ТЕЛЕВИЗИОННЫЙ ЭНДОСКОП Российский патент 2012 года по МПК G02B23/24 

Изобретение относится к области конструирования оптических приборов, в частности к средствам наблюдения внутренних поверхностей полых нагретых тел. Телевизионный эндоскоп может быть использован в составе телевизионных систем для контроля в газовых турбинах самолетов, а также в производствах с высокотемпературными процессами: производстве стекла, металлов, сплавов, тепловой энергии.

Известна камерная вставка для печи (см. US №6229563, H04N 7/18, 2001), содержащая охлаждаемую керамическую трубу, один конец которой помещается в печь, другой приспособлен для оперативного наблюдения. Оптическая система устройства (камера и объектив) закреплена на удаленном конце трубы, расположенном в печи, и соединена с системой обработки изображения посредством электрического кабеля. Максимально допустимая температура эксплуатации устройства составляет 1100°C. Система охлаждается циркулирующей жидкостью и воздухом.

Недостатками такой камерной вставки являются взрывоопасность и отвод значительной тепловой мощности из высокотемпературной зоны за счет использования жидкостной системы охлаждения, а также недостаточно высокая температура эксплуатации и сложность конструкции устройства.

Наиболее близким по техническому решению является принятый за прототип автоколлимационный эндоскоп (см. RU 2294552, G02B 23/24, 2007). Данный эндоскоп используется для визуального поиска и измерения трехмерных дефектов на боковых поверхностях полостей. Конструктивно он выполнен в виде тонкостенной трубки, которая используется в качестве внешнего корпуса эндоскопа. На торце трубки под углом 45° к оптической оси эндоскопа установлено плоское зеркало.

Недостатком данного автоколлимационного эндоскопа является низкая температурная и химическая стойкость внешнего корпуса и элементов его конструкции.

Задачей предлагаемого технического решения является расширение температурного диапазона эксплуатации и обеспечение взрывобезопасности эндоскопа за счет использования в конструкции термостойких материалов и применения газовой системы охлаждения.

Для решения этой задачи предложена конструкция телевизионного эндоскопа, внешний корпус которого выполнен в виде трубки с закрепленным на нем зеркалом под углом 45° к его оси. Кроме того, боковая поверхность корпуса содержит два отверстия, которые используются для подвода охлаждающего газа и формирования изображения исследуемой поверхности. При этом корпус и зеркало выполнены из тугоплавких соединений.

Предлагаемое изобретение позволяет получить следующий технический результат, который выражен в расширении температурного диапазона эксплуатации и повышении надежности конструкции устройства, за счет того что корпус и зеркало выполнены из тугоплавких материалов, стойких также к воздействию химически агрессивной среды. Кроме того, использование газовой системы охлаждения исключает опасность взрыва при разгерметизации эндоскопа и значительно уменьшает массу и объем конструкции корпуса эндоскопа, а также значительно уменьшает паразитный отвод тепла из нагретой зоны исследуемого объекта.

На фиг.1 изображен общий вид конструкции телевизионного эндоскопа. Устройство состоит из зеркала 1, соединенного с корпусом 2, двух отверстий 3, 4, телевизионного модуля 5, объекта исследования 6, высокотемпературной установки 7, персонального компьютера 8.

Устройство работает следующим образом: корпус 2 телевизионного эндоскопа, выполненный в виде трубки, помещают в высокотемпературную зону установки 7 и располагают таким образом, чтобы объект исследования 6 находился в его поле зрения. При этом через входное отверстие 4 в корпус подают газ с определенным значением массового или объемного расхода, который охлаждает стенки корпуса 2 и зеркало 1 до определенной температуры и через отверстие 3 выходит из корпуса. Формирование изображения исследуемого объекта 6 осуществляется, как и в прототипе, с помощью отверстия 3 (диафрагмы) и зеркала 1. Для дальнейшей регистрации изображения и вывода его на монитор ПК 8 используется телевизионный модуль 5.

Имеется конкретный пример реализации предлагаемого изобретения, приведенный на фиг.2.

Пример. В данном примере (фиг.2) применения изобретения в телевизионном эндоскопе в качестве материала корпуса 2, выполненного в виде длинной цилиндрической трубы с двумя отверстиями для подачи охлаждающего газа 4 и ввода изображения исследуемого объекта 3, используется поликристаллический карбид кремния, который обладает известной термической и химической стойкостью (см. Таиров Ю.М., Цветков В.Ф. Полупроводниковые соединения А^IVВ^IV. - В кн.: Справочник по электротехническим материалам. / Под ред. Корицкого Ю.В., Пасынкова В.В., Тареева Б.М. - Л.: Энергоатомиздат, 1988. С.461-463; см. Самсонов Г.В., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения. - М.: Металлургия, 1976, с.379-380). Поэтому не происходит эрозии поверхности корпуса 2 и геометрические размеры отверстий 3, 4 остаются постоянными. В качестве материала зеркала 1 используется монокристаллический карбид кремния политипа 6Н, компенсированного типа. Такой выбор обеспечивает высокую отражательную способность карбида кремния в видимом спектральном диапазоне, а также термическую и химическую стойкость (см. Таиров Ю.М., Цветков В.Ф. Полупроводниковые соединения А^IVВ^IV - В кн.: Справочник по электротехническим материалам. / Под ред. Корицкого Ю.В., Пасынкова В.В., Тареева Б.М. - Л.: Энергоатомиздат, 1988. С.461-463; см. Самсонов Г.В., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения. - М.: Металлургия, 1976, с.379-380). Поэтому не происходит эрозии поверхности зеркала 1 и не изменяется коэффициент отражения оптически прозрачного SiC. Кроме того, для выбранного известного диапазона температур собственное тепловое излучение зеркала оказывается минимальным, что позволяет регистрировать качественное изображение исследуемого объекта с помощью телевизионного модуля (5). Такой выбор конструкционных материалов обеспечивает возможность эксплуатации телевизионного эндоскопа при температурах свыше 1000°C, в том числе и в агрессивных средах.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет:

- повысить надежность конструкции телевизионного эндоскопа;

- обеспечить взрывобезопасность при эксплуатации в высокотемпературной и химически агрессивной среде;

- осуществлять боковой обзор в нагретых труднодоступных зонах при температурах свыше 1000°C.

Эндоскоп используется для визуального поиска и измерения трехмерных дефектов на боковых поверхностях полостей. Внешний корпус конструктивно выполнен в виде трубки. Трубка содержит на одном из концов зеркало, расположенное под углом 45° к оси корпуса. Боковая поверхность корпуса содержит не менее двух отверстий. Одно из отверстий служит для подвода потока охлаждающего газа, а другое - для ввода потока излучения и выхода потока газа. Корпус и зеркало изготовлены из тугоплавких материалов, стойких к окислению. Технический результат - расширение температурного диапазона эксплуатации и обеспечение взрывобезопасности эндоскопа. 2 ил.

Телевизионный эндоскоп для визуального поиска и измерения трехмерных дефектов на боковых поверхностях полостей, внешний корпус которого конструктивно выполнен в виде трубки, содержащей на одном из концов зеркало, расположенное под углом 45° к оси корпуса, отличающийся тем, что боковая поверхность корпуса содержит не менее двух отверстий, одно из которых служит для подвода потока охлаждающего газа, а другое для ввода потока излучения и выхода потока газа, причем корпус и зеркало изготовлены из тугоплавких материалов, стойких к окислению.