闭空间14，该封闭空间14内被抽至真空状态，封闭空间14内的真空度小于10-4Pa，能有效减少传热。在该封闭空间内14，内层玻璃罩11的侧壁15和外层玻璃罩12的侧壁16均镀有银，以减少传热。
本实施例中，内层玻璃罩11的端部和外层玻璃罩12的端部均具有玻璃视镜，内层玻璃罩的玻璃视镜17与外层玻璃罩的玻璃视镜18相互平行，两个玻璃视镜都是透明的。
本实施例中，第一法兰1具有与内层玻璃罩11的伸出部13的外径等直径的第一通孔，第一通孔内密封地安装着内层玻璃罩11的伸出部13。第二法兰2具有与联通管3的外径等直径的第二通孔，第二通孔内密封地安装着联通管3，连通管3与第二法兰2之间通过焊接连接。第一法兰1与第二法兰2密封地连接在一起，具体来说，第一法兰1和第二法兰2之间通过螺栓5连接，并通过密封垫圈实现密封。
联通管3的内部设置有视频线和电源线31、进气管31、联通管3的一端与外部环境连通，与第二法兰相连。
摄像器件4设置在内层玻璃罩11的内部，并通过支撑件33固定于内层玻璃罩11的内部，支撑件33的一端与摄像器件4连接，另一端与第二法兰相连。视频线和电源线31的一端与摄像器件4连接，另一端通过联通管3引出至外部环境，视频线和电源线31与外部功率输入设备及数据采集设备连接。
内层玻璃罩11的延伸部13的外侧以及联通管3的外侧均包覆有保温材料34，以减少联通管3的内部和延伸部13的内部向外部的导热。
本实施例中，联通管3中的进气管31的一端与外部供气设备相连，另一端延伸至内层玻璃罩11的内部，用于向内层玻璃罩11的内部输送常温干燥气体，并对内层玻璃罩11的内部的气体进行置换，带走多余热量，以维持内层玻璃罩11的内部的温度恒定。本实施例中，常温干燥气体采用氮气。
通过控制机构比如流量计能够控制氮气的流量，当内层玻璃罩11的内部温度低于-30℃或高于+40℃时，通过增加氮气的流量使内层玻璃罩11的内部的温度保持在-30℃～+40℃。
当经过长时间的试验后，外部环境漏热进入摄像器件4的内部，通过常温干燥气体的置换能够带走漏热，使摄像器件4的温度控制在-30℃～+40℃，从而保证摄像器件4的正常工作。
本实施例的耐高低温的摄像热控装置的工作方式根据外部环境温度的不同存在两种不同的模式：
(1)当外部环境为低温工况(液氮温区)时，该摄像热控装置向外部环境散热，虽然有保温材料和内、外层玻璃罩形成的真空绝热结构，但是随着时间的延长最终其内部环境缓慢下降(主要由联通管及内层玻璃罩的延伸部向外部导热引起)。此时除了摄像器件本身产生的焦耳热，还通过进气管向内层玻璃罩的内部通入的常温干燥氮气进行换热实现加热，使摄像器件内的温度升高，换热后的气体通过联通管排出至外部环境。
(2)当外部为高温工况时，环境热量透过保温材料及真空绝热层(即内外层玻璃罩之间的真空封闭空间)进入摄像热控装置内部(仍主要由联通管及内层玻璃罩的延伸部的导热引起)。漏热量随着时间的积累，最终摄像器件内的温度会逐渐升高。此时通过进气管通向玻璃罩内通入的常温干燥氮气进行换热实现冷却，换热后的气体通过联通管排出至外部环境。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种摄像热控装置，其特征在于，包括玻璃罩组件、第一法兰、第二法兰、联通管、摄像器件；所述玻璃罩组件包括内层玻璃罩和外层玻璃罩，所述内层玻璃罩位于所述外层玻璃罩的内部并具有从所述外层玻璃罩的内部向外伸出的延伸部；所述摄像器件设置在所述内层玻璃罩的内部；所述联通管的一端与外部室温环境连通，所述联通管的另一端延伸至所述第二法兰；
所述联通管内部设置有进气管；所述进气管的一端与外部供气设备相连，所述进气管的另一端延伸至所述内层玻璃罩的内部，所述进气管用于向所述内层玻璃罩的内部输送常温干燥气体，并对所述内层玻璃罩的内部的气体进行置换，带走多余热量，以维持所述内层玻璃罩的内部的温度恒定；
所述第一法兰内密封地安装着所述内层玻璃罩的所述伸出部；所述第二法兰内密封地安装着所述联通管；所述第一法兰与所述第二法兰密封地连接在一起。
2.如权利要求1所述的摄像热控装置，其特征在于，所述第一法兰和所述第二法兰之间通过螺栓连接，并通过密封垫圈实现密封。
3.如权利要求1所述的摄像热控装置，其特征在于，所述内层玻璃罩和所述外层玻璃罩之间具有封闭空间，所述封闭空间内被抽至高真空状态。
4.如权利要求3所述的摄像热控装置，其特征在于，在所述封闭空间内，所述内层玻璃罩的侧壁和所述外层玻璃罩的侧壁均镀有银，以减少传热。
5.如权利要求1所述的摄像热控装置，其特征在于，所述内层玻璃罩的端部和所述外层玻璃罩的端部均具有玻璃视镜，所述内层玻璃罩的玻璃视镜与所述外层玻璃罩的玻璃视镜相互平行，所述玻璃视镜是透明的。
6.如权利要求1所述的摄像热控装置，其特征在于，所述摄像器件通过支撑件固定于所述内层玻璃罩的内部，所述支撑件的一端与所述摄像器件连接，所述支撑件的另一端与所述第二法兰相连。
7.如权利要求1所述的摄像热控装置，其特征在于，所述联通管内还设置有视频线和电源线，所述视频线和电源线的一端与所述摄像器件连接，所述视频线和电源线的另一端通过所述联通管引出至外部环境并与外部功率输入设备及数据采集设备连接。
8.如权利要求1所述的摄像热控装置，其特征在于，通过控制机构能够控制所述常温干燥气体的流量，当所述内层玻璃罩的内部温度低于-30℃或高于+40℃时，通过增加所述常温干燥气体的流量使所述内层玻璃罩的内部的温度保持在-30℃～+40℃。
9.如权利要求1所述的摄像热控装置，其特征在于，所述内层玻璃罩的所述延伸部的外侧以及所述联通管的外侧均包覆有保温材料。
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