ИМИТАТОР ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ МОДУЛЬНОГО ТИПА Российский патент 2024 года по МПК F41J2/02 

Изобретение относится к имитаторам инфракрасного излучения реальных объектов, в частности головной фигуры, и может быть применена в качестве мишени при подготовке военнослужащих для совершенствования навыков поиска цели с применением тепловизионных приборов.

Известен тепловой имитатор инфракрасного излучения, выполненный в виде плоской излучающей пластины, имеющей глубокие концентрические канавки, с термостойким покрытием в сочетании с отражателем (блендой) в виде усеченного конуса с зеркальными внутренними стенками. Тепловой имитатор снабжен нагревательной системой термостатирования, включающей нагревательный элемент и блок управления. Для поддержания заданного уровня излучения контролируется только один параметр температура. (Макаров А.С., Омелаев А.И., Филиппов В.Л. Введение в технику разработки и оценки сканирующих тепловизионных систем. Казань, «Унипресс, 1998 г., с. 200-201).

Недостатком известного имитатора является его ограниченные возможности, не позволяющие воспроизводить различные температурные режимы внешней поверхности объектов во времени из-за трудности обеспечения изотермичности стенок излучателя при ветровых нагрузках.

Известно «Устройство имитации инфракрасного излучения наземных объектов» (патент RU №2547759, 2015 г.), содержащее микрозеркальный матричный сканирующий узел, инфракрасный излучатель, набор линз и зеркал, объективы, приводы объективов, переключатель объективов и систему наведения. Кроме того, устройство содержит входные регистры, блоки оценки эмпирических коэффициентов, блоки оценки коэффициента пропускания атмосферы, элементы задержки, блоки умножения, элементы ИЛИ, группы блоков умножения, группу блоков возведения в степень, группу регистров, блок оценки энергетической яркости излучения, блок выдачи команд переключения, блок индикации, генератор потоковых импульсов и распределитель импульсов.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции и невозможность применения в качестве тепловой мишени при использовании стрелкового оружия.

Наиболее близким техническим решением, которое может быть принято в качестве прототипа, является полезная модель «Тепловой имитатор инфракрасного излучения» (патент RU №27693, 2003 г.), выполненный в виде излучающей пластины, покрытой термостойкой матовой эмалью, снабжен теплозащитным покрытием, отражателем, нагревательным элементом, расположенным за излучающей пластиной перед отражателем, блоком управления, термодатчиками излучающей пластины и окружающей среды, при этом выходы каждого датчика соединены с входами блока управления, выход которого соединен с нагревательным элементом.

Такой тип имитатора инфракрасного излучателя сужает область эффективного применения инфракрасных имитаторов и не позволяет создавать тепловое поле мишени с различной температурной сигнатурой по площади, в частности головы фигуры.

Задачей изобретения, является возможность тепловой имитации переменного температурного поля мишенью головной фигуры, излучающей в инфракрасной полосе спектра условно точечными излучателями во времени по заданной программе в различных условиях окружающей среды.

Поставленная задача достигается тем, что в имитатор инфракрасного излучения модульного типа, состоящий из излучающей пластины, покрытой термостойкой матовой эмалью, отражателя, нагревательного элемента, расположенного за излучающей пластиной, перед отражателем, блока управления термодатчиками излучающей пластины и окружающей среды, при этом выходы каждого датчика соединены с входами блока управления, выходы которого соединены с нагревательным элементом, введена излучающая пластина, представляет собой мишень головной фигуры, которая выполнена в виде неразборной многоячеистой конструкции с множеством геометрически сформированных полых ячеек, разделенных между собой диэлектрическими стенками, внутренняя поверхность каждой ячейки покрыта теплозащитным покрытием, а нагревательный элемент выполнен из n элементов Пельтье, каждый из которых размещен в полой ячейке.

Все нагревательные элементы связаны электрическими кабелями с блоком управления, который жестко закреплен в основании теплового имитатора, соединен по кабель-каналу через стойку мишени с нагревательными элементами и датчиком температуры окружающей среды, жестко закрепленным на боковой поверхности тыльной стороны основания теплового имитатора, при этом обеспечивается конструктивное единство и реализация тепловым имитатором функционального назначения - имитации динамической характеристики тепловых портретов головы человека во времени по заданной программе.

Режим работы имитатора инфракрасного излучения характеризуется совокупностью значений интенсивности излучения его нагревательных элементов в направлении своих нормалей - величиной вектора J(0)=J_j(0); j=1…n, где n - число нагревательных элементов.

Поверхность имитатора инфракрасного излучения объекта рассматривается как совокупность поверхностей с однородными радиационно-оптическими характеристиками их элементов. На каждой выделенной поверхности в связанной с моделированием температурного поля мишени головной фигуры в системе координат задаются прямоугольные координаты большого числа точек.

Уровень инфракрасного излучения нагревательных элементов мишени во времени осуществляется за счет контроля и оперативного управления уровнем инфракрасного излучения и температурой излучающей поверхности каждого нагревательного элемента имитатора теплового.

Контраст местности и цели (мишени головной фигуры) фиксируется военнослужащим в определенной временной последовательности с применением тепловизионных приборов, что позволяет совершенствовать навыки поиска цели в различных условиях окружающей среды.

Программа, прописанная в электронном блоке управления, реализует изменение цвета и температуры поверхности мишени головной фигуры (замаскированного объекта) - в зависимости от температуры окружающего воздуха среды.

Сущность технического решения поясняется на фиг.

Имитатор инфракрасного излучения модульного типа выполнен в виде мишени головной фигуры 1, на лицевой поверхности которого расположены излучающие пластины 2. Излучающие пластины 2 размещены в сформированных полых ячейках А лицевой поверхности мишени головной фигуры 1, разделенных между собой диэлектрическими стенками 3. Полые ячейки А снабжены теплозащитным покрытием 4, отражателем 5, нагревательным элементом 6. В каждой ячейке А жестко закреплены на внутренней плоскости ячейки А тыльной стороны теплового имитатора: нагревательный элемент 6, отражатель 5 и теплозащитное покрытие 4. В качестве нагревательных элементов 6 применены элементы Пельтье, что позволяет, согласно заданной программе в блоке управления 7, изменять визуальный (инфракрасный) контраст поверхности мишени головной фигуры 1. Нагревательные элементы 6, расположены за излучающей пластиной 2 перед отражателем 5. На излучающей пластине 2 закреплен термодатчик 8, соединенный с входом блока управления 7, выход которого соединен с нагревательным элементом 6, к блоку управления 7 подключен также датчик температуры 9 окружающей среды.

Все нагревательные элементы 6 связаны электрическими кабелями (условно не показаны) с блоком управления 7, который жестко закреплен в основании 10 теплового имитатора, соединен по кабель-каналу через стойку 11 мишени с нагревательными элементами 6 и датчиком температуры окружающей среды 9.

Закрепленные в полых ячейках А лицевой поверхности мишени головной фигуры 1 нагревательные элементы 6, позволяют, согласно заданной программе в блоке управления 7, изменять визуальный (инфракрасный) контраст поверхности мишени головной фигуры 1. Мишень головной фигуры 1 жестко крепится к основанию 10 через стойку 11.

Имитатор инфракрасного излучения модульного типа представляет собой систему автоматического регулирования с отрицательной обратной связью.

В каждой полой ячейке А за излучающей пластиной 2 и перед отражателем 5 расположен нагревательный элемент 6, предназначенный для обеспечения заданной разности температуры (ΔT°С) между излучающей пластиной 2 и окружающей средой. Отражатель 5 осуществляет более равномерный нагрев излучающей пластины 2 и повышает коэффициент полезного действия имитатора инфракрасного излучения. Выходы датчиков 8 и 9 соединены с входами блока управления 7, который предназначен для обеспечения поддержания заданной разности температуры (ΔT°С) между излучающей пластиной 2 и окружающей средой, а также уровня инфракрасного излучения.

Для защиты от осадков и ветровых нагрузок, термодатчик 8 и датчик температуры 9 снабжены защитным кожухом (условно не показаны). Датчик температуры окружающей среды 9 соединен с блоком управления 7 и жестко закреплен на боковой поверхности тыльной стороны основания 10 теплового имитатора.

Термостойкое покрытие рабочей поверхности излучающей пластины 2 имеет высокий коэффициент излучения, а ее геометрические размеры должны соотноситься с геометрическими размерами элемента Пельтье, например, для элемента Пельтье ТЕС1-12706 геометрические размеры составляют - 40×40×3,82 мм.

Имитатор инфракрасного излучения работает следующим образом.

При подаче питания на нагревательные элементы 6 от источника питания 12 излучающие пластины 2, нагреваются до заданной температуры, формируя заданное пространственное распределение инфракрасного излучения внешней лицевой поверхности мишени головной фигуры. Управление осуществляется одновременно или раздельно по программе заданной в блоке управления 7, как по температуре, так и по уровню излучения. Контроль заданного температурного поля мишени головной фигуры контролируется в блоке управления 7 по электрическим сигналом от термодатчика 8 и датчика температуры 9, что соответствует разности между температурой поверхности излучающей пластины 2 и температурой окружающей среды. Электронный блок управления 7 обеспечивает поддержание заданной разности температур (ΔT°С) излучающей пластины 2 и окружающей среды, электрическое питание на нагревательные элементы 6 подается от источника питания 12, жестко закрепленного в основании 10 имитатора инфракрасного излучения.

Интегральная теплопродукция человека зависит от охлаждения его тела и в среднем составляет 370 ккал/ч. На участках открытой поверхности тела человека разница температур может достигать 7°С. На внешней лицевой поверхности мишени головной фигуры могут быть реализованы следующие диапазоны температур, сравнительно высокая температура - в глазной впадине (≈36,4°С) и на шее, а в области сонной артерии (≈34°С).

Имитатор инфракрасного излучения, размещается на открытой местности, на полигоне или в лесном массиве, в месте, неизвестном военнослужащему. Военнослужащий, имеющий тепловизионнный прибор, отрабатывает практические навыки по отысканию реального объекта, обладающего инфракрасным излучением.

В силу малой тепловой инерции имитатор инфракрасного излучения позволяет имитировать динамические характеристики тепловых портретов головы человека во времени по заданной программе в зависимости от температуры окружающей среды.

Имитатор инфракрасного излучения создан для совершенствования навыков практического использования инфракрасных оптико-электронных систем, стоящих на вооружении, в реальных условиях окружающей среды.

Имитатор инфракрасного излучения модульного типа обладает относительной конструктивной простотой и экономичностью, а при достаточно большом числе автономно запитываемых излучающих нагревательных элементов позволяет с хорошей точностью воспроизводить монотонно изменяющееся поле температур головы человека. Монотонный характер изменения этих нагрузок может быть обусловлен совокупным влиянием таких факторов, как, монотонность распределения по поверхности падающих в условиях штатной эксплуатации тепловых потоков.

Изобретение относится к области создания источников инфракрасного излучения и касается имитатора инфракрасного излучения модульного типа. Имитатор состоит из излучающей пластины, покрытой термостойкой матовой эмалью, отражателя, нагревательного элемента, расположенного перед отражателем, и блока управления. Выходы каждого датчика соединены с входами блока управления, выходы которого соединены с нагревательным элементом. Излучающая пластина представляет собой мишень головной фигуры, которая выполнена в виде неразборной многоячеистой конструкции с множеством геометрически сформированных полых ячеек, разделенных между собой диэлектрическими стенками, внутренняя поверхность каждой ячейки покрыта теплозащитным покрытием, а нагревательный элемент выполнен из n элементов Пельтье, каждый из которых размещен в полой ячейке. Технический результат заключается в обеспечении возможности имитации переменного температурного поля мишенью головной фигуры, излучающей в инфракрасной полосе спектра условно точечными излучателями во времени по заданной программе в различных условиях окружающей среды. 1 ил.

Имитатор инфракрасного излучения модульного типа, состоящий из излучающей пластины, покрытой термостойкой матовой эмалью, отражателя, нагревательного элемента, расположенного за излучающей пластиной, перед отражателем, блока управления термодатчиками излучающей пластины и окружающей среды, при этом выходы каждого датчика соединены с входами блока управления, выходы которого соединены с нагревательным элементом, отличающийся тем, что излучающая пластина представляет собой мишень головной фигуры, которая выполнена в виде неразборной многоячеистой конструкции с множеством геометрически сформированных полых ячеек, разделенных между собой диэлектрическими стенками, внутренняя поверхность каждой ячейки покрыта теплозащитным покрытием, а нагревательный элемент выполнен из n элементов Пельтье, каждый из которых размещен в полой ячейке.