專(zhuān)利名稱(chēng)：應(yīng)用于液氧環(huán)境中的攝像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種攝像系統(tǒng)，具體涉及一種可在液氧環(huán)境或液氮環(huán)境中正常工作的 攝像系統(tǒng)，該系統(tǒng)可正常工作的溫度范圍為-196°C +60°C，最大工作壓力為0. 6Mpa。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有攝像機(jī)標(biāo)稱(chēng)的最低溫度最低為-40°C，其正常使用的最低極限溫度一般 在-60 -50°C，受限于此溫度的主要原因是電子元器件的最低使用溫度要求，低于此溫度 后電子元器件的故障概率將大大提高，從而導(dǎo)致攝像機(jī)無(wú)法正常工作。目前技術(shù)條件下，電子元件的使用溫度無(wú)法產(chǎn)生質(zhì)變以適應(yīng)低溫環(huán)境，而市場(chǎng)上 也無(wú)相應(yīng)配套的任何保溫裝置以達(dá)到低溫環(huán)境工作的目的。而液氧為淺藍(lán)色液體，并具有強(qiáng)順磁性，通常氣壓101. 325kPa下密度1. 141g/cm3, 凝固點(diǎn)-222. 65°C，沸點(diǎn)為-182. 96°C。由于它的低溫特性，液氧會(huì)使其接觸的物質(zhì)變得非 常脆，現(xiàn)有攝像系統(tǒng)除無(wú)法滿(mǎn)足該環(huán)境的溫度要求外，在產(chǎn)生震動(dòng)時(shí)，也將直接導(dǎo)致攝像系 統(tǒng)的損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種應(yīng)用于低溫液氧環(huán)境中的攝像系統(tǒng)，主要解決了現(xiàn)有攝像系統(tǒng)無(wú) 法在低溫高壓液氧環(huán)境中工作的問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下該應(yīng)用于液氧環(huán)境中的攝像系統(tǒng)包括由光學(xué)鏡頭和圖像傳感器組成的攝像裝置， 攝像裝置固定于內(nèi)層保溫裝置中，內(nèi)層保溫裝置包括內(nèi)層透窗、內(nèi)層殼體9和內(nèi)層蓋板，內(nèi) 層透窗和內(nèi)層蓋板固定設(shè)置于內(nèi)層殼體兩側(cè)，內(nèi)層透窗設(shè)置于靠近光學(xué)鏡頭一側(cè)，內(nèi)層蓋 板設(shè)置于靠近圖像傳感器一側(cè)；所述內(nèi)層蓋板上設(shè)置有圖像傳感器傳輸線(xiàn)用的內(nèi)層出線(xiàn) 孔。根據(jù)具體環(huán)境要求，若工作環(huán)境溫度較低及壓力較大時(shí)，需采用雙層保溫裝置，這 時(shí)將內(nèi)層保溫裝置固定于外層保溫裝置中，外層保溫裝置包括外層透窗、外層殼體和外層 蓋板，外層透窗和外層蓋板固定設(shè)置于外層殼體兩側(cè)，外層透窗設(shè)置于靠近內(nèi)層透窗一側(cè)， 外層蓋板設(shè)置于靠近內(nèi)層蓋板一側(cè)；所述外層蓋板上設(shè)置有圖像傳感器傳輸線(xiàn)用的外層出 線(xiàn)孔。內(nèi)層保溫裝置與攝像裝置之間形成的腔體填充聚氨脂或抽真空。內(nèi)層保溫裝置與 外層保溫裝置之間形成的腔體填充聚氨脂。內(nèi)層殼體和內(nèi)層蓋板之間用銦絲進(jìn)行密封，內(nèi)層殼體和內(nèi)層透窗之間用銦絲進(jìn)行 密封；外層殼體和外層蓋板之間用銦絲進(jìn)行密封，外層殼體和外層透窗之間用銦絲進(jìn)行密 封，該系統(tǒng)內(nèi)所有接縫處均可用銦絲進(jìn)行密封，以確保其保溫性能。外層透窗和外層蓋板通過(guò)螺紋連接固定設(shè)置于外層殼體兩側(cè)，內(nèi)層透窗和內(nèi)層蓋 板通過(guò)螺紋連接固定設(shè)置于內(nèi)層殼體兩側(cè)；攝像裝置通過(guò)螺紋連接固定于內(nèi)層保溫裝置內(nèi)。外層殼體的螺紋連接用螺釘于外層殼體內(nèi)外兩側(cè)接觸部分均設(shè)置有聚四氟乙烯 隔熱密封圈；內(nèi)層殼體的螺紋連接用螺釘于內(nèi)層殼體內(nèi)外兩側(cè)接觸部分均設(shè)置有聚四氟乙 烯隔熱密封圈；攝像裝置靠近內(nèi)層殼體一側(cè)設(shè)置有螺紋孔，螺釘通過(guò)內(nèi)層殼體和螺紋孔將 攝像裝置固定于內(nèi)層保溫裝置中，螺釘靠近螺紋孔一側(cè)設(shè)置有線(xiàn)接觸絕熱機(jī)構(gòu)，螺釘靠近 內(nèi)層殼體兩側(cè)設(shè)均置有聚四氟乙烯隔熱密封圈。內(nèi)層蓋板和外層蓋板可直接選用密封插頭。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于該攝像系統(tǒng)將攝像裝置設(shè)置于采用聚氨脂發(fā)泡材料填充形成的雙層絕熱保溫結(jié) 構(gòu)內(nèi)部，有效地解決攝像裝置的耐低溫問(wèn)題，拓展了攝像裝置的使用環(huán)境溫度，可于溫度 為-190 -170°C的極端低溫高壓環(huán)境下正常工作。


圖1為本發(fā)明攝像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為螺紋連接處具體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳述該應(yīng)用于液體低溫環(huán)境中的攝像系統(tǒng)，包括由光學(xué)鏡頭11和圖像傳感器15組成 的攝像裝置，攝像裝置固定于內(nèi)層保溫裝置中，內(nèi)層保溫裝置包括內(nèi)層透窗5、內(nèi)層殼體9 和內(nèi)層蓋板12，內(nèi)層透窗5和內(nèi)層蓋板12固定設(shè)置于內(nèi)層殼體9兩側(cè)，內(nèi)層透窗5設(shè)置于 靠近光學(xué)鏡頭11 一側(cè)，內(nèi)層蓋板12設(shè)置于靠近圖像傳感器15 —側(cè)；內(nèi)層蓋板12上設(shè)置有 圖像傳感器15傳輸線(xiàn)用的內(nèi)層出線(xiàn)孔。根據(jù)不同工作條件，可在內(nèi)層保溫裝置外增設(shè)外層保溫裝置；內(nèi)層保溫裝置固定 于外層保溫裝置中，外層保溫裝置包括外層透窗1、外層殼體4和外層蓋板13，外層透窗1 和外層蓋板13固定設(shè)置于外層殼體4兩側(cè)，外層透窗1設(shè)置于靠近內(nèi)層透窗5—側(cè)，外層 蓋板13設(shè)置于靠近內(nèi)層蓋板12 —側(cè)；外層蓋板13上設(shè)置有圖像傳感器15傳輸線(xiàn)用的外 層出線(xiàn)孔。外層蓋板13和內(nèi)層蓋板12采用間隙配合，同時(shí)為了增大傳導(dǎo)熱阻，將內(nèi)層蓋板 加工成“瓶頸”結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)件最小壁厚處為1mm。外層透窗1和外層蓋板13通過(guò)螺紋連接固定設(shè)置于外層殼體4兩側(cè)，外層殼體4 的螺紋連接用螺釘3于外層殼體4內(nèi)外兩側(cè)接觸部分均設(shè)置有聚四氟乙烯隔熱密封圈10 ； 內(nèi)層透窗5和內(nèi)層蓋板12通過(guò)螺紋連接固定設(shè)置于內(nèi)層殼體9兩側(cè)，內(nèi)層殼體9的螺紋連 接用螺釘3于內(nèi)層殼體9內(nèi)外兩側(cè)接觸部分均設(shè)置有聚四氟乙烯隔熱密封圈10。內(nèi)層保溫裝置與攝像裝置之間形成的腔體2填充聚氨脂或抽真空。內(nèi)層保溫裝置 與外層保溫裝置之間形成的腔體8填充聚氨脂。由于攝像裝置工作于低溫液氧壓力罐中，其結(jié)構(gòu)材料的使用有許多特殊要求。主 要考慮以下三個(gè)方面性能結(jié)構(gòu)材料與低溫液氧介質(zhì)的相容性、結(jié)構(gòu)材料耐低溫性能和結(jié) 構(gòu)材料導(dǎo)熱性能。綜合上述結(jié)構(gòu)材料的三個(gè)性能指標(biāo)后，在隔熱保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，選用在低 溫環(huán)境下性能比較好的奧氏體不銹鋼作為結(jié)構(gòu)的主體材料，其具有比熱容大、熱導(dǎo)率小的性能指標(biāo)，選用非金屬材料聚四氟乙烯作為隔熱材料；鏡頭結(jié)構(gòu)材料采用鋁合金，其具有比 熱容小，導(dǎo)熱性能好的特點(diǎn)，能迅速將電加熱膜產(chǎn)生的熱傳到內(nèi)部光學(xué)鏡片和電路板上。攝像裝置通過(guò)螺紋連接固定于內(nèi)層保溫裝置內(nèi)，攝像裝置靠近內(nèi)層殼體9 一側(cè)設(shè) 置有螺紋孔，螺釘3通過(guò)內(nèi)層殼體9和螺紋孔將攝像裝置固定于內(nèi)層保溫裝置中，螺釘3靠 近螺紋孔一側(cè)設(shè)置有線(xiàn)接觸絕熱機(jī)構(gòu)6，螺釘3靠近內(nèi)層殼體9兩側(cè)設(shè)均置有聚四氟乙烯隔 熱密封圈10。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用絕熱效果相對(duì)較好的非金屬材料聚四氟乙烯作為隔熱密封 圈，并將支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成線(xiàn)接觸形式，以最大限度地增大攝像系統(tǒng)和內(nèi)層殼體9間的接觸 熱阻，最大限度地減小由于熱傳導(dǎo)造成的熱量損失。攝像裝置主要指標(biāo)如下，視場(chǎng)98° X75.5。(2 =116° );攝像距離 0. 2 7m;工作溫度-196°C +60°C ；環(huán)境最大壓力0. 6Mpa ；功耗10W ；外形尺寸 ①120X140mm。內(nèi)層透窗和外層透窗的玻璃采用理化性能最為穩(wěn)定的光學(xué)石英玻璃作為窗口玻 璃材料。其中，內(nèi)層保溫裝置與攝像裝置之間形成的腔體填充聚氨脂或抽真空，抽真空效果 較佳，內(nèi)層保溫裝置與外層保溫裝置之間形成的腔體填充聚氨脂。內(nèi)層殼體9和內(nèi)層蓋板之間、內(nèi)層殼體9和內(nèi)層透窗之間、外層殼體和外層蓋板之 間用銦絲進(jìn)行密封、外層殼體和外層透窗之間均用銦絲進(jìn)行密封，克服了傳統(tǒng)的橡膠密封 在低溫下的老化失效問(wèn)題。攝像裝置低溫防結(jié)霧處理攝像裝置工作于極冷的液氧壓力罐之中，如果在裝配時(shí)攝像裝置內(nèi)部干燥不徹 底，那么環(huán)境溫度在零度以下時(shí)攝像裝置鏡頭鏡片會(huì)出現(xiàn)結(jié)霧現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響拍攝效 果，為了防止出現(xiàn)此情況，在攝像裝置內(nèi)殼體裝配階段的封蓋前對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行高溫干燥處 理，干燥完成后立即對(duì)內(nèi)殼體進(jìn)行密封。在攝像裝置工作時(shí)，內(nèi)部電熱膜對(duì)光學(xué)成像系統(tǒng)進(jìn) 行加熱，能有效防止在零度以下時(shí)殘留空氣中的水汽凝結(jié)于玻璃表面，產(chǎn)生結(jié)霧現(xiàn)象。攝像系統(tǒng)產(chǎn)品與絕熱保溫有關(guān)的裝配關(guān)系和實(shí)現(xiàn)步驟如下1)將由光學(xué)鏡頭11和圖像傳感器組件15組成的攝像裝置成像核心部件(其主要 功能是進(jìn)行光學(xué)信息轉(zhuǎn)換和圖像輸出)安裝于內(nèi)層殼體9內(nèi)部，其連接方式為螺釘通過(guò)聚 四氟乙烯隔熱密封圈10連接，聚四氟乙烯隔熱密封圈10的作用是增大熱傳導(dǎo)熱阻和對(duì)聚 胺脂發(fā)泡材料進(jìn)行密封；2)對(duì)內(nèi)層保溫層進(jìn)行聚胺脂發(fā)泡處理，聚胺脂發(fā)泡工藝為成熟公 開(kāi)工藝技術(shù)；3)裝配內(nèi)層殼體9和內(nèi)層蓋板12，安裝配合面處采用銦絲進(jìn)行密封，要求配合 面粗糙度優(yōu)于3.2 ;4)將由內(nèi)層殼體9和內(nèi)層蓋板12裝配形成的內(nèi)層保溫結(jié)構(gòu)安裝于外層 殼體4內(nèi)部，外層殼體4和內(nèi)層殼體9由聚四氟乙烯隔熱密封圈7進(jìn)行隔熱設(shè)計(jì)，聚四氟乙 烯隔熱密封圈7在隔熱的同時(shí)起到對(duì)聚胺脂發(fā)泡劑進(jìn)行密封的作用，所以在裝配時(shí)必須采 用專(zhuān)用輔助工裝使內(nèi)層殼體9通過(guò)聚四氟乙烯隔熱密封圈7和外層殼體4完全壓緊，且使 聚四氟乙烯隔熱密封圈7拉緊后產(chǎn)生一定的壓縮量來(lái)保證良好的密封效果，裝配專(zhuān)用工裝 的使用如圖1所示；5)對(duì)由外層殼體4、聚四氟乙烯隔熱密封圈7和內(nèi)層殼體9組成的外層 保溫裝置進(jìn)行聚胺脂發(fā)泡處理；6)裝配外層殼體4和外層蓋板13，安裝配合面處采用銦絲 進(jìn)行密封，要求配合面粗糙度優(yōu)于3.2 ;7)步驟6)完成后30min，確認(rèn)聚胺脂發(fā)泡劑已經(jīng)完 全發(fā)泡后拆卸裝配工裝；8)安裝內(nèi)層透窗5，內(nèi)層透窗5和內(nèi)層殼體9配合端面處用銦絲密 封，然后用壓板壓緊內(nèi)層透窗5。9)安裝外層透窗1，外層透窗1和外層殼體4配合端面處用銦絲密封，然后用壓板壓緊外層透窗1。經(jīng)測(cè)試，該攝像系統(tǒng)使用效果可從其經(jīng)歷的低溫環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明，低溫環(huán)境 試驗(yàn)條件為環(huán)境溫度-175°C士 10°C降溫速率從室溫降到-175士 10°C時(shí)間不超過(guò)1. 5小時(shí)升溫速率從-175士 10°C升到室溫時(shí)間不小于1小時(shí)該攝像系統(tǒng)工作于溫度為-190 -170°C的低溫液氧壓力罐內(nèi)部，滿(mǎn)足壓力罐的 內(nèi)部環(huán)境為極端低溫、高壓環(huán)境(最高壓力0.6MPa)的要求，工作正常。
權(quán)利要求
一種應(yīng)用于液氧環(huán)境中的攝像系統(tǒng)，包括由光學(xué)鏡頭和圖像傳感器組成的攝像裝置，其特征在于所述攝像裝置固定于內(nèi)層保溫裝置中，內(nèi)層保溫裝置包括內(nèi)層透窗、內(nèi)層殼體和內(nèi)層蓋板，內(nèi)層透窗和內(nèi)層蓋板固定設(shè)置于內(nèi)層殼體兩側(cè)，內(nèi)層透窗設(shè)置于靠近光學(xué)鏡頭一側(cè)，內(nèi)層蓋板設(shè)置于靠近圖像傳感器一側(cè)；所述內(nèi)層蓋板上設(shè)置有圖像傳感器傳輸線(xiàn)用的內(nèi)層出線(xiàn)孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于液氧環(huán)境中的攝像系統(tǒng)，其特征在于所述內(nèi)層保溫 裝置固定于外層保溫裝置中，外層保溫裝置包括外層透窗、外層殼體和外層蓋板，外層透窗 和外層蓋板固定設(shè)置于外層殼體兩側(cè)，外層透窗設(shè)置于靠近內(nèi)層透窗一側(cè)，外層蓋板設(shè)置 于靠近內(nèi)層蓋板一側(cè)；所述外層蓋板上設(shè)置有圖像傳感器傳輸線(xiàn)用的外層出線(xiàn)孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的應(yīng)用于液氧環(huán)境中的攝像系統(tǒng)，其特征在于所述內(nèi)層 保溫裝置與攝像裝置之間形成的腔體填充聚氨脂或抽真空。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用于液氧環(huán)境中的攝像系統(tǒng)，其特征在于所述內(nèi)層保溫 裝置與外層保溫裝置之間形成的腔體填充聚氨脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用于液氧環(huán)境中的攝像系統(tǒng)，其特征在于所述內(nèi)層殼體 和內(nèi)層蓋板之間用銦絲進(jìn)行密封，內(nèi)層殼體和內(nèi)層透窗之間用銦絲進(jìn)行密封；所述外層殼 體和外層蓋板之間用銦絲進(jìn)行密封，外層殼體和外層透窗之間用銦絲進(jìn)行密封。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用于液氧環(huán)境中的攝像系統(tǒng)，其特征在于所述外層透窗 和外層蓋板通過(guò)螺紋連接固定設(shè)置于外層殼體兩側(cè)，所述內(nèi)層透窗和內(nèi)層蓋板通過(guò)螺紋連 接固定設(shè)置于內(nèi)層殼體兩側(cè)；所述攝像裝置通過(guò)螺紋連接固定于內(nèi)層保溫裝置內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用于液氧環(huán)境中的攝像系統(tǒng)，其特征在于所述外層殼體 的螺紋連接用螺釘于外層殼體內(nèi)外兩側(cè)接觸部分均設(shè)置有聚四氟乙烯隔熱密封圈；所述內(nèi) 層殼體的螺紋連接用螺釘于內(nèi)層殼體內(nèi)外兩側(cè)接觸部分均設(shè)置有聚四氟乙烯隔熱密封圈； 所述攝像裝置靠近內(nèi)層殼體一側(cè)設(shè)置有螺紋孔，螺釘通過(guò)內(nèi)層殼體和螺紋孔將攝像裝置固 定于內(nèi)層保溫裝置中，所述螺釘靠近螺紋孔一側(cè)設(shè)置有線(xiàn)接觸絕熱機(jī)構(gòu)，螺釘靠近內(nèi)層殼 體兩側(cè)設(shè)均置有聚四氟乙烯隔熱密封圈。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用于液氧環(huán)境中的攝像系統(tǒng)，其特征在于所述內(nèi)層蓋板 是密封插頭。
全文摘要
本發(fā)明提供一種應(yīng)用于低溫液氧環(huán)境中的攝像系統(tǒng)，主要解決了現(xiàn)有攝像系統(tǒng)無(wú)法在低溫高壓液氧環(huán)境中工作的問(wèn)題。該應(yīng)用于液氧環(huán)境中的攝像系統(tǒng)包括由光學(xué)鏡頭和圖像傳感器組成的攝像裝置，攝像裝置固定于內(nèi)層保溫裝置中，內(nèi)層保溫裝置包括內(nèi)層透窗、內(nèi)層殼體和內(nèi)層蓋板，內(nèi)層透窗和內(nèi)層蓋板固定設(shè)置于內(nèi)層殼體兩側(cè)，內(nèi)層透窗設(shè)置于靠近光學(xué)鏡頭一側(cè)，內(nèi)層蓋板設(shè)置于靠近圖像傳感器一側(cè)；所述內(nèi)層蓋板上設(shè)置有圖像傳感器傳輸線(xiàn)用的內(nèi)層出線(xiàn)孔。
文檔編號(hào)H04N5/225GK101854476SQ20101018494
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月27日
發(fā)明者馮輝, 張海峰, 曹劍中, 武力, 武登山, 祝青, 董森, 閆阿奇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所;北京宇航系統(tǒng)工程研究所