RU2662253C1 - Thermal imaging module - Google Patents
Thermal imaging module Download PDFInfo
- Publication number
- RU2662253C1 RU2662253C1 RU2017120557A RU2017120557A RU2662253C1 RU 2662253 C1 RU2662253 C1 RU 2662253C1 RU 2017120557 A RU2017120557 A RU 2017120557A RU 2017120557 A RU2017120557 A RU 2017120557A RU 2662253 C1 RU2662253 C1 RU 2662253C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- circular waveguide
- waveguide
- thermal imaging
- thermal
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
- G02B23/12—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices with means for image conversion or intensification
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
Description
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).The invention relates to the field of optoelectronic instrumentation, in particular, to devices for converting infrared images into visible ones, and can be used as input modules of thermal imaging devices used in monitoring radio-transparent shelters (RPU) of phased antenna arrays (PAR).
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.In radiolucent shelters transmitting headlamps with a high flux density of medium microwave power (tens of kW), heat is generated due to losses in the dielectric materials of their structures. The magnitude of losses depends both on the design and on the operating conditions of the RPU, therefore, both at the stage of creating the RPU PAR and during the operation, the temperature regime of the RPU is monitored. One way to control the heating of RPU structures is to control the temperature of the outer surface using thermal imaging devices.
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.Thermal imaging devices record the temperature distribution on the outer surface of the entire RPU or on the outer surface of individual sections of the shelter. This allows you to localize the place of heating and in a timely manner to find out the cause of overheating of radiolucent structures both at the inspection stage according to technical specifications and during operation.
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.To measure the temperature regime, a thermal imaging device must be placed in front of the RPA FAR and, in this case, is exposed to microwave fields. The design of the thermal imaging device should provide its protection from the effects of microwave fields. The microwave power flux density in the aperture of the antenna can be 10-50 kW / m, which makes it necessary to use dielectric materials with low losses in the manufacture of RPUs (tgδ <10 -3 ). But, even small losses lead to heating of the dielectric structure. Excessive heating leads to a change in the characteristics of the dielectric, which can cause an additional increase in losses. In connection with the foregoing, a current temperature assessment and monitoring of heating during the operation of the phased array and other objects with powerful transmitting antennas are necessary.
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.The complexity of the implementation of thermal imaging control lies in the fact that with a high level of microwave power flow, the devices cannot function and often fail. Therefore, when conducting work, it is necessary to protect thermal imaging equipment under the influence of a powerful microwave field. At the same time, microwave protection should not distort or impede visual thermal control, which makes it necessary to develop optical screens that protect equipment at a sufficient level and attenuate the microwave signal to acceptable values.
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.A technical solution is known [RU 2125222, C1, F41G 1/00, 01/20/1999], containing an armored enclosure of the input optics of a thermal imaging sight, containing an armored cap of the sight with protective glass and an armor cap that is made with an opening corresponding to the field of view of the sight, taking into account the angles pumping in a vertical plane, in front of it there is an additional armor cover with slotted openings and a quick opening drive, while along the perimeter of the hole of the armor cover and outside around the perimeter of the additional armor cover flanges are installed, the width and height of which are equal to the thickness of the corresponding covers, and the additional cover is made thick, providing compensation for the decrease in its strength due to slotted holes.
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.This technical solution protects the input optics and electronics of the thermal imaging device from mechanical and fire effects, but has a relatively low efficiency of protection against microwave radiation and, when used, a relatively low quality of the formation of the visible image is realized due to distortions introduced by the armor cover.
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.The closest in technical essence to the proposed one is a thermal imaging module [RU 92973, U1, G02B 23/12, 04/10/2010] containing an infrared lens with a photodetector installed in its focal plane, including a thermal radiation array receiver and a video signal conditioning apparatus, as well as electric defocus compensator, located on the optical axis of the lens in front of the thermal radiation receiver, made in the form of a lens mounted to move along the axis of the lens , an electronic signal processing unit including an electrically connected interface converter, a control device and an image forming and processing device, wherein the first input of the interface converter, which is the first input of the electronic signal processing unit, is connected to the output of the video signal conditioning device, the second output of the interface converter, which is the first the output of the electronic signal processing unit, is connected to the input of the optical displacement lens of the optical compensator, the first you the course of the interface converter is connected to the first input of the image forming and processing device, the second input of the interface converter is connected to the first output of the control device, the first output of the image forming and processing device is the second output of the electronic signal processing unit and serves to connect the video monitor of the application object, the second input of the forming device and image processing is connected to the second output of the control device, the first input of which is the second input of e electronic signal processing unit and is used to connect the remote control of the application.
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.The disadvantage of the closest technical solution is the relatively low reliability when working under conditions of exposure to microwave radiation, as well as the low quality of the formation of a visible image due to distortion under the conditions of its powerful effect.
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.The objective of the invention is the creation of a thermal imaging receiver module with increased reliability when working under conditions of exposure to microwave radiation, as well as improving the quality of the formation of visible radiation in these operating conditions.
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.The required technical result is to increase reliability when working under conditions of exposure to microwave radiation, as well as to improve the quality of formation of visible radiation in these operating conditions.
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.The problem is solved, and the required technical result is achieved by the fact that, in the thermal imaging module containing a lens in the focal plane of which an infrared detector is installed, according to the invention, a microwave filter is introduced, made in the form of a circular waveguide with an inner diameter of at least λ / 2, and a length λ, moreover, the lens is mounted inside the circular waveguide with a nut at a distance of 1 to 100 mm from the waveguide inlet through a gasket of conductive shock-absorbing material installed between the lens and the circular waveguide.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, круглый волновод выполнен из латуни.In addition, the required technical result is achieved by the fact that the round waveguide is made of brass.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что внутренний диаметр круглого волновода лежит в интервале от 5 до 50 мм.In addition, the required technical result is achieved by the fact that the inner diameter of the circular waveguide lies in the range from 5 to 50 mm.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что внешний диаметр круглого волновода лежит в интервале от 20 до 150 мм.In addition, the required technical result is achieved by the fact that the outer diameter of the circular waveguide lies in the range from 20 to 150 mm.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что длина круглого волновода составляет от 20 до 300 мм.In addition, the required technical result is achieved by the fact that the length of the circular waveguide is from 20 to 300 mm.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве токопроводящего амортизирующего материала используют токопроводящую резину.In addition, the required technical result is achieved by the fact that conductive rubber is used as a conductive shock-absorbing material.
На чертеже представлен тепловизионный модуль.The drawing shows a thermal imaging module.
На чертеже обозначены: 1 - СВЧ-фильтр; 2 - прокладка из токопроводящего амортизирующего материала; 3 - линза; 4 - гайка.In the drawing are indicated: 1 - microwave filter; 2 - gasket of conductive shock absorbing material; 3 - lens; 4 - a nut.
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.The thermal imaging module contains a lens 3, in the focal plane of which an infrared detector is installed (not shown in the drawing), as well as a microwave filter 1, made in the form of a circular waveguide with an inner diameter of at least λ / 2, and a length λ, and lens 3 is attached inside a circular waveguide at a distance of 1 to 100 mm from the entrance of the circular waveguide through a gasket 2 of conductive shock absorbing material, installed between the lens 3 and the circular waveguide 1, and is fixed in the round waveguide with a nut 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.The round waveguide 1 can be made of brass coated with nickel or zinc, its inner diameter is selected in the range from d = 5 ... 50 mm depending on the wavelength of the optical filter, the outer diameter is selected in the range D = 20 ... 150 mm, and length L = 20 ... 300 mm.
В качестве токопроводящего амортизирующего материала может быть использована токопроводящая резина.As a conductive shock absorbing material, conductive rubber can be used.
Работает тепловизионный модуль следующим образом.The thermal imaging module operates as follows.
Принимаемое ИК излучение поступает через линзу 3 на инфракрасный детектор и далее на необходимые блоки обработки и индикации тепловизионного изображения.Received IR radiation enters through the lens 3 to an infrared detector and then to the necessary processing and display units of the thermal image.
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.When working under conditions of exposure to microwave radiation from transmitting phased array antennas, the radiation power can reach 10 4 W / m 2 . Therefore, to ensure sanitary standards for the safe operation of the thermal imaging module, it is necessary to provide a level of shielding of at least 10 5 or 50 dB. To protect the optical part of the thermal imager, it is necessary to use a filter that provides a sufficient level of shielding. As a filter, a microwave filter 1 in the form of a round supercritical waveguide is used.
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.To protect the thermal imager lens from microwave radiation with a high power flux density (more than 10 4 W / m 2 ), the microwave filter must ensure image transmission without distortion of the thermal image, i.e. provides a viewing angle of 25 ° depending on the distance to the measured object and has an inner diameter larger than the diameter of the lens, or another angle in the range from 6 ° to 180 °, depending on the task.
Такими характеристиками обладает круглый волновод с внутренним диаметром более (1/2) λ мм и длиной волны ~λ мм.A circular waveguide with an inner diameter greater than (1/2) λ mm and a wavelength of ~ λ mm has such characteristics.
Оценку затухания в таком волноводе можно провести для волны типа Н11, имеющей λкр - радиус волновода. Длина волновода должна быть не менее 30,0 мм и не более 300,0 мм.The attenuation in such a waveguide can be estimated for a wave of type H 11 having λ cr - the radius of the waveguide. The waveguide length must be at least 30.0 mm and not more than 300.0 mm.
При длине волновода L=70 мм затухание оценивается какAt a wavelength of L = 70 mm, the attenuation is estimated as
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.At a wavelength equal to the waveguide, the attenuation is ~ 53 dB, i.e. with such a filter, the thermal imager can operate in microwave fields with BAT ~ 2 * 10 4 W / m 2 ≈20 kW / m 2 .
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.Thus, thanks to the improvement of the known device, its reliability significantly increases when working in conditions of high-power microwave radiation, in particular, when monitoring radio-transparent shelters (RPU) of phased antenna arrays (PAR), and the quality of the formation of visible radiation in these operating conditions also increases, since powerful microwave radiation does not lead to changes in the physical properties of infrared detectors and other elements of thermal imagers.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017120557A RU2662253C1 (en) | 2017-06-14 | 2017-06-14 | Thermal imaging module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017120557A RU2662253C1 (en) | 2017-06-14 | 2017-06-14 | Thermal imaging module |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2662253C1 true RU2662253C1 (en) | 2018-07-25 |
Family
ID=62981508
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017120557A RU2662253C1 (en) | 2017-06-14 | 2017-06-14 | Thermal imaging module |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2662253C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109587858A (en) * | 2019-01-21 | 2019-04-05 | 电子科技大学中山学院 | Optical fiber array thermal image acquisition device applied to high-power microwave heating |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050082480A1 (en) * | 2003-08-26 | 2005-04-21 | Aegis Semiconductor, Inc. | Infrared camera system |
| CN203164507U (en) * | 2013-04-19 | 2013-08-28 | 中国人民解放军装甲兵工程学院 | Long-distance observation system with active illumination |
-
2017
- 2017-06-14 RU RU2017120557A patent/RU2662253C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050082480A1 (en) * | 2003-08-26 | 2005-04-21 | Aegis Semiconductor, Inc. | Infrared camera system |
| CN203164507U (en) * | 2013-04-19 | 2013-08-28 | 中国人民解放军装甲兵工程学院 | Long-distance observation system with active illumination |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Д.К. Гаврилов, Г.Г. Бабаян, В.С. Лосев, П.И. Гребенщиков. Способ мониторинга внешней поверхности радиопрозрачных укрытий мощных передающих ФАР с целью недопущения локальных перегревов. НАУКОЕМКИЕ ТЕХНОЛОГИИ, том 18, N2, с.37-41, 2017. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109587858A (en) * | 2019-01-21 | 2019-04-05 | 电子科技大学中山学院 | Optical fiber array thermal image acquisition device applied to high-power microwave heating |
| CN109587858B (en) * | 2019-01-21 | 2024-01-16 | 电子科技大学中山学院 | Optical fiber array thermal image acquisition device applied to high-power microwave heating |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8754980B2 (en) | Electromagnetically shielded camera and shielded enclosure for image capture devices | |
| US8643772B2 (en) | Electromagnetically shielded video camera and shielded enclosure for image capture devices | |
| JP6981747B2 (en) | Systems and methods for protection against high radiant flux light based on flight time | |
| US9261409B2 (en) | Temperature Control Device | |
| JP2018077072A (en) | Infrared camera | |
| CN109343206A (en) | A kind of infrared optical system and optical device | |
| JP4836845B2 (en) | Underwater camera module, monitoring device equipped with underwater camera module, and method of using underwater camera module | |
| RU2662253C1 (en) | Thermal imaging module | |
| KR101157364B1 (en) | CCTV camera for defending electromagnetic pulse | |
| JP2019002919A (en) | Spectral conversion element for electromagnetic radiation | |
| CN204461618U (en) | Remote observation refrigeration-type infrared thermography | |
| EP3769506B1 (en) | Methods and apparatus for acousto-optic non-uniformity correction and counter-countermeasure mechanisms | |
| US8933393B2 (en) | Electromagnetically-shielded optical system having a waveguide beyond cutoff extending through a shielding surface of an electromagnetically shielding enclosure | |
| US6091444A (en) | Melt view camera | |
| CN104359557B (en) | A kind of double; two spectrum imaging devices for deep space probing | |
| CN113093264A (en) | Ion beam detector | |
| RU59848U1 (en) | MONITORING SYSTEM | |
| KR101257749B1 (en) | Infrared radiation thermometer observation system | |
| US20170322150A1 (en) | Optical detection device | |
| CN214040376U (en) | Electromagnetic shielding type thermal infrared imager | |
| CN110749991A (en) | Infrared optical industrial endoscope system and equipment | |
| JP6969542B2 (en) | Temperature measurement system and temperature measurement method | |
| EP3443733A1 (en) | Imaging device | |
| RU126158U1 (en) | MONITORING DEVICE WITH PROTECTION AGAINST INTENTIONAL INTERFERENCE IN THE INFRARED RANGE | |
| JP2013019821A (en) | System and method for monitoring electrical equipment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200615 |