Телевизионный эндоскоп
Владельцы патента RU 2527663:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" (RU)
Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается телевизионного эндоскопа, предназначенного для наблюдения внутренних поверхностей полых нагретых тел. Телевизионный эндоскоп состоит из тугоплавкого корпуса, зеркала, закрепленного под углом 45° к оси корпуса, и термостойкой линзы. Корпус выполнен в виде тонкостенной трубы и содержит отверстие для подвода охлаждающего газа, а также отверстие, которое служит для ввода потока излучения и выхода охлаждающего газа. Термостойкая линза помещается между зеркалом и отверстием ввода изображения. Для обеспечения дополнительного отвода потока охлаждающего газа зеркало выполнено перфорированным. Технический результат заключается в увеличении углового поля зрения телевизионного эндоскопа и обеспечении возможности работы в труднодоступных зонах при температурах свыше 1000°С. 2 ил.
Изобретение относится к области конструирования оптических приборов, в частности к области средств неразрушающего контроля внутренних поверхностей полых нагретых тел. Телевизионный эндоскоп может быть использован в составе телевизионных систем для контроля в газовых турбинах самолетов, а также в производствах с высокотемпературными процессами: производстве стекла, металлов, сплавов, тепловой энергии.
Угол зрения, обеспечиваемый промышленными эндоскопами, является одним из основных показателей их качества. Увеличение длины эндоскопа и, следовательно, длины его оптической системы приводит к необходимости использования в составе телевизионного модуля длиннофокусного объектива и, как следствие, к соответствующему уменьшению углового поля зрения прибора (см. М.М.Русинов Композиция оптических систем. - Л.: Машиностроение, 1989).
Известен телевизионный эндоскоп (см. RU 2457521, G02B 23/24, 2012), который используется для наблюдения и контроля внутренних поверхностей полых нагретых тел. Внешний корпус эндоскопа конструктивно выполнен в виде трубки с закрепленным на одном из концов зеркалом, расположенным под углом 45° к оси корпуса. Боковая поверхность корпуса содержит не менее двух отверстий, одно из которых служит для подвода потока охлаждающего газа, другое - для ввода потока излучения и выхода потока газа. Корпус и зеркало изготовлены из тугоплавких материалов, стойких к окислению. Поскольку по своему назначению и составу упомянутое устройство наиболее близко к заявляемому изобретению, оно принято в качестве его прототипа.
Недостатком данного телевизионного эндоскопа является малое значение его углового поля зрения, ограниченное размерами отверстия ввода изображения, зеркала и диаметра корпуса, которые являются входными люками устройства. При этом, как правило, существует необходимость осмотра исследуемых зон достаточно больших площадей.
Задачей предлагаемого технического решения является увеличение углового поля зрения эндоскопа за счет использования в конструкции термостойкой линзы.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в известный телевизионный эндоскоп между зеркалом и отверстием ввода изображения помещается термостойкая линза. При этом линза, выполненная из тугоплавкого соединения, стойкого к окислению, обдувается потоком движущегося газа. Для осуществления наблюдения совместно с телевизионным эндоскопом используется телевизионный модуль, содержащий длиннофокусный объектив, поэтому термостойкая линза выполнена отрицательной, необходимые параметры которой: фокусное расстояние и световой диаметр, будут определяться в зависимости от расстояния между главными плоскостями линзы и объектива, углового поля зрения и светового диаметра объектива.
Угловое поле зрения телевизионного эндоскопа перестает задаваться угловым полем зрения используемого в составе телевизионного модуля объектива, а определяется угловым полем зрения совокупности: объектив, согласованный с приемником излучения, - отрицательная линза.
Предлагаемое изобретение позволяет получить следующий технический результат, который выражен в увеличении углового поля зрения устройства, за счет того, что в конструкцию введена линза, выполненная из тугоплавкого материала, стойкого также к воздействию химически агрессивной среды, помещенная в поток движущегося газа.
На фиг.1 изображен общий вид конструкции телевизионного эндоскопа. Устройство состоит из зеркала 1, соединенного с корпусом 2, двух отверстий 3 и 4, линзы 5, телевизионного модуля 6, объекта исследования 7, высокотемпературной установки 8, персонального компьютера 9.
Устройство работает следующим образом: корпус 2 телевизионного эндоскопа, выполненный в виде трубки, помещают в высокотемпературную зону установки 8 и располагают таким образом, чтобы объект исследования 7 находился в его поле зрения. При этом через входное отверстие 4 в корпус подают газ с определенным значением массового или объемного расхода, который охлаждает зеркало 1, линзу 5, стенки корпуса 2 до определенной температуры и через отверстие 3 выходит из корпуса. Формирование изображения исследуемого объекта 7 осуществляется с помощью отрицательной линзы 5 и зеркала 1. Линза формирует мнимое изображение, которое регистрируется телевизионным модулем 6 и выводится на монитор ПК 9. Для увеличения теплоотвода в телевизионном эндоскопе может быть использовано перфорированное зеркало, отверстия которого служат для дополнительного отвода тепла из устройства.
Имеется конкретный пример реализации предлагаемого изобретения, приведенный на фиг.2.
Пример. В данном примере (фиг.2) применения изобретения в телевизионном эндоскопе в качестве материала корпуса 2, выполненного в виде длинной цилиндрической трубы с двумя отверстиями для подачи охлаждающего газа 4 и ввода изображения исследуемого объекта 3, используется поликристаллический карбид кремния, который обладает известной термической и химической стойкостью (см. Таиров Ю.М., Цветков В.Ф. Полупроводниковые соединения AIVBIV. - В кн.: Справочник по электротехническим материалам / Под ред. Корицкого Ю.В., Пасынкова В.В., Тареева Б.М. - Л.: Энергоатомиздат, 1988. С.461- 463; см. Самсонов Г.В., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения.- М.: Металлургия, 1976. с.379 -380). Поэтому не происходит эрозии поверхности корпуса 2 и геометрические размеры отверстий 3, 4 остаются постоянными. В качестве материала перфорированного зеркала 1 используется монокристаллический карбид кремния политипа 6Н, компенсированного типа. Такой выбор обеспечивает высокую отражательную способность карбида кремния в видимом спектральном диапазоне, а также термическую и химическую стойкость (см. Таиров Ю.М., Цветков В.Ф. Полупроводниковые соединения A1VB1V. - В кн.: Справочник по электротехническим материалам / Под ред. Корицкого Ю.В., Пасынкова В.В., Тареева Б.М. - Л.: Энергоатомиздат, 1988. С.461- 463; см. Самсонов Г.В., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения.- М.: Металлургия, 1976. с.379 -380). Поэтому не происходит эрозии поверхности зеркала 1 и не изменяется коэффициент отражения оптически прозрачного SiC. Кроме того, для выбранного известного диапазона температур собственное тепловое излучение зеркала оказывается минимальным, что позволяет регистрировать качественное изображение исследуемого объекта с помощью телевизионного модуля (6). Через отверстия в зеркале, расположенные вдоль окружности, дополнительно осуществляется выход потока движущегося газа. В качестве материала линзы используется лейкосапфир, обладающий высоким коэффициентом пропускания, в том числе и при высоких температурах (см. Формозов Б.Н. Аэрокосмические фотоприемные устройства в видимом и инфракрасном диапазонах: Учеб. пособие / СПбГУАП. СПб., 2002, 120 с). Такой выбор конструкционных материалов обеспечивает возможность эксплуатации телевизионного эндоскопа при температурах свыше 1000°С, в том числе и в агрессивных средах.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет:
- обеспечить взрывобезопасность при эксплуатации в высокотемпературной и химически агрессивной среде;
- осуществлять боковой обзор в нагретых труднодоступных зонах при температурах свыше 1000°С;
- увеличить угловое поле зрения телевизионного эндоскопа.
Телевизионный эндоскоп для визуального поиска и измерения трехмерных дефектов на боковых поверхностях полостей, внешний корпус которого конструктивно выполнен в виде трубки, содержащей на одном из концов зеркало, расположенное под углом 45° к оси корпуса, а боковая поверхность корпуса содержит не менее двух отверстий, одно из которых служит для подвода потока охлаждающего газа, а другое для ввода потока излучения и выхода потока газа, причем корпус и зеркало изготовлены из тугоплавких материалов, стойких к окислению, отличающийся тем, что между отверстием ввода изображения и зеркалом введена линза, изготовленная из тугоплавкого материала, стойкого к окислению, причем зеркало выполнено перфорированным, а его отверстия служат для дополнительного отвода потока охлаждающего газа.
