Волоконно-оптический интроскоп Советский патент 1992 года по МПК G02B23/26 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к оптическим приборам наблюдения невидимых объектов, находящихся в труднодоступных, удаленных зонах, внутри закрытых полостей, труб при нахождении оператора-наблюдателя снаружи.

Известны приборы для просмотра внутренних поверхностей труб и закрытых труднодоступных полостей {jjnJ2J. В таких приборах используются различные варианты освещения рассматриваемой поверхности и вывода изображения. Для освещения, как правило, используются малогабаритные электрические лампочки накаливания, расположенные в дистальном конце прибора.

Для вывода изображения в зависимости от длины прибора (от длины рассматриваемого канала) и от его диаметра (диаметра1 трубы) в приборе используют от 2 до 15-20 линзовых оборачивающих систем. Использование линзовых оборачивающих систем

ограничивает возможности изгибания прибора, т.е. просмотра изогнутых каналов или , введения прибора в закрытую полость по изогнутым каналам, а также ограничивает апертуру оптической системы

Для устранения этих недостатков освещение рассматриваемой поверхности может быть осуществлено от источника света, расположенного вне трубы или просматриваемой полости. Для введения света широко используются в различных вариантах гибкие волоконно-оптические жгуты. Применяются они и для вывода изображения из трубы или закрытой полости вместо линзовой системы.

Наряду с указанными недостатками этих приборов основным недостатком является то, что все эти аналоги неприменимы для интроскопирования внутренних поверхностей труб или других закрытых полостей, содержащих радиоактивные вещества и

XI

О

ел

о

другие источники ионизирующих излучений.

В настоящее время разработаны и серийно выпускаются отечественной промышленностью эндоскопические и интроскопические приборы с гибкими волоконно-оптическими жгутами, используемыми и для введения света в закрытую полость и для вывода-извлечения изображенияЈз. Прибор состоит из наружного осветителя с источником электропитания, волоконного жгута для введения света в просматриваемую закрытую полость, дистального объектива волоконного жгута для вывода изображения и проксимальной окулярной системы для рассматривания изображения, локализованного на проксимальном торце регулярного волоконного жгута. Прибор работает в видимой части спектра. Этот инт- роскоп является прототипом данного изобретения.

Наиболее существенным недостатком всех известных интроскопов является то, что при работе в зоне с повышенным уровнем радиоактивного проникающего излучения светопропускание прибора резко уменьшается В зависимости от вида радиоактивного излучения (гамма, гамма-нейтронное, электронное и др.), от поглощенной дозы, от марок стекол, использованных для изготовления волоконно-оптических жгутов и объектива, наведенная оптическая плотность может достигать 2-3 и более единиц, т е светопропускание прибора уменьшается до 1-0,1% и менее. При столь малых светопропусканиях прибора и ограниченной мощности осветителя из-за малой яркости изображения практически полностью теряется возможность наблюдения.

Следующим недостатком прототипа является громоздкость и большая масса осветителя, который к тому же питается от электросети, т е. привязан к настенной розетке. Это практически полностью лишает возможности использования интроскопа в автономном режиме как ручного переносного прибора, для эксплуатации которого было бы достаточно одного оператора. Фактически все зарубежные и отечественные интроскопы предназначены для стационарного использования,когда объект интроско- пирования доставляется в

дефектоскопическую лабораторию к интро- скопу, который транспортабелен только в пределах этой лаборатории При необходимости обратной операции - доставка традиционных волоконных интроскопов к объекту контроля - требуется не менее двух опера- торов-интроскопистов, плюс к этому тем

или иным способом необходимо решить вопрос электропитания осветителя

Целью изобретения является обеспечение дистанционного интроскопирования

объектов, находящихся в зонах с высоким уровнем радиоактивного излучения, а также уменьшение габаритов и массы волоконно- оптического интроскопа, обеспечение его ав- тономной эксплуатации и повышение

0 яркости визуализированного изображения.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема интроскопа с гетеродинным усилением яркости; на фиг. 2-е гетеродинным и электронно-оптическим усилением яркости (1 5 объектив прибора, 2 - осветительный волоконно-оптический жгут, 3 - наблюдательный волоконно-оптический жгут, 4 - осветительные ИК-светодиоды (ИК-микролазеры), 5 - слой антистоксового люминофора (АСЛ), 6 0 параболическое зеркало, 7 - ИК-светодиоды (ИК-микролазеры) для гетеродинного возбуждения, 8- корпус-тубус прибора, 9 - источник питания ИК-светодиодов (например, типа РЦ- 85), 10-окуляр прибора, 11 -выключатель, 12

5 - микрообъектцв, 13 - электронно-оптический усилитель яркости (ЭОП).

Интроскоп имеет волоконный канал- жгут 2, передающий излучение ИК-светодиодов 4 для ПК-освещения закрытий полости

0 и объектов интроскопирования в ней. Осветительные ИК-светодиоды 4 компактно с высокой плотностью расположены перед входным (проксимальным) торцом волоконного жгута 2 .

5 Осветительный жгут имеет кольцевое поперечное сечение и расположен концент- рично относительно наблюдательного волоконного жгута 3, что обеспечивает уменьшение поперечных габаритов воло0 конно-оптического интроскопа, монтаж обоих волоконных жгутов в одном корпусе и осесимметричное ИК-освещение обьектов интроскопирования. ИК-изображение инт- роскопируемого объекта дистальным объек5 тивом 1 формируется на входном дистальном торце жгута 3 и передается на его выходной торец, на котором расположен слой 5 антистоксового люминофора

Окулярная система содержит микрообъ0 ектив 12 и параболическое зеркало 6. На входе зеркала б по эпикольцевой части микрообъектива 12 компактно с высокой плотностью расположены ИК-светодиоды 7, ИК-излучение которых параболическим зер5 калом 6 направляется на слой АСЛ 5, преимущественно, в среднюю рабочую зону слоя, где локализовано переданное жгутом 3 изображение. В результате гетеродинного возбуждения АСЛ ИК-изображение визуализируется и наблюдается через окуляр 10.

Таким образом, излучение диодов 4 является сигнальным, а диодов 7 - накачкой.

Электропитание ИК-светодиодов 4 и 7 осуществляется от микроаккумуляторов 9 (например, типа РЦ-85), расположенных на корпусе-тубусе 8 и имеющих общий включатель 11. Длина корпуса-тубуса 8 стандартная: 160 или 190 мм.

Вместо ИК-светодиодов 4 и 7 в предлагаемом волоконно-оптическом интроскопе применимы микролазеры на основе гетеро- структур InGaAsP/ InP, отличающихся от светодиодов большей мощностью ИК-излу- чения при тех же габаритах. Применительно к предложенному интроскопу важно и то, что современные микролазеры на основе различных гетероструктур имеют широкий набор по длинам волн - от 0,8 до 1,7 мкм.

Визуализированное изображение инт- роскопированного объекта локализовано на торце волоконного жгута 3. Микрообьектив 12 проецирует изображение на фотокатод электронно-оптического усилителя 13. Изображение на экране ЭОПа рассматривается в окуляр 10.

Формула изобретения

1. Волоконно-оптический интроскоп. содержащий осветитель с источником излучения и сбетоволоконные жгуты освещения и наблюдения, оптическую систему наблюдения выходного торца жгута наблюдения и объектив, отличающийся тем, что, с целью обеспечения визуального дистанционного интроскопирования объектов, находящихся в зонах радиоактивного излучения, осветитель содержит источник инфракрасного излучения диапазона 0,8-1,1 мкм. а на выходной торец жгута наблюдения нанесен

слой антистоксового люминофора, имеющего спектральную полосу возбуждения, соответствующую спектру излучения осветителя, и спектр свечения в видимой 5 области.

2.Интроскоп поп. 1,отличающий- с я тем, что, с целью уменьшения его габаритов и массы и обеспечения его автономной эксплуатации, осветитель содержит

0 набор инфракрасных светодиодов, располо- женных перед входным торцом стекловоло- конного жгута освещения, а источники питания светодиодов расположены на корпусе оптической системы наблюдения вы5 ходного торца жгута наблюдения.

3.Интроскоп по пп. 1 и2,отличаю- щ и и с я тем, что, с целью повышения яркости визуализированного изображения путем дополнительного гетеродинного воз0 буждения антистоксового люминофора, перед торцом жгутэ наблюдения установлены вне оптической оси жгута по кольцу свето- диоды, излучающие в диапазоне 0.8-1,7 мкм, и параболическое кольцевое зеркало,

5 а источники питания светодиодов расположены на корпусе оптической оси системы наблюдения выходного торца жгута наблюдения.

4.Интроскоп по пп. 1-3, отличаю- 0 щийсятем, что с целью дополнительного

повышения яркости визуализированного изображения, в оптическую систему наблюдения выходного торца жгута наблюдения дополнительно установлены перед торцом 5 жгута последовательно на оптической оси микрообъектив и электронно- оптический преобразователь с автономным источником питания.

Л

Фиг.1

Использование, интроскопия невидимых объектов, находящихся в зонах высокой интенсивности радиоактивного ионизирующего излучения. Сущность изобретения: в интроскопе в качестве источников излучения применены светодиоды ИК-диапазона. Для преобразования этого излучения в видимый свет на выходной торец волоконного жгута нанесен слой антистоксового люминофора. 4 з,п. ф-лы, 2 ил.

fput.2.