操作耐輻射攝像機的方法

2023-10-10 04:22:54

操作耐輻射攝像機的方法
【專利摘要】操作耐輻射攝像機的方法。本發明涉及一種在中子輻射的環境中操作攝像機的方法，特別地為了在具有強烈的電離輻射(主要是中子和伽瑪輻射)的環境中監控的目的。所述攝像機包括輻射屏蔽外殼(18)和設置在所述外殼(18)中的電子圖像傳感器(11)。當所述攝像機將被使用時，所述外殼(18)關於所述攝像機的輻射護罩(44)從屏蔽靜止位置旋轉到操作位置，在該屏蔽靜止位置中，所述外殼(18)中的開口指向所述護罩(44)。隨後，所述外殼(18)關於所述護罩(44)旋轉到該屏蔽靜止位置。
【專利說明】操作耐輻射攝像機的方法
[0001]本申請是申請日為2010年3月30日，申請號為201080012546.9，發明名稱為「耐輻射攝像機」的申請的分案申請。

【技術領域】
[0002]本發明涉及耐輻射攝像機，其包括具有電子圖像傳感器的攝像機模塊和輻射屏蔽外殼，所述外殼具有允許光進入圖像傳感器中的開口。攝像機形成為主要用於在有強烈的電離輻射——主要是中子和γ輻射——的環境中的監控目的。在核能工業中，它可用在反應堆和封隔監視系統、燃料池檢查和退役檢查「任務」中。它也可以被用在放療行業中，例如用於在放療期間的患者監控。本發明目的特別在於在中子輻射環境中操作。
現有技術
[0003]在現今的許多應用中，管攝像機被用在上面提到的環境中，因為它們與設置有CCD或CMOS圖像傳感器的攝像機相比更耐輻射。使任何所需的電子控制單元從放射性環境隔離並且因此避免或限制一些嚴重的輻射效應通常是可能的。然而，使用其他類型的攝像機特別是數碼攝像機的條件是不同的。
[0004]電離輻射影響並最終破壞電子設備，特別是低電壓且更緊湊的電路和有高空間解析度的電路。電離輻射主要造成臨時損害一一所謂的軟錯誤或單事件損害，以及永久損害一一所謂的原子移位。
[0005]現今的市售設備遭受這些影響，並且產生質量不斷惡化的圖像。攝像機和相關的控制邏輯只在上述苛刻環境中的短期使用時期後將被破壞或有下降的性能水平。仍然需要可以用數字圖像傳感器獲得的更好的圖像質量，並且也需要在這樣的環境中壽命將更長的攝像機。
[0006]發明概述
[0007]根據本發明，具有電子圖像傳感器的數字攝像機模塊由輻射屏蔽外殼包圍。在外殼中的開口將允許光進入圖像傳感器中。該外殼是由具有低質量核的材料製成的。在這樣的材料中，中子可通過碰撞將其大量能量轉移給輕核。在很多實施方案中，硼被添加到外殼材料以便捕獲從碰撞產生的熱中子。
[0008]在一種實施方案中，完整的外殼可以在各種操作位置和靜止位置之間樞軸轉動或傾斜，在各種操作位置，開口是未遮蓋的並且指向被觀測物體，在靜止位置，開口指向輻射屏蔽材料的護罩。外殼的背側將由在操作位置上的護罩有效地保護。
[0009]外殼的開口優選地覆蓋有透明的前蓋，允許光的透射，並允許圖像被圖像傳感器採集。透明前蓋的大小足以提供期望的視角。優選地，前蓋也是由具有低質量核的材料製成的。
[0010]為了進一步改善預防輻射效應的屏蔽，攝像機模塊被熱連接到吸熱冷卻元件，其將促進和改善來自攝像機模塊的熱的消散。冷卻元件可以包括熱電冷卻模塊，例如使用珀爾帖效應的模塊。冷卻模塊的冷卻能力可以由從冷卻元件延伸到外殼的外部的散熱裝置進一步提高。在一種實施方案中，散熱裝置包括熱管。通過將攝像機模塊冷卻到比較低的溫度，例如零上幾度，或大約2°C到5°C，來自攝像機模塊的圖像質量將被顯著改善。
[0011]外殼可以具有幾釐米的平均厚度，例如大約5釐米。在這樣的厚度處，材料將提供足夠的中子輻射衰減。
[0012]在各種實施方案中，攝像機模塊包括標準的攝像機，其包括傳感器和安裝在絕緣且密封的殼體內的相關的電子設備。在各種實施方案中，殼體包括防潮層，以便確保殼體內的溼氣含量維持在低水平。由鉛、鎢或具有類似的屏蔽和結構特性的另一材料製成的另一輻射屏蔽層可以被布置成保護攝像機模塊免受其他輻射，如γ輻射。
[0013]根據本發明的一個方面，提供了一種耐輻射攝像機，包括具有電子圖像傳感器的攝像機模塊，特徵在於:所述攝像機模塊布置在輻射屏蔽外殼中，所述外殼具有允許光進入所述圖像傳感器的開口，所述攝像機模塊連接到消散來自所述攝像機模塊的熱的吸熱冷卻元件，以及帶有包括鏡頭組件的所述攝像機模塊的所述外殼被布置成在第一可調位置和第二位置之間樞軸轉動，在所述第一可調位置，所述開口是未遮蓋的，在所述第二位置，所述開口指向輻射屏蔽材料的護罩。
[0014]所述吸熱冷卻元件可以熱連接到冷卻設備。
[0015]所述冷卻設備可以包括熱電冷卻模塊。
[0016]所述耐輻射攝像機可以設置有熱管，以將來自所述吸熱冷卻元件的熱消散到所述外殼外面的位置。
[0017]所述熱管可以實質上水平地延伸。
[0018]所述熱管可以連接到安裝在所述外殼的外壁上的散熱器。
[0019]所述外殼可以由包括烴類塑料的材料製成。
[0020]所述外殼可以由包括硼的材料製成。
[0021]所述外殼可以具有3-lOcm的平均厚度。
[0022]所述外殼可以具有大約5cm的平均厚度。
[0023]所述開口可以被透明的前面板遮蓋。
[0024]所述攝像機模塊可以布置在絕緣且防潮的主體內。
[0025]所述攝像機模塊可以封閉在殼體內。
[0026]所述殼體可以包括中子福射屏蔽材料。
[0027]所述攝像機模塊可以封閉在γ輻射屏蔽層內。
[0028]附圖的簡要說明
[0029]為了容易理解本發明的上述和其他優點和目的，將參考在附圖中示出的其特定實施方式來提供在上面簡要描述的本發明的更具體的描述。
[0030]理解了這些附圖只描述本發明的典型實施方案並且因此並不被認為是其範圍的限制後，將通過使用附圖用額外的特徵和細節來描述和解釋本發明，其中:
[0031]圖1是根據本發明的包括攝像機模塊的攝像機的實施方案的示意性透視圖和部分剖視圖，
[0032]圖2是根據本發明的包括在攝像機中的外殼的實施方案的示意性透視圖，
[0033]圖3是根據本發明的包括在攝像機中的帶有散熱裝置的殼體的實施方案的示意性透視圖，
[0034]圖4是樞軸轉動到鎖定位置上的圖2的外殼的示意性透視圖，
[0035]圖5是根據本發明的完全配備的攝像機的實施方案的示意性透視圖，以及
[0036]圖6是熱連接到攝像機模塊的吸熱冷卻元件的實施方案的示意性透視圖。
[0037]詳細描述
[0038]在圖1中所示出的實施方案包括攝像機模塊10，其包括傳統的數字圖像傳感器11和鏡頭組件(lens package) 13。攝像機模塊10嵌入由具有低導熱性的材料製成的絕緣體12中。絕緣體12被殼體14包圍。優選地，攝像機模塊裝配成接近絕緣體，並且絕緣體裝配成接近殼體14，以便減少殼體內的空氣量並避免在任何光學部件處的冷凝。在一些實施方案中，任何剩餘的空氣被另一種合適的氣體如C02或N取代。在圖1所示出的實施方案中，另一輻射屏蔽層15被設置在攝像機模塊10和絕緣體12之間。
[0039]殼體14由不透氣和中子輻射屏蔽的材料如塑料或相似材料製成，並且被完全密封。輻射屏蔽層15主要被設置為γ或X射線屏蔽裝置。殼體14以及輻射屏蔽層15的前側形成由透明的前面板16封閉的開口。絕緣體12形成有面向透明前面板16的孔17。絕緣體12的孔17從鏡頭組件13的位置斜切到與前面板16鄰接的較寬的開放空間。
[0040]殼體14被封閉在由第一盒狀部件和第二後側部件形成的外殼18中，也參照圖2。殼體14的外部尺寸與外殼18的內部尺寸對應得非常好，以便最小化其之間的自由空間。外殼提供了有效的中子輻射屏蔽。
[0041]圖像傳感器11以及還有攝像機模塊10作為整體熱連接到吸熱冷卻元件20。在圖1所示出的實施方案中，冷卻元件20在一端從攝像機模塊的與鏡頭組件相對的背側延伸。冷卻元件的相對端通過電絕緣槽(electrically insulating pod)(沒有被示出)接合圖像傳感器或支撐圖像傳感器的電路板。吸熱冷卻元件20部分地延伸出殼體14，其中它被熱連接到冷卻設備和多個熱管22，參照圖3。熱管延伸出外殼，並且非常有效地將熱傳遞到安裝在外殼外部的散熱器，參照圖3。冷卻元件20被設計成將攝像機模塊和任何相關的電子設備的溫度維持在低於5°C的溫度，優選地在2°C和5°C之間的溫度。
[0042]正如圖2所示出的，外殼18被分成兩個獨立的部件。第一盒狀部件24基本上封閉了帶有攝像機模塊10的完整殼體14。在邊緣表面中有切口的前面部分中的開口 26被形成所需尺寸以接納透明前面板16。前面部分是拱形的，以便在護罩中被旋轉成保護，參照圖4。
[0043]外殼的第二部件形成了背側28，其以緊密方式接合盒裝部件24。為了進一步密封盒狀部件24和背側28之間的連接，這兩個部件都可以形成有稜條30和相應的凹槽(沒有被示出)。背側進一步包括被布置成支持熱管的支持塊32。盒狀部件24的一側部分形成有接納熱管的缺口 34。
[0044]圖3示出了殼體14和被熱連接到冷卻元件20的冷卻設備36的背側部分。在一種實施方案中，冷卻設備36包括熱電冷卻模塊(TEC)38。提供多個相互連接的冷卻模塊是可能的，假定需要它來獲得所需的溫度差異。在可選的實施方案中，攝像機模塊由傳統的空氣和/或流體冷卻系統冷卻。
[0045]冷卻設備36進一步支持熱管22，其穿過外殼延伸並且進入設置在外殼外部上的散熱器40。散熱器40可以包括帶散熱片的元件以及風扇(如果需要的話)。熱管22也被熱連接到冷卻設備36。熱管22在操作和停止情況期間沿水平方向延伸。熱管的水平定嚮導致在操作期間恆定的傳熱能力和不同的傾斜位置。
[0046]外殼18可以繞在水平方向上延伸的軸42旋轉。在圖4中，攝像機被示為處於靜止和屏蔽的位置，其中，外殼的前面部分的拱形部分接合護罩44，其由與外殼相同的材料或類似的輻射屏蔽材料製成。
[0047]如在圖4中所示出的，護罩44形成有與外殼18的拱形前面部分相應的一個凹拱形側。作為結果，完整的攝像機可以在可調活動位置和靜止位置之間旋轉，在靜止位置，夕卜殼18的開口被護罩44很好地屏蔽而預防福射。在活動位置和靜止位置之間的旋轉可以例如基於時間計劃表由操作人員手動控制或由控制系統自動控制。
[0048]完全配備的攝像機在圖5中示出。在這一實施方案中，攝像機還包括燈45。燈優選地被安裝在外殼18的與熱管和散熱器相同的一側處，以便不阻止攝像機的傾斜運動。高溫計(沒有被示出)可以安裝在外殼的一側上或優選地在外殼的內部。高溫計可以設置有一個或幾個雷射指示器，以向攝像機的操作人員指示測量的方向和面積。
[0049]完整的攝像機可以安裝在壁支架或市售遙攝和傾斜單元上的固定位置處。在圖5所示出的實施方案中，攝像機安裝在允許獨立的傾斜和遙攝運動的電動支撐物46上。基部單元47包括變壓器、所需的電子裝置和用來將攝像機和電動支撐物連接到遠程布置的控制位置的連接裝置。
[0050]用來控制和操縱攝像機的敏感的電子設備可以布置在遠程位置上或在護罩44的延伸部49內。在這一實施方案中，輻射敏感電子設備和功率調節設備一起被熱連接到由熱管和吸熱裝置形成的冷卻系統。麥克風48被設置成獲取關於出現在周圍區域中的聲音和噪聲的信息。優選地，麥克風被特別設計並且是經得起輻射的。
[0051]在圖6所示出的吸熱冷卻元件20的實施方案包括由具有高熱導性的材料如金屬製成的主體21。主體21具有長方形側邊緣和底側以及頂側。長方形側邊緣具有相應於攝像機模塊10的尺寸的高度和寬度。基板23從主體21的底側延伸，並且接合攝像機模塊10的底側的至少相當大的一部分。基板將有助於從攝像機模塊傳熱。
[0052]主體21在兩個相對側上有突出部。第一突出部25鄰接攝像機模塊10，而且更具體地鄰接攝像機模塊的支撐數字圖像傳感器11的電路板27所位於的一部分。第二突出部29形成所需尺寸以穿過殼體14的開口突出，以便確保從殼體14有效地傳熱。第二突出部29也將接合在殼體14外部和在外殼18內部的冷卻設備36。
[0053]用於輻射屏蔽外殼和護罩的材料可以包括或基於烴類塑料(如聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯)、天然和合成橡膠(如矽橡膠)、以及還包含除了氫和碳以外的原子的其他塑料或樹脂(如丙烯酸、聚酯、聚氨酯和乙烯基樹脂)。由於在這些材料中的氫原子的大量集中，這些有機聚合物顯示對中子屏蔽的高度有效性。從短期觀點以及從長期觀點來看，包括烴類塑料的輻射屏蔽外殼和攝像機模塊的有效冷卻的組合導致了更高的圖像質量。
[0054]通過與輕核的重複碰撞而慢下來的快中子形成可以被核反應吸收的熱中子。如果好的熱中子吸收材料被添加到聚乙烯，聚乙烯的總的中子屏蔽能力可以被提高。合適的熱中子吸收材料是硼。
[0055]用於透明前面板16的材料優選地是完全透明的，以便產生在攝像機模塊前面的任何物體的真實圖像。在優選實施方案中，使用具有高氫含量的材料，例如被稱為樹脂玻璃的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
[0056]雖然特別描述了本發明的某些說明性的實施方案，但將理解，各種其他修改對於本領域技術人員是容易明顯的，而不偏離本發明的範圍和精神。因此，意圖不是附於此的權利要求的範圍限於在此闡述的描述，而是更確切地，權利要求應被解釋為包括對於本發明所屬領域的技術人員明顯的本發明的所有等效形式。
【權利要求】
1.一種為了在具有強烈的電離輻射的環境中監控的目的操作耐輻射攝像機的方法， 其中，所述攝像機包括電子圖像傳感器(11)、中子輻射屏蔽外殼(18)和中子輻射護罩(44)，所述外殼(18)包圍所述電子圖像傳感器(11)，且所述外殼(18)設置有允許光通向所述電子圖像傳感器(11)中的開口(26)， 其中，所述攝像機安裝在允許獨立的傾斜和遙攝運動的電動支撐物(46)上， 所述方法包括: 藉助於所述電動支撐物(46)使所述外殼(18)圍繞水平樞轉軸(42)關於所述中子輻射護罩(44)在屏蔽靜止位置到操作位置之間樞轉或傾斜，在所述屏蔽靜止位置中，所述外殼(18)的所述開口(26)指向所述中子輻射護罩(44)，在所述操作位置中，所述開口(26)未被所述中子輻射護罩(44)遮蓋。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述操作位置是可調的操作位置。
3.如權利要求1所述的方法，其中，將所述外殼(18)樞轉到其操作位置包括將所述外殼(18)樞轉到所述外殼(18)的背側(28)被所述中子輻射護罩(44)保護的位置。
4.如權利要求3所述的方法，其中，將所述外殼(18)從其靜止位置樞轉到其操作位置包括將所述外殼樞轉180度。
5.如權利要求1所述的方法，其中，所述外殼(18)的所述開口(26)在所述外殼(18)的拱形凸狀前面部分中形成，且所述中子輻射護罩(44)形成有相應於所述外殼(18)的所述拱形凸狀前面部分的凹拱形側，並且其中，將所述外殼(18)樞轉到其屏蔽靜止位置包括將所述外殼(18)的所述拱形凸狀前面部分樞轉到所述中子輻射護罩(44)的所述凹拱形側中。
6.如前述權利要求中任一項所述的方法，還包括冷卻所述電子圖像傳感器(11)。
7.如權利要求6所述的方法，其中，所述冷卻包括藉助於熱管(22)傳遞熱，所述熱管(22)在平行於所述樞轉軸的方向上延伸出所述外殼(18)。
8.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述中子輻射護罩(44)由與所述外殼(18)相同材料或類似的輻射屏蔽材料製成。
【文檔編號】H04N5/225GK104486539SQ201410766534
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2010年3月30日 優先權日:2009年3月30日
【發明者】尼克拉斯·巴林傑 申請人:艾塞克工業安全公司