Тепловизионный модуль Российский патент 2018 года по МПК G02B23/12 

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения, в частности, к устройствам для преобразования инфракрасных изображений в видимые, и может быть использовано в качестве входных модулей тепловизионных приборов, используемых при контроле радиопрозрачных укрытий (РПУ) фазированных антенных решеток (ФАР).

В радиопрозрачных укрытиях передающих ФАР с большой плотностью потока средней СВЧ мощности (десятки кВт) происходит выделение тепла из-за потерь в диэлектрических материалах их конструкций. Величина потерь зависит как от конструкции, так и от условий эксплуатации РПУ, поэтому, как на этапе создания РПУ ФАР, так и в период эксплуатации проводится контроль температурного режима РПУ. Один из способов контроля нагрева конструкций РПУ является контроль температуры внешней поверхности с использованием тепловизионных устройств.

Тепловизионные устройства фиксируют распределение температур на внешней поверхности всего РПУ или на внешней поверхности отдельных участков укрытия. Это позволяет локализовать места нагрева и своевременно выяснить причину перегрева радиопрозрачных конструкций как на этапе проверки по ТУ, так и в процессе эксплуатации.

Для измерения температурного режима тепловизионное устройство должно размещаться перед РПУ ФАР и, в таком случае, подвергается воздействиям СВЧ поля. Конструкция тепловизионного устройства должна обеспечивать его защиту от воздействий СВЧ полей. Плотность потока СВЧ мощности в раскрыве антенны может составлять 10-50 кВт/м, что делает необходимым использование при изготовлении РПУ диэлектрических материалов с малыми потерями (tgδ<10^-3). Но, даже малые потери приводят к нагреву диэлектрической конструкции. Чрезмерный нагрев приводит к изменению характеристик диэлектрика, что может вызвать дополнительное увеличение потерь. В связи с вышесказанным необходима текущая оценка температур и контроль нагрева в процессе работы фазированной антенной решетки и других объектов с мощными передающими антеннами.

Сложность реализации тепловизионного контроля заключается в том, что при высоком уровне потока СВЧ мощности приборы не могут функционировать и зачастую выходят из строя. Поэтому при проведении работы необходима защита тепловизионного оборудования, находящегося под воздействием мощного СВЧ поля. При этом СВЧ-защита не должна искажать или препятствовать визуальному тепловому контролю, что делает необходимым разработку оптических экранов, защищающих оборудование на достаточном уровне и ослабляющих СВЧ сигнал до допустимых значений.

Известно техническое решение [RU 2125222, C1, F41G 1/00, 20.01.1999], содержащее броневое ограждение входной оптики тепловизионного прицела, содержащее броневой колпак прицела с защитным стеклом и броневой крышкой, которая выполнена с отверстием, соответствующим полю зрения прицела с учетом углов прокачки в вертикальной плоскости, перед ней установлена дополнительная броневая крышка со щелевыми отверстиями и быстродействующим приводом открывания, при этом по периметру отверстия броневой крышки и снаружи по периметру дополнительной броневой крышки установлены буртики, ширина и высота которых равны толщине соответствующих крышек, а дополнительная крышка выполнена толщиной, обеспечивающей компенсацию уменьшения ее прочности из-за щелевых отверстий.

Это техническое решение обеспечивает защиту входной оптики и электроники тепловизионного устройства от механического и огневого воздействия, но обладает относительно низкой эффективностью защиты от СВЧ излучения и при его использовании реализуется относительно низкое качество формирования видимого изображения, вследствие искажений, которое вносит броневая крышка.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является тепловизионный модуль [RU 92973, U1, G02B 23/12, 10.04.2010], содержащий инфракрасный объектив с установленным в его фокальной плоскости фотоприемным устройством, включающим матричный приемник теплового излучения и устройство формирования видеосигнала, а также компенсатор расфокусировки изображения с электроприводом, расположенный на оптической оси объектива перед приемником теплового излучения, выполненный в виде линзы, установленной с возможностью перемещения вдоль оси объектива, электронный блок обработки сигнала, включающий электрически связанные преобразователь интерфейса, устройство управления и устройство формирования и обработки изображения, при этом первый вход преобразователя интерфейса, являющийся первым входом электронного блока обработки сигнала, подключен к выходу устройства формирования видеосигнала, второй выход преобразователя интерфейса, являющийся первым выходом электронного блока обработки сигнала, подключен к входу электропривода перемещения линзы оптического компенсатора, первый выход преобразователя интерфейса подключен к первому входу устройства формирования и обработки изображения, второй вход преобразователя интерфейса подключен к первому выходу устройства управления, первый выход устройства формирования и обработки изображения является вторым выходом электронного блока обработки сигнала и служит для подключения видеомонитора объекта применения, второй вход устройства формирования и обработки изображения подключен ко второму выходу устройства управления, первый вход которого является вторым входом электронного блока обработки сигнала и служит для подключения пульта дистанционного управления объекта применения.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая надежность при работе в условиях воздействия СВЧ излучения, а также низкое качество формирования видимого изображения вследствие искажений в условиях его мощного воздействия.

Задачей изобретения является создание модуля тепловизионного приемника с повышенной надежностью при работе в условиях воздействия СВЧ излучения, а также повышение качества формирования видимого излучения в этих условиях работы.

Требуемый технический результат заключается в повышении надежности при работе в условиях воздействия СВЧ излучения, а также в повышении качества формирования видимого излучения в этих условиях работы.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в тепловизионный модуль, содержащий линзу, в фокальной плоскости которой установлен инфракрасный детектор, согласно изобретению, введен СВЧ-фильтр, выполненный в виде круглого волновода с внутренним диаметром не менее λ/2, и длиной λ, причем, линза крепится внутри круглого волновода гайкой на расстоянии от 1 до 100 мм от входа волновода через прокладку из токопроводящего амортизирующего материала, установленную между линзой и круглым волноводом.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, круглый волновод выполнен из латуни.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что внутренний диаметр круглого волновода лежит в интервале от 5 до 50 мм.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что внешний диаметр круглого волновода лежит в интервале от 20 до 150 мм.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что длина круглого волновода составляет от 20 до 300 мм.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве токопроводящего амортизирующего материала используют токопроводящую резину.

На чертеже представлен тепловизионный модуль.

На чертеже обозначены: 1 - СВЧ-фильтр; 2 - прокладка из токопроводящего амортизирующего материала; 3 - линза; 4 - гайка.

Тепловизионный модуль содержит линзу 3, в фокальной плоскости которой установлен инфракрасный детектор (на чертеже не показан), а также СВЧ-фильтр 1, выполненный в виде круглого волновода с внутренним диаметром не менее λ/2, и длиной λ, причем, линза 3 крепится внутри круглого волновода на расстоянии от 1 до 100 мм от входа круглого волновода через прокладку 2 из токопроводящего амортизирующего материала, установленную между линзой 3 и круглым волноводом 1, и закрепляется в круглом волноводе гайкой 4.

Круглый волновод 1 может быть выполнен из латуни с покрытием никелем или цинком, его внутренний диаметр выбирается в интервале от d=5…50 мм в зависимости от длины волны оптического фильтра, внешний диаметр выбирается в интервале D=20…150 мм, а длина L=20…300 мм.

В качестве токопроводящего амортизирующего материала может быть использована токопроводящая резина.

Работает тепловизионный модуль следующим образом.

Принимаемое ИК излучение поступает через линзу 3 на инфракрасный детектор и далее на необходимые блоки обработки и индикации тепловизионного изображения.

При работе в условиях воздействия СВЧ излучения от передающих фазированных антенных решеток мощность излучения может достигать 10⁴ Вт/м². Следовательно, для обеспечения санитарных норм по безопасной работе тепловизионного модуля необходимо обеспечить уровень его экранирования не ниже 10⁵ или 50 Дб. Для защиты оптической части тепловизора необходимо использовать фильтр, обеспечивающий достаточный уровень экранирования. В качестве фильтра используется СВЧ-фильтр 1 в виде круглого закритического волновода.

Для защиты объектива тепловизора от СВЧ излучения с высокой плотностью потока мощности (более 10⁴ Вт/м²) СВЧ-фильтр должен обеспечивает передачу изображения без искажения тепловой картинки, т.е. обеспечивает угол видимости в 25° в зависимости от расстояния до измеряемого объекта и имеет внутренний диаметр больше диаметра линзы, либо другой угол в диапазоне от 6° до 180°, в зависимости от поставленной задачи.

Такими характеристиками обладает круглый волновод с внутренним диаметром более (1/2) λ мм и длиной волны ~λ мм.

Оценку затухания в таком волноводе можно провести для волны типа Н₁₁, имеющей λ_кр - радиус волновода. Длина волновода должна быть не менее 30,0 мм и не более 300,0 мм.

При длине волновода L=70 мм затухание оценивается как

При длине волны, равной длине волновода, затухание составляет ~53 дБ, т.е. с таким фильтром тепловизор может работать в СВЧ-полях с НИМ ~2*10⁴ Вт/м² ≈20 кВт/м².

Таким образом, благодаря усовершенствованию известного устройства существенно увеличивается его надежность при работе в условиях мощного СВЧ-излучения, в частности, при контроле радиопрозрачных укрытий (РПУ) фазированных антенных решеток (ФАР), а также повышается качество формирования видимого излучения в этих условиях работы, поскольку мощное СВЧ-излучение не приводит к изменениям физических свойств инфракрасных детекторов и других элементов тепловизоров.

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения, в частности к устройствам для преобразования инфракрасных изображений в видимые, и может быть использовано в качестве входных модулей тепловизионных приборов, используемых при контроле радиопрозрачных укрытий фазированных антенных решеток. Устройство содержит линзу, в фокальной плоскости которой установлен инфракрасный детектор, а также СВЧ-фильтр, выполненный в виде круглого волновода с внутренним диаметром не менее λ/2, и длиной λ. При этом линза крепится внутри круглого волновода гайкой на расстоянии от 1 до 100 мм от входа волновода через прокладку из токопроводящего амортизирующего материала, установленную между линзой и круглым волноводом. Изобретение обеспечивает технический результат, заключающийся в повышении надежности и качества формирования тепловизионного изображения. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Тепловизионный модуль, содержащий линзу, в фокальной плоскости которой установлен инфракрасный детектор, отличающийся тем, что введен СВЧ-фильтр, выполненный в виде круглого волновода с внутренним диаметром не менее λ/2 и длиной λ, причем линза крепится внутри круглого волновода гайкой на расстоянии от 1 до 100 мм от входа волновода через прокладку из токопроводящего амортизирующего материала, установленную между линзой и круглым волноводом.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что круглый волновод выполнен из латуни.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренний диаметр круглого волновода лежит в интервале от 5 до 50 мм.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внешний диаметр круглого волновода лежит в интервале от 20 до 150 мм.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что длина круглого волновода составляет от 20 до 300 мм.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве токопроводящего амортизирующего материала используют токопроводящую резину.