RU150289U1

RU150289U1 - TV CAMERA

Info

Publication number: RU150289U1
Application number: RU2014139183/28U
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Попов; Александр Михайлович Табаченко; Владимир Михайлович Лифшиц
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2015-02-10

Abstract

1. Телевизионная камера, содержащая 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, отличающаяся тем, что корпус камеры и корпус зеркала выполнены из сплава ВНЖ-95, а отражающая поверхность зеркала выполнена из кремниевой пластины, закрепленной в корпусе зеркала.2. Телевизионная камера по п. 1, отличающаяся тем, что из блока преобразования оптического изображения в электрический сигнал вынесен узел питания блока преобразования.3. Телевизионная камера по п. 1, отличающаяся тем, что корректирующий узел дополнительно содержит два светофильтра, один из которых сине-зеленый (СЗС) 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.4. Телевизионная камера по п. 3, отличающаяся тем, что в качестве электродвигателя используется микродвигатель QX-4A от вибратора сотового телефона.5. Телевизионная камера по п. 3, отличающаяся тем, что одновременная работа двух светофильтров выделяет длину волны для работы телевизионной камеры 850 нм с полосой на уровне 0,7-50 нм.6. Телевизионная камера по п. 1, отличающаяся тем, что диафрагма установлена перед объективом с фокусным расстоянием 16 мм.1. A television camera containing a housing made of a radiation-resistant material containing tungsten, with a protective casing made of stainless, corrosion-resistant steel, and a unit for converting an optical image into an electrical signal, a lens, a correcting unit with a diaphragm installed in front of the lens, located in the housing , a window made of radiation-resistant glass, made in the wall of the body, and a mirror optically connected to the lens and the window, characterized in that the camera body and the mirror body are made of VNZh-95 alloy, and the reflecting surface of the mirror is made of a silicon plate fixed in mirror housing 2. The television camera according to claim 1, characterized in that the power unit of the conversion unit is removed from the unit for converting the optical image into an electrical signal. The television camera according to claim 1, characterized in that the correcting unit additionally contains two light filters, one of which is blue-green (SZS) is designed to work in the visible light range, and the other is in the infrared range and is made of silicon, and an electric motor operating in relay mode and made with the ability to switch the silicon filter. 4. The television camera according to claim 3, characterized in that a QX-4A micromotor from a cell phone vibrator is used as an electric motor. A television camera according to claim 3, characterized in that the simultaneous operation of two light filters selects a wavelength for the operation of a television camera of 850 nm with a band at the level of 0.7-50 nm. The television camera according to claim 1, characterized in that the diaphragm is installed in front of the lens with a focal length of 16 mm.

Description

Полезная модель относится к мониторингу и проверке, а именно к телевизионным камерам для систем визуального дистанционного контроля наружной и внутренней поверхностей корпуса реактора, дистанционного управления процессом срезания образцов-свидетелей, предназначенных для контроля изменений механических свойств металла корпуса реактора; для дистанционного управления процессами аргонно-дуговой сварки и резки при сборочных и ремонтных работах, как в условиях высокой радиации, так и без нее, а также в воде и на воздухе.The utility model relates to monitoring and verification, namely, television cameras for visual remote control systems of the outer and inner surfaces of the reactor vessel, remote control of the cutting process of witness samples designed to control changes in the mechanical properties of the metal of the reactor vessel; for remote control of argon-arc welding and cutting processes during assembly and repair work, both in conditions of high radiation and without it, as well as in water and in air.

Из уровня техники известна телевизионная камера (патент US 5912934 A, G21C 17/00, дата публикации 15.06.1999), содержащая корпус, выполненный из радиационно-стойкого материала, с защитным кожухом из нержавеющего коррозионно-стойкого материала, и размещенные в корпусе блок преобразования оптического изображения в электрический сигнал, объектив, корректирующий узел с диафрагмой, установленный перед объективом, и окно из радиационно-стойкого стекла, выполненное в стенке корпуса.The prior art television camera (patent US 5912934 A, G21C 17/00, publication date 06/15/1999), comprising a housing made of radiation-resistant material, with a protective casing of stainless corrosion-resistant material, and a conversion unit placed in the housing optical image into an electrical signal, a lens, a correction unit with a diaphragm mounted in front of the lens, and a window made of radiation-resistant glass made in the wall of the housing.

Недостатком указанной камеры является ее низкая радиационная стойкость и низкая стойкость к инфракрасному излучению, что накладывает ограничения на область применения камеры.The disadvantage of this camera is its low radiation resistance and low resistance to infrared radiation, which imposes restrictions on the scope of the camera.

Наиболее близким по совокупности технических признаков и достигаемому техническому результату к предлагаемому решению является телевизионная камера Д45Д, Диаконт, найдено в Интернете 16.07.2014 по адресу: "http://diakont.ru/files/tv_sistema_sts-rbmk-40d-01.pdf'", с. 2, содержащая корпус, выполненный из вольфрама, с защитным кожухом из нержавеющей 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.The closest in terms of the set of technical features and the technical result achieved to the proposed solution is the D45D television camera, Diacon, found on the Internet July 16, 2014 at the address: "http://diakont.ru/files/tv_sistema_sts-rbmk-40d-01.pdf ' ", from. 2, comprising a housing made of tungsten, with a protective casing of stainless steel, and a unit for converting an optical image into an electrical signal, a lens, a correction unit with a diaphragm mounted in front of the lens, and a window made of radiation-resistant glass made in the wall of the housing , and a mirror optically coupled to the lens and window.

Недостатками указанной камеры являются сложность ее изготовления и эксплуатации и большие габариты камеры, поскольку она состоит из двух телевизионных камер, расположенных в общем корпусе. Кроме того, чистый вольфрам тяжело обрабатывать, что также накладывает ограничения на конструкцию камеры и на область ее применения, а оптическая система камеры является нестойкой к инфракрасному излучению. Эти недостатки приводят к снижению надежности и универсальности телевизионной камеры.The disadvantages of this camera are the complexity of its manufacture and operation and the large dimensions of the camera, since it consists of two television cameras located in a common housing. In addition, pure tungsten is difficult to process, which also imposes restrictions on the design of the camera and its scope, and the optical system of the camera is unstable to infrared radiation. These shortcomings lead to a decrease in the reliability and versatility of a television camera.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание универсальной герметичной твердотельной камеры, повышение ее эксплуатационных и технологических характеристик, в частности, уменьшение габаритов при сохранении высокой радиационной стойкости, что очень важно при осмотре труднодоступных мест ядерных реакторов и иных объектов.The task to which the claimed utility model is directed is to create a universal sealed solid-state chamber, increase its operational and technological characteristics, in particular, reduce its dimensions while maintaining high radiation resistance, which is very important when examining hard-to-reach places of nuclear reactors and other objects.

Техническим результатом, достигаемым заявляемой полезной моделью, является повышение надежности работы телевизионной камеры, расширение области ее применения, уменьшение габаритов телевизионной камеры, повышение ее радиационной стойкости и стойкости к инфракрасному излучению, уменьшение влияния бликов и засветок на качество изображения, расширение динамического диапазона камеры, обеспечение автоматической корректировки расфокусировки изображения, предотвращение перегрева электродвигателя, управляющего светофильтром.The technical result achieved by the claimed utility model is to increase the reliability of the television camera, expand its scope, reduce the dimensions of the television camera, increase its radiation resistance and resistance to infrared radiation, reduce the effect of glare and light on image quality, expand the dynamic range of the camera, ensuring automatic correction of image defocus, preventing overheating of the electric motor that controls the light filter.

Технический результат достигается тем, что телевизионная камера, содержащая 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 (СЗС) 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, в качестве электродвигателя используется микродвигатель QX-4A от вибратора сотового телефона, одновременная работа двух светофильтров выделяет длину волны для работы телевизионной камеры 850 нм с полосой на уровне 0,7~50 нм, диафрагма установлена перед объективом с фокусным расстоянием 16 мм.The technical result is achieved by the fact that a television camera containing a housing made of radiation-resistant material containing tungsten, with a protective casing of stainless corrosion-resistant steel, and placed in the housing unit for converting an optical image into an electrical signal, a lens, a correction unit with a diaphragm mounted in front of the lens, a window made of radiation-resistant glass made in the wall of the housing, and a mirror optically connected to the lens and the window, the camera body and the mirror body made of VNZh-95 alloy (an alloy containing 95 wt.% tungsten, the rest is nickel and iron), and the reflecting surface of the mirror is made of a silicon wafer fixed in the mirror housing, the power unit of the conversion unit is taken out from the block for converting the optical image into an electrical signal , the correction unit additionally contains two light filters, one of which is blue-green (SZS) designed to operate in the visible light range, and the other in the infrared range and is made of silicon, and the electric motor, work operating in relay mode and configured to switch a silicon filter, the QX-4A micromotor from a cell phone vibrator is used as an electric motor, the simultaneous operation of two filters emits a wavelength for the operation of a 850 nm television camera with a band at the level of 0.7 ~ 50 nm, aperture mounted in front of a lens with a focal length of 16 mm.

Выполнение корпуса камеры и корпуса зеркала из сплава ВНЖ-95, а отражающей поверхности зеркала из кремниевой пластины, закрепленной в корпусе зеркала, обеспечивает повышение универсальности камеры, т.е. расширение области ее применения, и повышение надежности работы камеры за счет упрощения ее конструкции, поскольку сплав ВНЖ-95 значительно легче обрабатывать, чем чистый вольфрам, а изготовить и установить кремниевую пластину в камере легче, чем зеркало из обычного стекла. Кроме того, выполнение отражающей поверхности зеркала из кремниевой пластины, а корпуса зеркала из ВНЖ-95 обеспечивает защиту матрицы камеры от радиации и от инфракрасного излучения, поскольку около 60% инфракрасного (теплового) излучения, проходя через кремний, рассеивается, поглощается корпусом зеркала и не попадает на матрицу. Все это снимает ограничения, накладываемые на конструкцию и область применения камеры.The implementation of the camera housing and the mirror housing from VNZh-95 alloy, and the reflective surface of the mirror from a silicon wafer fixed in the mirror housing, increases the versatility of the camera, i.e. expanding the scope of its application, and increasing the reliability of the camera by simplifying its design, since the VNZh-95 alloy is much easier to process than pure tungsten, and it is easier to make and install a silicon wafer in the chamber than a mirror from ordinary glass. In addition, the implementation of the reflecting surface of the mirror from a silicon wafer, and the mirror housing from VNZh-95 protects the camera matrix from radiation and infrared radiation, since about 60% of the infrared (thermal) radiation passing through silicon is scattered, absorbed by the mirror body and not hits the matrix. All this removes the restrictions imposed on the design and scope of the camera.

Вынесение узла питания блока преобразования оптического изображения в электрический сигнал из блока преобразования на пульт, находящийся вне телевизионной камеры, обеспечивает уменьшение габаритов телевизионной камеры.Removing the power supply unit of the conversion of the optical image into an electrical signal from the conversion unit to the remote control located outside the television camera, reduces the size of the television camera.

Выполнение корректирующего узла, дополнительно содержащего два светофильтра, один из которых сине-зеленый (СЗС) 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, обеспечивает расширение динамического диапазона телевизионной камеры до 10⁶ (?) и уменьшение влияния бликов и засветок, возникающих на контролируемом объекте, на качество изображения. Кроме того, СЗС обеспечивает сужение полосы в инфракрасной области.The implementation of the correction unit, additionally containing two light filters, one of which is blue-green (SZS) is designed to operate in the visible light range, and the other in the infrared range and is made of silicon, and an electric motor operating in relay mode and configured to switch the silicon light filter , provides an extension of the dynamic range of the television camera to 10 ⁶ (?) and a decrease in the effect of glare and flare that occurs on the monitored object on image quality. In addition, the SZS provides a narrowing of the band in the infrared region.

Выбор в качестве электродвигателя микродвигателя QX-4A от вибратора сотового телефона обеспечивает уменьшение габаритов телевизионной камеры и предотвращает перегрев электродвигателя, поскольку работающий в режиме реле электродвигатель находится постоянно под напряжением, однако удельная площадь рассеивания тепла микродвигателя достаточно велика.Choosing a QX-4A micromotor as a motor from a cell phone vibrator reduces the dimensions of the television camera and prevents the motor from overheating, since the electric motor operating in relay mode is constantly energized, however, the specific heat dissipation area of the micromotor is quite large.

Установка диафрагмы перед объективом с фокусным расстоянием 16 мм обеспечивает глубину резкости от 3 см до нескольких метров, что позволяет исключить из конструкции телевизионной камеры механизм фокусировки, что обеспечивает уменьшение габаритов телевизионной камеры и автоматическую корректировку расфокусировки, возникающую при применении кремниевого светофильтра.Installing an aperture in front of the lens with a focal length of 16 mm provides a depth of field of 3 cm to several meters, which eliminates the focusing mechanism from the design of the television camera, which reduces the dimensions of the television camera and automatically corrects the defocusing that occurs when using a silicon filter.

На представленной фиг.1 изображена общая схема заявленной телевизионной камеры. На фиг.2 изображена схема камеры в разрезе.In the presented figure 1 shows a General diagram of the claimed television camera. Figure 2 shows a diagram of the camera in section.

Полезная модель промышленно применима, так как в настоящее время она прошла стендовые испытания, подтвердившие ее надежность. Конкретные конструктивные признаки заявленной телевизионной камеры реально осуществимы и не противоречат применению в промышленных условиях.The utility model is industrially applicable, since at present it has passed bench tests, confirming its reliability. Specific design features of the claimed television camera are feasible and do not contradict the application in an industrial environment.

В частности, были проведены испытания электродвигателя на 100000 переключений, и под напряжением в заторможенном режиме 96 часов электродвигатель остался в рабочем состоянии.In particular, tests were carried out on the electric motor for 100,000 switching operations, and under the voltage in the braked mode of 96 hours the electric motor remained in working condition.

Заявленная телевизионная камера содержит корпус 1 с зеркальной насадкой 2, крышкой 3, планкой 4 и окном 5, скрепленные с помощью винтов 6. Внутри корпуса под углом 45 градусов к окну в зеркальной насадке 2 закреплено зеркало, состоящее из отражающей поверхности 7, наклеенной или иным способом закрепленной в корпусе зеркала 8. С противоположной от зеркала стороны в корпусе камеры под углом 45 градусов к зеркалу перед объективом 9 размещен корректирующий узел 10, состоящий из диафрагмы 11, двух светофильтров 12 и механизма перемещения инфракрасного светофильтра в виде электродвигателя. За объективом 9 в корпусе камеры 1 размещен блок преобразования оптического изображения в электрический сигнал в виде светочувствительной матрицы 13, подключенный к вилке 14, и заглушка 15. Блок питания (на чертежах не показан) матрицы 13, работающий под напряжением 3В вынесен за пределы корпуса телевизионной камеры на пульт, в котором также находится устройство управления электродвигателем.The claimed television camera contains a housing 1 with a mirror nozzle 2, a cover 3, a strap 4 and a window 5, fastened with screws 6. Inside the housing at an angle of 45 degrees to the window in the mirror nozzle 2 is fixed a mirror consisting of a reflecting surface 7, glued or otherwise the method is fixed in the mirror housing 8. On the opposite side of the mirror in the camera housing at an angle of 45 degrees to the mirror in front of the lens 9 there is a correction unit 10 consisting of a diaphragm 11, two light filters 12 and an infrared light moving mechanism tofiltra as an electric motor. Behind the lens 9, in the camera body 1, there is a block for converting the optical image into an electrical signal in the form of a photosensitive matrix 13 connected to the plug 14, and a plug 15. The power supply unit (not shown) of the matrix 13 operating at a voltage of 3 V is moved outside the body of the television cameras on the remote control, which also contains the motor control device.

Один из светофильтров - сине-зеленый (СЗС, СЗС-5), установлен стационарно и предназначен для работы в видимом световом диапазоне, а другой светофильтр толщиной 0,3 мм предназначен для работы в инфракрасном диапазоне и выполнен из кремния.One of the filters - blue-green (SZS, SZS-5), is installed permanently and is designed to operate in the visible light range, and the other 0.3 mm thick filter is designed to operate in the infrared range and is made of silicon.

В качестве электродвигателя используется миниатюрный электродвигатель типа QX-4A (от вибратора сотового телефона), работающий в режиме реле.As the electric motor, a miniature electric motor of the QX-4A type (from the vibrator of a cell phone) is used, operating in relay mode.

В качестве светочувствительной матрицы используется КМОП («Комплементарная структура Металл-Оксид-Полупроводник»)-матрица на базе малогабаритного видеомодуля МТ-3В, обладающего повышенной термостойкостью и радиационной стойкостью к гамма-излучению (максимальная рабочая мощность дозы 4×10⁴ рад/ч), на базе которого изготавливается малогабаритная телевизионная камера.CMOS (“Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Structure”) is used as a photosensitive matrix. This matrix is based on the MT-3V small-sized video module, which has increased heat resistance and radiation resistance to gamma radiation (maximum dose rate 4 × 10 ⁴ rad / h) on the basis of which a small-sized television camera is manufactured.

Корпус телевизионной камеры толщиной 17 мм и корпус зеркала выполнены из радиационно-стойкого материала ВНЖ-95, обеспечивающего максимальную рабочую мощность дозы 3,2×10⁵ рад/ч и максимальную интегральную дозу 3×10⁷ рад/ч.The body of the television camera with a thickness of 17 mm and the body of the mirror are made of radiation-resistant material VNZh-95, providing a maximum working dose rate of 3.2 × 10 ⁵ rad / h and a maximum integral dose of 3 × 10 ⁷ rad / h.

Диафрагма выполнена из свинцовой фольги с отверстием 0,5 мм и установлена перед объективом с фокусным расстоянием 16 мм.The diaphragm is made of lead foil with a hole of 0.5 mm and is mounted in front of the lens with a focal length of 16 mm.

Снаружи камера защищена от коррозии при дезактивации кожухом из нержавеющей стали и выполнена в герметичном исполнении.Outside, the chamber is protected against corrosion during deactivation by a stainless steel casing and is sealed.

Телевизионная камера работает следующим образом. Отраженный световой поток от контролируемого процесса или объекта, например, от наружной поверхности корпуса реактора, через окно попадает на зеркало, которое в случае наблюдения в инфракрасном спектре отражает световой поток на дистанционно перемещаемый кремниевый светофильтр, управляемый электродвигателем. В этом случае через кремниевый светофильтр и сине-зеленый светофильтр на объектив телевизионной камеры поступает только инфракрасное излучение, что позволяет существенно уменьшить влияние бликов на качество получаемого изображения и расширить динамический диапазон телевизионной камеры, что необходимо при управлении процессом аргонно-дуговой сварки.A television camera operates as follows. The reflected light flux from the controlled process or object, for example, from the outer surface of the reactor vessel, enters a mirror through a window, which, when observed in the infrared spectrum, reflects the light flux to a remotely moving silicon filter controlled by an electric motor. In this case, only infrared radiation is transmitted to the lens of the television camera through the silicon light filter and the blue-green light filter, which can significantly reduce the effect of glare on the quality of the received image and expand the dynamic range of the television camera, which is necessary when controlling the argon-arc welding process.

В случае наблюдения в видимом спектре по сигналу с устройства управления электродвигателем кремниевый светофильтр перемещается с помощью электродвигателя, чтобы световой поток в видимом диапазоне от контролируемого объекта минуя кремниевый светофильтр через диафрагму и сине-зеленый светофильтр попадал на объектив камеры и далее на светочувствительную матрицу.In the case of observation in the visible spectrum by a signal from the electric motor control device, the silicon filter is moved using the electric motor so that the light flux in the visible range from the controlled object bypasses the silicon filter through the diaphragm and the blue-green filter to the camera lens and then to the photosensitive matrix.

Видеомодулем с матрицей сфокусированный световой поток от объекта преобразуется в видеосигнал с характеристиками, позволяющими подключать телевизионную камеру к монитору для осуществления дальнейшего контроля.With a video module with a matrix, the focused luminous flux from the object is converted into a video signal with characteristics that allow you to connect the television camera to the monitor for further control.

Для обеспечения работы телевизионной камеры изготавливаются малогабаритные светильники на базе светодиодов повышенной яркости.To ensure the operation of the television camera, small-sized lamps based on high-brightness LEDs are manufactured.

Максимальная рабочая температура камеры - 120°С. Все технические характеристики и характеристики надежности камеры не уступают соответствующим характеристикам трубочных камер.The maximum operating temperature of the chamber is 120 ° C. All technical and reliability characteristics of the camera are not inferior to the corresponding characteristics of tube chambers.

Телевизионная камера может широко применяться в различных ядерных технологиях, в частности, для систем визуального дистанционного контроля наружной и внутренней поверхностей корпуса реактора, при дистанционном управлении процессом срезания образцов-свидетелей, предназначенных для контроля изменений механических свойств металла корпуса реактора, и для дистанционного управления процессами аргонно-дуговой сварки и резки при сборочных и ремонтных работах.The television camera can be widely used in various nuclear technologies, in particular, for systems of visual remote control of the outer and inner surfaces of the reactor vessel, with remote control of the cutting process of witness samples designed to control changes in the mechanical properties of the metal of the reactor vessel, and for remote control of argon processes - arc welding and cutting during assembly and repair work.

Claims

1. A television camera containing a housing made of radiation-resistant material containing tungsten, with a protective casing of stainless corrosion-resistant steel, and placed in the housing unit for converting the optical image into an electrical signal, a lens, a correction unit with a diaphragm mounted in front of the lens , a window made of radiation-resistant glass, made in the wall of the housing, and a mirror optically connected to the lens and the window, characterized in that the camera housing and the mirror housing are made of VNZh-95 alloy, and the reflecting surface of the mirror is made of a silicon wafer fixed in the mirror housing.

2. A television camera according to claim 1, characterized in that a power unit of the conversion unit is taken out from the block for converting the optical image into an electrical signal.

3. The television camera according to claim 1, characterized in that the correction unit further comprises two light filters, one of which is blue-green (SZS) is designed to operate in the visible light range, and the other in the infrared range and is made of silicon, and an electric motor operating in relay mode and configured to switch the silicon filter.

4. A television camera according to claim 3, characterized in that the QX-4A micromotor from the cell phone vibrator is used as the electric motor.

5. A television camera according to claim 3, characterized in that the simultaneous operation of two light filters emits a wavelength for the operation of a television camera of 850 nm with a band at the level of 0.7-50 nm.

6. A television camera according to claim 1, characterized in that the aperture is installed in front of the lens with a focal length of 16 mm.