ТЕПЛОВИЗОР Советский патент 2016 года по МПК G01S17/00 

Предлагаемое изобретение относится к области пеленгационных средств и может быть использовано при разработке систем освещения окружающей тепловой обстановки, обнаружения на ее фоне малоразмерных более ярких объектов и определения их координат в инфракрасном диапазоне волн излучения.

В известных устройствах подобного типа, использующих многоэлементные приемники излучения /линейки, решетки/, электрические сигналы элементов приемника излучения через предварительные усилители поступают на электронные ключи коммутатора, а с него на основной усилитель /см., например, патент ФРГ №2031971, патент Великобритании №1355975, патент США №4209699, а.с. СССР №809658, а.с. СССР №847887, патент Великобритании №2160050/.

Основным недостатком всех этих устройств является большая частота опроса элементов приемника излучения, а, соответственно, и низкая чувствительность устройств, поскольку она зависит от времени опроса элементов приемника излучения. Так, для создания телевизионного формата с частотой кадров 25 Гц при 400 строках в кадре для 100-элементного приемника излучения частота опроса равна 1 МГц. Время опроса одного элемента, соответственно, равно 1 мкс.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, которое принято за прототип, описано в заявке №3156652 с приоритетом от 24.11.86 г., МКИ G01S 17/00.

В описании устройства не будем рассматривать оптическую схему, поскольку она не касается предмета изобретения.

Известный тепловизор содержит входной объектив, сканирующее зеркало, редуктор, исполнительный электродвигатель, ЛМППЭ, блоки питания, две группы линий задержек, ключи, усилитель, синхронизатор и ВКУ.

Входной объектив и сканирующее зеркало оптически связаны с ЛМПЛЭ. Сигнальные выходы элементов ЛМПЛЭ через первую группу линий задержек и ключи подсоединены к входу усилителя. Питающие входы ЛМПЛЭ подсоединены к выходам блоков питания, входы которых соединены между собой и подключены к первому выходу синхронизатора, который через вторую группу линий задержек связан так же с управляющими входами ключей. Второй выход синхронизатора подключен к исполнительному электродвигателю. Выход усилителя, третий и четвертый выходы синхронизатора подключены соответственно к первому, второму и третьему входам ВКУ.

В данном тепловизоре при анализе тепловой картины исследуемого пространства электрические сигналы с элементов линейного многоэлементного приемника лучистой энергии /ЛМПЛЭ/, проходя дискретные линии задержки и электронные ключи коммутатора, формируют сигнал строки изображения, который через усилитель поступает на ВКУ. При повороте зеркала на определенный угол, формируется следующая строка и т.д.

Недостатком вышеописанного устройства является тот факт, что даже при понижении частоты опроса элементов приемника излучения за счет применения линий задержек до 10 кГц время опроса элементов остается таким же, как и при частоте опроса, равной 1 МГц, а это влияет на чувствительность тепловизора.

Целью предлагаемого изобретения является повышение чувствительности устройства. Поставленная цель достигается за счет того, что в тепловизор, содержащий входной объектив, сканирующее зеркало с редуктором и исполнительным электродвигателем, ЛМПЛЭ с блоками питания, электронные ключи, линии задержек, усилитель, ВКУ и синхронизатор, в котором ЛМПЛЭ оптически связан с входным объективом и сканирующим зеркалом, выход усилителя соединен с первым входом ВКУ, второй и третий входы которого связаны с третьим и четвертым выходами синхронизатора, второй выход которого соединен с исполнительным электродвигателем сканирующего устройства, первый - с входами блоков питания, выходы которых соединены с питающими входами элементов ЛМПЛЭ, выходы первых N-1 линий задержек соединены с сигнальными входами соответствующих N-1 ключей, выходы вторых N-1 линий задержек соединены с управляющими входами соответственно N-1 ключей, причем времена задержек двух линий задержек, подключенных к одному ключу равны и выполнены с временами, равными N·t_з, где N - порядковый номер элемента ЛМПЛЭ, а t_з - время задержки второго элемента ЛМПЛЭ, при этом выходы всех N-1 ключей объединены между собой и подключены ко входу усилителя, введены первая и вторая дополнительные группы электронных ключей, емкостные накопители по количеству элементов ЛПМЛЭ, две дополнительные линии задержки и один дополнительный электронный ключ, при этом потенциальные выводы емкостных накопителей, сигнальные входы первой и второй групп электронных ключей соединены с сигнальными выходами соответствующих элементов ЛМПЛЭ, другие выводы емкостных накопителей и выходы первой группы дополнительных электронных ключей соединены с общей земляной шиной, управляющие входы первой дополнительной группы электронных ключей объединены и подключены к выходу первой дополнительной линии задержки, которая другим выводом соединена с пятым дополнительно снабженным выходом синхронизатора, шестой дополнительно снабженный выход которого соединен со входом второй дополнительной линии задержки, выход которой связан с объединенными входами вторых N-1 линий задержек и объединенными управляющими входами второй дополнительной группы электронных ключей, при этом сигнальные выходы второй дополнительной группы электронных ключей подключены к входам соответствующих первых N-1 линий задержек, кроме первого, который подключен к сигнальному входу дополнительно введенного электронного ключа, выход которого подключен ко входу усилителя, а управляющий его вход подключен к выходу второй дополнительной линии задержки.

Суть введения накопительных емкостей, двух дополнительных групп электронных ключей, двух дополнительных линий задержек и одного дополнительного электронного ключа заключается в том, что введение этих элементов дает возможность опрашивать один элемент ЛМПЛЭ не за 1 мкс, а за 99 мкс при времени строки, равной 100 мкс. Увеличение времени опроса элемента ЛМПЛЭ с 1 мкс до 99 мкс при телевизионном отображении информации дает возможность повысить чувствительность устройства примерно на порядок. Использование подобной совокупности признаков для повышения чувствительности тепловизора авторам и заявителю неизвестно, поэтому является новым, хотя достигается это известными элементами. Поэтому данное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлена структурная схема предложенного тепловизора, а на фиг. 2 показаны эпюры напряжений в точках И₁÷И₁₅. Тепловизор /см. фиг. 1/ содержит входной объектив 1, сканирующее зеркало 2, редуктор 3, исполнительный электродвигатель 4, ЛМПЛЭ 5, накопительные емкости 6, две дополнительные группы первая 7 и вторая 8 электронных ключей, блоки питания элементов ЛМПЛЭ 9, линии задержек 10 и 11, электронные ключи 12, усилитель 13, ВКУ 14, дополнительные линии задержек 15 и 16 и синхронизатор 17.

Выходной объектив 1 и сканирующее зеркало 2 оптически связаны с ЛМПЛЭ 5. Сигнальные выходы элементов ЛМПЛЭ 5, кроме первого, через вторую дополнительную группу электронных ключей 8, линии задержек 10 и ключи 12 подсоединены к входу усилителя 13. Сигнальный выход первого элемента ЛМПЛЭ 5 через дополнительный электронный ключ группы 8 и дополнительный электронный ключ группы 12 также подсоединен к входу усилителя 13; выход которого соединен с первым входом ВКУ 14. Питающие входы ЛМПЛЭ 5 подсоединены к выходам блоков питания 9, входы которых соединены между собой и подключены к первому выходу синхронизатора 17, второй выход которого подсоединен к исполнительному электродвигателю 4. Третий и четвертый выходы синхронизатора 17 связаны с вторым и третьим выходами ВКУ 14. Синхронизатор 17 снабжен пятым и шестым выходами. Пятый выход через линию задержки 16 подключен к линиям задержки 11 и управляющим входам ключей 8. Выходы линий задержек 11 подсоединены к управлявшим входам электронных ключей 12. Шестой выход синхронизатора 17 через линию задержки 15 подключен к управляющим входам первой дополнительной группы электронных ключей 7, которые подключены между сигнальными выходами элементов ЛМПЛЭ 5 и корпусом. Между сигнальными выходами элементов ЛМПЛЭ 5 и корпусом подсоединены также накопительные емкости 6.

Предлагаемый тепловизор работает следующим образом. При помощи входного объектива 1, сканирующего зеркала 2 и исполнительного электродвигателя 4 с редуктором 3 анализируется тепловая картина на исследуемом участке пространства. Тепловое излучение строки анализируемого пространства поступает на ЛМПЛЭ 5, элементы которого выдают электрические сигналы, пропорциональные величине поступающего потока излучения. Электрические сигналы с элементов ЛМПЛЭ 5 на протяжении 99 мкс поступают на накопительные емкости 6. Время 99 мкс определяется длительностью импульсов, которые поступают с блоков питания 9 на питающие входы элементов ЛМПЛЭ 5. На блоки питания 9 подается общий импульс запуска от синхронизатора 17. По истечении 99 мкс с синхронизатора 17 на управляющие электроды ключей 8 через первую дополнительную линию задержки 16 с временем задержки, равным 99 мкс, поступает импульс с длительностью равной 1 мкс. В течение этого времени производится съем сигналов с накопительных емкостей 6. После этого электрические сигналы с длительностью, равной 1 мкс, поступают на линии задержки 10, на выходе которых формируется строка изображения с временем равным 100 мкс, если ЛМПЛЭ 5 содержит 100 элементов. После объема электрических сигналов с накопительных емкостей 6 на управляющие входы первой дополнительной группы электронных ключей 7 с синхронизатора 17 через вторую дополнительную линию задержки 15 с временем задержки, равным 100 мкс, поступает импульс обнуления с длительностью, равной 0,1 мкс. Импульс, поступающий на вторую дополнительную группу электронных ключей 8, одновременно поступает через линии задержек 11 на управляющие электроды ключей 12. Таким образом, на вход усилителя 13 поступает строка изображения пространства длительностью 100 мкс. Частота всех синхронизирующих импульсов равна 10 кГц. Частота синхронизирующих импульсов определяется из условия, что телевизионное изображение имеет 25 кадров с 400-я строками в кадре для 100-элементного приемника излучения, т.е. F_повт.=25×400=10 кГц. При повороте зеркала 2 на определенный угол, формируется следующая строка изображения и т.д.

На ВКУ 14 с синхронизатора 17 поступают импульсы синхронизации по строкам и кадрам.

Предложенное устройство по сравнению с известными имеет следующие существенные преимущества.

Предложенное устройство позволяет опрашивать элементы приемника в течение 99 мкс, в то время как известные имеют время опроса равное 1 мкс. Это позволяет резко увеличить чувствительность тепловизора. Данные приведены для 100-элементного приемника с частотой кадров 25 Гц и с 400-я строками в кадре. В настоящее время по данному техническому решению разработаны технические предложения.

При реализации предложенного устройства в качестве оптической системы рекомендуется использовать зеркальные, зеркально-линзовые или линзовые объективы, например, типа ПИКАР-11М, "Иртал-4", В-1604. В качестве приемников излучения, охлаждаемых до 80°K, предпочтительно применить приемники из антимонида индия, свинец-олово-теллура, ртуть-ФУЛ-132 ос2.003.023ТУ, ФРО-152П ОС4.681.070ТУ, "Арга-2" и др.

В предлагаемом устройстве целесообразно применить линии задержки ПЗС типа ИС528БФ1, усилителя - ИСК538УН1 или К140УД8, ключей - м.с. серии К590КН2÷К590КН6.

Синхронизатор является генератором импульсов /1-й, 3-й, 4-й 5-й и 6-й/ с пятью каналами со следующими параметрами:

1-й канал: τ_u=99 мкс; f_п=10 кГц;

3-й канал: меандр с τ_u=100 мкс; f_п=10 кГц;

4-й канал: τ_u=24 мс; θ=10 мс; f_п=25 Гц;

5-й канал: τ_u=0,1 мкс; θ=10 кГц;

6-й канал: τ_u=1 мкс; f_п=10 кГц;

С выхода 2-го канала синхронизатора поступает трехфазное напряжение с частотой 400 Гц и амплитудой 200 В, которое служит для запитки электропривода, высокостабильного синхронизированного типа ЭВС-3 ГЭ2.559.005Т0, который является исполнительным электродвигателем сканирующего устройства.

Изобретение относится к пеленгационным средствам оптического диапазона и может быть использовано для обнаружения на фоне окружающей тепловой обстановки более ярких малоразмерных объектов и определения их координат. Сущность: тепловизор содержит входной объектив (1), сканирующее зеркало (2) с редуктором (3) и исполнительным электродвигателем (4), многоэлементный приемник (5) лучистой энергии с блоками (9) питания, группу электронных ключей (12), линии задержки (10, 11), усилитель (13), ВКУ (14), синхронизатор (17). Приемник (5) лучистой энергии оптически сопряжен с входным объективом (1) и сканирующим зеркалом (2). Выход усилителя (13) соединен с входом ВКУ (14), другие входы которого соединены с выходами синхронизатора (17). Два других выхода синхронизатора (17) соединены с исполнительным электродвигателем (4) и с входами блоков (9) питания. Выходы блоков (9) питания соединены с входами элементов приемника (5) лучистой энергии. Выходы N-1 линий задержки (10, 11) соединены с сигнальными входами соответствующих N-1 ключей (12), при этом выходы N-1 ключей (12) соединены со входом усилителя (13). Кроме того, в тепловизор введены первая и вторая дополнительные группы электронных ключей (7, 8), группа емкостных накопителей (6), две дополнительные линии задержки (15, 16). При этом потенциальные выводы емкостных накопителей (6), сигнальные входы первой и второй дополнительных групп электронных ключей (7, 8) соединены с сигнальными выходами соответствующих элементов приемника (5) лучистой энергии. Другие выводы емкостных накопителей (6) и выходы первой группы дополнительных электронных ключей (7) соединены с общей земляной шиной. Управляющие входы первой дополнительной группы электронных ключей (7) соединены с выходом первой дополнительной линии задержки (15). Другой вывод первой дополнительной линии задержки (15) соединен с выходом синхронизатора (17), один из выходов которого соединен со входом второй дополнительной линии задержки (16). Выход второй дополнительной линии задержки (16) соединен со входами вторых N-1 линий задержки (11) и управляющими входами дополнительной группы электронных ключей (8). Сигнальные выходы второй дополнительной группы электронных ключей (8) соединены со входами соответствующих N-1 линий задержки (11). Сигнальный выход первого элемента приемника (5) лучистой энергии через первый электронный ключ группы (8) и первый электронный ключ группы (12) подсоединен ко входу усилителя (13). При этом управляющий вход первого электронного ключа группы (12) соединен с выходом второй дополнительной линии задержки (16). Технический результат: повышение чувствительности тепловизора. 2 ил.

Тепловизор, содержащий входной объектив, сканирующее зеркало с редуктором и исполнительным электродвигателем, многоэлементный приемник лучистой энергии с блоками питания, электронные ключи, линии задержек, усилитель, ВКУ и синхронизатор, в котором многоэлементный приемник лучистой энергии оптически сопряжен с входным объективом и сканирующим зеркалом, выход усилителя соединен с первым входом ВКУ, второй и третий входы которого соединены с третьим и четвертым выходами синхронизатора, второй выход которого соединен с исполнительным электродвигателем сканирующего устройства, первый выход соединен со входами блоков питания, выходы которых соединены с первыми входами элементов многоэлементного приемника лучистой энергии, выходы N-1 линий задержек соединены с сигнальными входами соответствующих N-1 ключей, выходы вторых N-1 линий задержек соединены с управляющими входами соответственно N-1 ключей, при этом выходы N-1 ключей соединены со входом усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, в него введены первая и вторая дополнительные группы электронных ключей, емкостные накопители, две дополнительные линии задержки и один дополнительный электронный ключ, при этом потенциальные выводы емкостных накопителей, сигнальные входы первой и второй групп электронных ключей соединены с сигнальными выходами соответствующих элементов многоэлементного приемника лучистой энергии, другие выводы емкостных накопителей и выходы первой группы дополнительных электронных ключей соединены с общей земляной шиной, управляющие входы первой дополнительной группы электронных ключей соединены с выходом первой дополнительной линии задержки, второй вывод которой соединен с пятым выходом синхронизатора, шестой выход которого соединен со входом второй дополнительной линии задержки, выход которой соединен со входами вторых N-1 линий задержки и управляющими входами дополнительной группы электронных ключей, а сигнальные выходы второй дополнительной группы электронных ключей соединены со входами соответствующих N-1 линий задержек, а первый соединен с сигнальным входом дополнительно введенного электронного ключа, выход которого соединен со входом усилителя, а управляющий его вход соединен с выходом второй дополнительной линии задержки.