КОНТЕЙНЕР ВИДЕОКАМЕРЫ Российский патент 2008 года по МПК H04N5/00 

Заявленное изобретение относится к элементам телевизионных систем и может быть использовано в системах наблюдения, применяемых в условиях с низкими температурами.

Известен выбранный в качестве ближайшего аналога контейнер корпуса видеокамеры, содержащий выполненные из пластмассы внешнюю оболочку и внутреннюю оболочку, выполненную в виде герметичной капсулы, а внешняя состоит из двух разъемных частей, на внутренней поверхности одной из этих частей установлена распорная деталь, оснащенная двумя пластмассовыми пластинами, между которыми крепится держатель, выполненный из пластмассовой пластины, изогнутой в форме полукруга и взаимодействующей с внешней поверхностью внутренней оболочки (Заявка на патент Японии №2007068761, опубл. 22.03.2007).

В данном контейнере во время работы видеокамеры электрорадиоизделия печатной платы излучают теплоту, которая затрачивается на нагрев внутренней и внешней оболочек через воздушные прослойки в полостях этих оболочек. Одновременно происходит теплообмен внешней оболочки с окружающей средой.

Недостатком данного контейнера является неэффективное использование теплоты, выделяемой электро- и радиоизделиями печатной платы, особенно при работе видеокамеры в условиях с низкими температурами, находящимися в интервале от -20°С до -70°С. Это связано с тем, что теплота, распространяемая от внутренней оболочки к внутренней поверхности внешней оболочки, одновременно расходуется на нагрев воздуха в тех областях между внутренней и внешней оболочками, где повышение температур не требуется, для обеспечения нормальной работы видеокамеры. К таким зонам относится область между оптически проницаемыми элементами внутренней и внешней оболочек. Кроме того, к недостаткам известного контейнера можно отнести невозможность создания нормальных условий для работы видеокамеры при повышении температуры, что связано с выполнением внутренней и внешней оболочек из пластмассы, что, в свою очередь, затрудняет теплообмен между контейнером и окружающей средой. Кроме того, в процессе работы видеокамеры вследствие процессов теплообмена происходят процессы теплового объемного расширения и сжатия. При этом происходят смещения внутренней оболочки относительно держателя, которые могут привести к перекрытию принимающей изображение поверхности формирователя изображения видеокамеры оптически непроницаемыми участками внешней оболочки.

Техническим результатом заявленного изобретения является создание контейнера видеокамеры, обеспечивающего нормальные температурные условия для работы видеокамеры при ее неизменном положении относительно внешней оболочки контейнера.

Технический результат достигается тем, что в контейнере видеокамеры, содержащем внешнюю и внутреннюю оболочки, держатель, находящийся в контакте с внешней поверхностью внутренней оболочки и внутренней поверхностью внешней оболочки, при этом в поперечном сечении формы внутренней поверхности внешней оболочки и внешней поверхности внутренней оболочки подобны, находится в контакте с внешней поверхностью внутренней оболочки и внутренней поверхностью внешней оболочки по замкнутому контуру.

А также тем, что держатель выполнен в виде, по меньшей мере, двух колец.

А также тем, что в поперечном сечении внутренняя поверхность внешней оболочки и внешняя поверхность внутренней оболочки имеют форму окружностей.

А также тем, что в поперечном сечении внутренняя поверхность внешней оболочки и внешняя поверхность внутренней оболочки имеют форму квадратов.

А также тем, что в нем кольца размещены на расстоянии от торцов внутренней оболочки в интервале от одной четвертой до трех четвертых частей диаметра поперечного сечения внешней поверхности внутренней оболочки, а расстояние между соседними кольцами не превышает трех диаметров поперечного сечения внешней поверхности внутренней оболочки.

А также тем, что в нем кольца размещены на расстоянии от торцов внутренней оболочки, не превышающем половину диаметра поперечного сечения внешней поверхности внутренней оболочки, а расстояние между соседними кольцами не превышает трех диаметров поперечного сечения внешней поверхности внутренней оболочки.

А также тем, что в нем кольца размещены на расстоянии от торцов внутренней оболочки в интервале от одной четвертой до трех четвертых частей стороны квадрата поперечного сечения внешней поверхности внутренней оболочки, а расстояние между соседними кольцами не превышает трех сторон квадрата поперечного сечения внешней поверхности внутренней оболочки.

А также тем, что в нем кольца размещены на расстоянии от торцов внутренней оболочки, не превышающем длину стороны квадрата поперечного сечения внешней поверхности внутренней оболочки, а расстояние между соседними кольцами не превышает трех длин стороны квадрата поперечного сечения внешней поверхности внутренней оболочки.

Заявленное изобретение поясняется при помощи чертежей, приведенных на фиг.1, 2, 3.

На фиг.1 представлен продольный разрез контейнера видеокамеры;

на фиг.2 показан разрез А-А фиг.1 варианта, при котором в поперечном сечении внутренняя поверхность внешней оболочки и внешняя поверхность внутренней оболочки имеют форму окружностей;

на фиг.3 показан разрез А-А фиг.1 варианта, при котором в поперечном сечении внутренняя поверхность внешней оболочки и внешняя поверхность внутренней оболочки имеют форму квадратов.

На фиг.1-3 приняты следующие обозначения:

- трубчатая часть 1 внешней оболочки;

- трубчатая часть 2 внутренней оболочки;

- оптически проницаемая пластина 3, установленная на торце трубчатой части 1;

- оптически проницаемая пластина 4, установленная на торце трубчатой части 2;

- заглушка 5, установленная на торце трубчатой части 1;

- заглушка 6, установленная на торце трубчатой части 2;

- кольцо 7;

- отверстие 8, выполненное в заглушке 5;

- соединительные провода 9;

- герметизирующий материал 10;

- отверстие 11, выполненное в заглушке 6;

- формирователь изображения 12;

- печатная плата 13;

- принимающая изображение поверхность 14 формирователя изображения 12,

- полости 15, 16, 17 внутренней полости контейнера видеокамеры, образованные между внутренней и внешней оболочками.

Контейнер видеокамеры состоит из взаимодействующих между собой посредством держателя, выполненного в виде, по меньшей мере, двух колец 7, внешней и внутренней оболочек, каждая из которых состоит из трубчатых частей 1 и 2, на открытых торцах которых установлены оптически проницаемые пластины 3, 4 и заглушки 5, 6.

Трубчатые части 1 и 2 выполнены в виде отрезков труб круглого сечения или отрезков труб квадратного сечения. На обращенных в одном осевом направлении открытых торцах трубчатой части 1 и трубчатой части 2 соответственно установлены оптически проницаемые пластины 3 и 4. При этом оптически проницаемая пластина 4 установлена на открытом торце трубчатой части 2 внутренней оболочки на крепящем составе герметично. Оптически проницаемые пластины 3 и 4 выполнены из оптически проницаемого материала с коэффициентом светопропускания не менее 0,85, например стекла или прозрачной пластмассы.

На обращенных в другом осевом направлении открытых торцах трубчатой части 1 и трубчатой части 2 соответственно установлены заглушки 5 и 6. При этом заглушка 6 устанавливается на открытом торце трубчатой части 2 внутренней оболочки герметично. При этом для того, чтобы исключить возможность перегрева видеокамеры и ускорить процесс теплообмена, трубчатые части 1 и 2 и заглушка 6 выполнены из стального сплава любого химического состава или другого металла. При выполнении трубчатой части 2 и заглушки 6 из материала с одним и тем же химическим составом заглушку 6 крепят к открытому торцу трубчатой части 2 при помощи сварки или пайки. В этом случае заглушку 5 целесообразно выполнять из материала с небольшим коэффициентом теплопроводности, например пластмассы.

Между внутренней поверхностью трубчатой части 1 внешней оболочки и внешней поверхностью трубчатой части 2 внутренней оболочки установлено не менее двух колец 7, выполняющих функции держателя трубчатой части 2 и контактирующих с внутренней поверхностью трубчатой части 1 и внешней поверхностью трубчатой части 2 по замкнутому кольцевому контуру. Кольца 7 выполнены из упругопластичного материала, например резины, и имеют круглую или квадратную форму в зависимости от формы внутренней поверхности трубчатой части 1 и внешней поверхности трубчатой части 2. Кроме того, кольца 7 имеют постоянное круглое или квадратное сечение (здесь имеется в виду сечение плоскостью, в которой лежит ось кольца).

Если трубчатые части 1 и 2 выполнены в виде полых цилиндров и кольцо 7 имеет круглую форму, то трубчатые части 1 и 2 и кольца 7 расположены коаксиально.

Если трубчатые части 1 и 2 выполнены в виде отрезков труб квадратного сечения, и кольцо 7 имеет квадратную форму, то в любом поперечном сечении у всех образованных в нем квадратов будет общая точка пересечения диагоналей.

Иными словами, в любом поперечном сечении формы внутренней поверхности трубчатой части 1, внешней поверхности трубчатой части 2 и внешнего и внутреннего контуров кольца 7 подобны. Исходя из этого можно сказать, что в поперечном сечении формы внутренней поверхности внешней оболочки и внешней поверхности внутренней оболочки подобны.

Внутренний контур кольца 7 повторяет контур внешней поверхности трубчатой части 2 в поперечном сечении и имеет те же размеры (диаметр или длины сторон квадрата). Расстояние между внутренним и внешним контурами кольца 7 соответствует 1, 2 расстоянию между внешней поверхностью трубчатой части 2 и внутренней поверхностью трубчатой части 1 по нормали к этим поверхностям в собранном положении контейнера видеокамеры. При установке между трубчатыми частями 1 и 2 кольцо 7 деформируется таким образом, что расстояние между внутренним и внешним его контурами соответствует расстоянию между внешней поверхностью трубчатой части 2 и внутренней поверхности трубчатой части 1 по нормали к этим поверхностям.

Если трубчатые части 1 и 2 выполнены в виде отрезков труб круглого сечения, то кольца 7 расположены на расстоянии от торцов трубчатой части 2 в интервале от 0,25 до 0,75 диаметра, а расстояние между соседними кольцами не превышает трех диаметров поперечного сечения внешней поверхности трубчатой части 2. Если трубчатые части 1 и 2 выполнены в виде отрезков труб квадратного сечения, то кольца 7 расположены на расстоянии от торцов трубчатой части 2 в интервале от 0,25 до 0,75 длины стороны квадрата, образованного в поперечном сечении внешней поверхности трубчатой части 2, а расстояние между соседними кольцами не превышает трех длин стороны квадрата, образованного в поперечном сечении внешней поверхности трубчатой части 2. Или обобщенно, кольца 7 расположены на расстоянии от торцов трубчатой части 2 в интервале от 0,25 до 0,75 характерного размера поперечного сечения внешней поверхности трубчатой части 2, а расстояние между соседними кольцами не превышает трех характерных размеров поперечного сечения внешней поверхности трубчатой части 2 или поперечного сечения внешней поверхности внутренней оболочки. Все указанные размеры установки колец 7 измеряются до плоскости, проходящей через центр сечения кольца 7 и перпендикулярной оси кольца 7.

Во внутренней полости внутренней оболочки размещена видеокамера, состоящая из формирователя изображения 12, соединенного с печатной платой 13. Принимающая изображение поверхность 14 формирователя изображения 12 обращена к оптически проницаемой пластине 4, установленной на торце трубчатой части 2. Печатная плата 13 при помощи соединительных проводов 9 соединена с внешним принимающим устройством (на чертежах не показано), в качестве которого может использоваться компьютер.

В центральных частях заглушек 5 и 6 выполнены сквозные отверстия 8 и 11 соответственно. Через отверстия 8 и 11 проходят соединительные провода 9. Для обеспечения герметичности отверстие 11 заполнено герметизирующим материалом 10.

Заявленное изобретение реализуется следующим образом.

Перед началом работы видеокамеры в условиях с низкими температурами, находящимися в интервале от -20°С до -70°С, контейнер видеокамеры необходимо нагреть до температуры не менее чем -10°С, после чего привести в рабочее состояние.

Во время работы видеокамеры электро- и радиоизделия (ЭРИ) (на чертежах не показаны), расположенные на поверхностях печатной платы 13, излучают теплоту во внутреннюю полость трубчатой части 2. В данном случае ЭРИ являются источником лучистой энергии. Выделяемая ЭРИ теплота распространяется к внутренней поверхности трубчатой части 2 и нагревает ее.

Трубчатая часть 2, нагреваясь, одновременно обменивается теплотой с воздухом, находящимся в кольцевой полости, ограниченной внешней поверхностью трубчатой части 2, внутренней поверхностью трубчатой части 1 и не взаимодействующими с этими поверхностями частями колец 7. Одновременно трубчатая часть 2 обменивается теплотой с взаимодействующими с ней частями колец 7.

Также заглушка 6, нагреваясь, одновременно обменивается теплотой с воздухом, находящимся в полости ограниченной внешней поверхностью заглушки 6, внутренней поверхностью заглушки 5, внутренней поверхностью трубчатой части 1 и открытой частью кольца 7.

Величина теплообмена характеризуется величинами коэффициента теплообмена, площадью поверхности теплообмена и градиентом температуры. В данном случае площадь поверхности теплообмена - это площадь внешней поверхности трубчатой части 2 и заглушки 6.

При проведении ряда экспериментов было выявлено, что наиболее предпочтительным является расположение колец 7 на расстоянии от торцов трубчатой части 2, соответствующем половине характерного размера поперечного сечения внешней поверхности трубчатой части 2, и на расстоянии друг от друга, не превышающем трех характерных размеров поперечного сечения внешней поверхности трубчатой части 2. При этом количество тепла, отдаваемого частью внешней поверхности трубчатой части 2 в полость 15, ограниченную оптически проницаемыми пластинами 3 и 4, частью внутренней поверхности трубчатой части 1, частью внешней поверхности трубчатой части 2 и открытой частью кольца 7 в единицу времени, можно определить в соответствии с формулой:

Q₁=k·S₁·(T_во-T₀),

где k - коэффициент теплообмена, Т_во - температура трубчатой части 2, Т₀ - температура воздуха в данной полости, на начальном этапе соответствующая - (-10°C), S₁ - площадь части внешней поверхности трубчатой части 2, ограниченной торцом трубчатой части 2 и кольцом 7. S₁ для трубчатой части 2 с круглым сечением, определяемая по формуле:

S₁=2πR·0,5R=πR²,

где π=3,14, R - радиус внешней поверхности трубчатой части 2. S₁ для трубчатой части 2 с квадратным поперечным сечением, определяемая по формуле:

S₁=2a²,

где а - длина стороны квадрата внешней поверхности трубчатой части 2 в поперечном сечении. При этом количеством тепла, отдаваемым поверхностью оптически проницаемой пластины 4, можно пренебречь в связи с тем, что коэффициент теплообмена стекла или пластмассы намного меньше, чем тот же коэффициент у сталей.

Количество тепла, отдаваемого частью внешней поверхности трубчатой части 2 в полость 16, ограниченную частью внутренней поверхности трубчатой части 1, частью внешней поверхности трубчатой части 2 и открытыми частями двух соседних колец 7 в единицу времени, можно определить в соответствии с формулой:

Q₂=k·S₂·(T_во-T₀),

где S₂ - площадь части внешней поверхности трубчатой части 2, ограниченной двумя соседними кольцами 7. S₂ для трубчатой части 2 с круглым и квадратным поперечным сечениями определяется по соответствующим формулам:

S₂=2πR·3R=6πR² и S₂=3а·а·4=12а².

Количество тепла, отдаваемого частью внешней поверхности трубчатой части 2 в полость 17, ограниченную частью внутренней поверхности трубчатой части 1, частью внешней поверхности трубчатой части 2, заглушками 5 и 6, и открытой частью кольца 7 в единицу времени, можно определить в соответствии с формулой:

Q₃=k·S₃·(Т_во-Т₀),

где S₃ - сумма площадей части внешней поверхности трубчатой части 2, ограниченной торцом трубчатой части 2 и кольцом 7 и заглушки 6. S₃ для трубчатой части 2 с круглым и квадратным поперечным сечениями определяется по соответствующим формулам:

S₃=2πR·0.5R+πR²=2πR² и S₃=2а²+а²=3а².

Как следует из приведенных выше формул, количество тепла, отдаваемого частью внешней поверхности трубчатой части 2 в полость 16 в начале работы видеокамеры, будет больше, чем количество тепла, отдаваемого в полости 15 и 17. Вследствие этого температура в полости 16 будет расти значительно быстрее, чем температура в других полостях контейнера, ограниченных внешней оболочкой. Через некоторое время процессы теплообмена примут более стабильный характер, температура в полости 16 будет колебаться в незначительных пределах, а избыточная теплота будет отдаваться в окружающую среду посредством теплообмена трубчатой части 1 с окружающим холодным воздухом. Эти эксперименты проводились с контейнером видеокамеры, в котором длинна трубчатой части 2 соответствовала четырем характерным размерам поперечного сечения трубчатой части 2. При длинах, превышающих четыре характерных размера поперечного сечения трубчатой части 2, полость 16 разделялась на несколько полостей при помощи колец 7.

Во время проведения экспериментов было обнаружено, что при расположении колец 7 на расстоянии от торцов трубчатой части 2 меньшем, чем одна четвертая часть (0,25) характерного размера поперечного сечения внешней поверхности трубчатой части 2, кольца 7 сильно охлаждались и сжимались, при этом возникали местные зазоры по поверхности контакта между кольцами 7 и внешней поверхностью трубчатой части 2. При расположении колец 7 на конечных участках трубчатой части 2 возникали кольцевые зазоры по поверхности контакта между кольцами 7 и внешней поверхностью трубчатой части 2. Это связано с тем, что коэффициент теплового расширения у резин почти в 10 раз больше, чем у сталей. При этом температура в полости 16 начинала снижаться за счет перетекания нагретых воздушных потоков в полости 15 и 17, где температура воздуха была ниже. Кроме того, образование кольцевых зазоров приводило к отклонению положения внутренней оболочки, при котором происходило некоторое перекрытие принимающей поверхности 14 формирователя изображения 12.

Также при проведении экспериментов было установлено, что при расположении колец 7 на расстоянии от торцов, превышающем три четверти (0,75) характерного размера поперечного сечения внешней поверхности трубчатой части 2, кольца 7, сильно нагреваясь, расширялись в объеме, сдавливая трубчатую часть 2. При этом также возникало отклонение положения внутренней оболочки.

Таким образом, за счет разделения внутренней полости контейнера видеокамеры на несколько зон, отличающихся друг от друга по температуре и за счет расположения держателей, выполненных в виде колец из упругопластичного материала, на расстоянии равном половине характерного размера поперечного сечения внешней поверхности внутренней оболочки, и на расстоянии друг от друга, не превышающем трех указанных характерных размеров создаются нормальные температурные условия для работы видеокамеры при ее неизменном положении относительно внешней оболочки контейнера.

Заявленное изобретение относится к области радиотехники, в частности к элементам телевизионных систем, и может быть использовано в системах наблюдения, применяемых в условиях с низкими температурами. Техническим результатом является обеспечение нормальных температурных условий для работы видеокамеры при ее неизменном положении относительно внешней оболочки контейнера. Контейнер видеокамеры содержит внешнюю и внутреннюю оболочки, держатель, взаимодействующий с внешней поверхностью внутренней оболочки и внутренней поверхностью внешней оболочки по замкнутому контуру. В поперечном сечении формы внутренней поверхности внешней оболочки и внешней поверхности внутренней оболочки подобны. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Контейнер видеокамеры, содержащий внешнюю и внутреннюю оболочки, держатель, находящийся в контакте с внешней поверхностью внутренней оболочки и внутренней поверхностью внешней оболочки, отличающийся тем, что в поперечном сечении формы внутренней поверхности внешней оболочки и внешней поверхности внутренней оболочки подобны, а держатель находится в контакте с внешней поверхностью внутренней оболочки и внутренней поверхностью внешней оболочки по замкнутому контуру.2. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что в нем держатель выполнен в виде, по меньшей мере, двух колец.3. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что в поперечном сечении внутренняя поверхность внешней оболочки и внешняя поверхность внутренней оболочки имеют форму окружностей.4. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что в поперечном сечении внутренняя поверхность внешней оболочки и внешняя поверхность внутренней оболочки имеют форму квадратов.5. Контейнер по п.3, отличающийся тем, что в нем кольца размещены на расстоянии от торцов внутренней оболочки в интервале от одной четвертой до трех четвертых частей диаметра поперечного сечения внешней поверхности внутренней оболочки, а расстояние между соседними кольцами не превышает трех диаметров поперечного сечения внешней поверхности внутренней оболочки.6. Контейнер по п.3, отличающийся тем, что в нем кольца размещены на расстоянии от торцов внутренней оболочки, не превышающем половину диаметра поперечного сечения внешней поверхности внутренней оболочки, а расстояние между соседними кольцами не превышает трех диаметров поперечного сечения внешней поверхности внутренней оболочки.7. Контейнер по п.4, отличающийся тем, что в нем кольца размещены на расстоянии от торцов внутренней оболочки в интервале от одной четвертой до трех четвертых частей стороны квадрата поперечного сечения внешней поверхности внутренней оболочки, а расстояние между соседними кольцами не превышает трех сторон квадрата поперечного сечения внешней поверхности внутренней оболочки.8. Контейнер по п.4, отличающийся тем, что в нем кольца размещены на расстоянии от торцов внутренней оболочки, не превышающем длину стороны квадрата поперечного сечения внешней поверхности внутренней оболочки, а расстояние между соседними кольцами не превышает трех длин стороны квадрата поперечного сечения внешней поверхности внутренней оболочки.