操作耐辐射摄像机的方法
【专利摘要】操作耐辐射摄像机的方法。本发明涉及一种在中子辐射的环境中操作摄像机的方法，特别地为了在具有强烈的电离辐射(主要是中子和伽玛辐射)的环境中监控的目的。所述摄像机包括辐射屏蔽外壳(18)和设置在所述外壳(18)中的电子图像传感器(11)。当所述摄像机将被使用时，所述外壳(18)关于所述摄像机的辐射护罩(44)从屏蔽静止位置旋转到操作位置，在该屏蔽静止位置中，所述外壳(18)中的开口指向所述护罩(44)。随后，所述外壳(18)关于所述护罩(44)旋转到该屏蔽静止位置。
【专利说明】操作耐辐射摄像机的方法
[0001]本申请是申请日为2010年3月30日，申请号为201080012546.9，发明名称为“耐辐射摄像机”的申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及耐辐射摄像机，其包括具有电子图像传感器的摄像机模块和辐射屏蔽外壳，所述外壳具有允许光进入图像传感器中的开口。摄像机形成为主要用于在有强烈的电离辐射——主要是中子和γ辐射——的环境中的监控目的。在核能工业中，它可用在反应堆和封隔监视系统、燃料池检查和退役检查“任务”中。它也可以被用在放疗行业中，例如用于在放疗期间的患者监控。本发明目的特别在于在中子辐射环境中操作。
现有技术
[0003]在现今的许多应用中，管摄像机被用在上面提到的环境中，因为它们与设置有CCD或CMOS图像传感器的摄像机相比更耐辐射。使任何所需的电子控制单元从放射性环境隔离并且因此避免或限制一些严重的辐射效应通常是可能的。然而，使用其他类型的摄像机特别是数码摄像机的条件是不同的。
[0004]电离辐射影响并最终破坏电子设备，特别是低电压且更紧凑的电路和有高空间分辨率的电路。电离辐射主要造成临时损害一一所谓的软错误或单事件损害，以及永久损害一一所谓的原子移位。
[0005]现今的市售设备遭受这些影响，并且产生质量不断恶化的图像。摄像机和相关的控制逻辑只在上述苛刻环境中的短期使用时期后将被破坏或有下降的性能水平。仍然需要可以用数字图像传感器获得的更好的图像质量，并且也需要在这样的环境中寿命将更长的摄像机。
[0006]发明概述
[0007]根据本发明，具有电子图像传感器的数字摄像机模块由辐射屏蔽外壳包围。在外壳中的开口将允许光进入图像传感器中。该外壳是由具有低质量核的材料制成的。在这样的材料中，中子可通过碰撞将其大量能量转移给轻核。在很多实施方案中，硼被添加到外壳材料以便捕获从碰撞产生的热中子。
[0008]在一种实施方案中，完整的外壳可以在各种操作位置和静止位置之间枢轴转动或倾斜，在各种操作位置，开口是未遮盖的并且指向被观测物体，在静止位置，开口指向辐射屏蔽材料的护罩。外壳的背侧将由在操作位置上的护罩有效地保护。
[0009]外壳的开口优选地覆盖有透明的前盖，允许光的透射，并允许图像被图像传感器采集。透明前盖的大小足以提供期望的视角。优选地，前盖也是由具有低质量核的材料制成的。
[0010]为了进一步改善预防辐射效应的屏蔽，摄像机模块被热连接到吸热冷却元件，其将促进和改善来自摄像机模块的热的消散。冷却元件可以包括热电冷却模块，例如使用珀尔帖效应的模块。冷却模块的冷却能力可以由从冷却元件延伸到外壳的外部的散热装置进一步提高。在一种实施方案中，散热装置包括热管。通过将摄像机模块冷却到比较低的温度，例如零上几度，或大约2°C到5°C，来自摄像机模块的图像质量将被显著改善。
[0011]外壳可以具有几厘米的平均厚度，例如大约5厘米。在这样的厚度处，材料将提供足够的中子辐射衰减。
[0012]在各种实施方案中，摄像机模块包括标准的摄像机，其包括传感器和安装在绝缘且密封的壳体内的相关的电子设备。在各种实施方案中，壳体包括防潮层，以便确保壳体内的湿气含量维持在低水平。由铅、钨或具有类似的屏蔽和结构特性的另一材料制成的另一辐射屏蔽层可以被布置成保护摄像机模块免受其他辐射，如γ辐射。
[0013]根据本发明的一个方面，提供了一种耐辐射摄像机，包括具有电子图像传感器的摄像机模块，特征在于:所述摄像机模块布置在辐射屏蔽外壳中，所述外壳具有允许光进入所述图像传感器的开口，所述摄像机模块连接到消散来自所述摄像机模块的热的吸热冷却元件，以及带有包括镜头组件的所述摄像机模块的所述外壳被布置成在第一可调位置和第二位置之间枢轴转动，在所述第一可调位置，所述开口是未遮盖的，在所述第二位置，所述开口指向辐射屏蔽材料的护罩。
[0014]所述吸热冷却元件可以热连接到冷却设备。
[0015]所述冷却设备可以包括热电冷却模块。
[0016]所述耐辐射摄像机可以设置有热管，以将来自所述吸热冷却元件的热消散到所述外壳外面的位置。
[0017]所述热管可以实质上水平地延伸。
[0018]所述热管可以连接到安装在所述外壳的外壁上的散热器。
[0019]所述外壳可以由包括烃类塑料的材料制成。
[0020]所述外壳可以由包括硼的材料制成。
[0021]所述外壳可以具有3-lOcm的平均厚度。
[0022]所述外壳可以具有大约5cm的平均厚度。
[0023]所述开口可以被透明的前面板遮盖。
[0024]所述摄像机模块可以布置在绝缘且防潮的主体内。
[0025]所述摄像机模块可以封闭在壳体内。
[0026]所述壳体可以包括中子福射屏蔽材料。
[0027]所述摄像机模块可以封闭在γ辐射屏蔽层内。
[0028]附图的简要说明
[0029]为了容易理解本发明的上述和其他优点和目的，将参考在附图中示出的其特定实施方式来提供在上面简要描述的本发明的更具体的描述。
[0030]理解了这些附图只描述本发明的典型实施方案并且因此并不被认为是其范围的限制后，将通过使用附图用额外的特征和细节来描述和解释本发明，其中:
[0031]图1是根据本发明的包括摄像机模块的摄像机的实施方案的示意性透视图和部分剖视图，
[0032]图2是根据本发明的包括在摄像机中的外壳的实施方案的示意性透视图，
[0033]图3是根据本发明的包括在摄像机中的带有散热装置的壳体的实施方案的示意性透视图，
[0034]图4是枢轴转动到锁定位置上的图2的外壳的示意性透视图，
[0035]图5是根据本发明的完全配备的摄像机的实施方案的示意性透视图，以及
[0036]图6是热连接到摄像机模块的吸热冷却元件的实施方案的示意性透视图。
[0037]详细描述
[0038]在图1中所示出的实施方案包括摄像机模块10，其包括传统的数字图像传感器11和镜头组件(lens package) 13。摄像机模块10嵌入由具有低导热性的材料制成的绝缘体12中。绝缘体12被壳体14包围。优选地，摄像机模块装配成接近绝缘体，并且绝缘体装配成接近壳体14，以便减少壳体内的空气量并避免在任何光学部件处的冷凝。在一些实施方案中，任何剩余的空气被另一种合适的气体如C02或N取代。在图1所示出的实施方案中，另一辐射屏蔽层15被设置在摄像机模块10和绝缘体12之间。
[0039]壳体14由不透气和中子辐射屏蔽的材料如塑料或相似材料制成，并且被完全密封。辐射屏蔽层15主要被设置为γ或X射线屏蔽装置。壳体14以及辐射屏蔽层15的前侧形成由透明的前面板16封闭的开口。绝缘体12形成有面向透明前面板16的孔17。绝缘体12的孔17从镜头组件13的位置斜切到与前面板16邻接的较宽的开放空间。
[0040]壳体14被封闭在由第一盒状部件和第二后侧部件形成的外壳18中，也参照图2。壳体14的外部尺寸与外壳18的内部尺寸对应得非常好，以便最小化其之间的自由空间。外壳提供了有效的中子辐射屏蔽。
[0041]图像传感器11以及还有摄像机模块10作为整体热连接到吸热冷却元件20。在图1所示出的实施方案中，冷却元件20在一端从摄像机模块的与镜头组件相对的背侧延伸。冷却元件的相对端通过电绝缘槽(electrically insulating pod)(没有被示出)接合图像传感器或支撑图像传感器的电路板。吸热冷却元件20部分地延伸出壳体14，其中它被热连接到冷却设备和多个热管22，参照图3。热管延伸出外壳，并且非常有效地将热传递到安装在外壳外部的散热器，参照图3。冷却元件20被设计成将摄像机模块和任何相关的电子设备的温度维持在低于5°C的温度，优选地在2°C和5°C之间的温度。
[0042]正如图2所示出的，外壳18被分成两个独立的部件。第一盒状部件24基本上封闭了带有摄像机模块10的完整壳体14。在边缘表面中有切口的前面部分中的开口 26被形成所需尺寸以接纳透明前面板16。前面部分是拱形的，以便在护罩中被旋转成保护，参照图4。
[0043]外壳的第二部件形成了背侧28，其以紧密方式接合盒装部件24。为了进一步密封盒状部件24和背侧28之间的连接，这两个部件都可以形成有棱条30和相应的凹槽(没有被示出)。背侧进一步包括被布置成支持热管的支持块32。盒状部件24的一侧部分形成有接纳热管的缺口 34。
[0044]图3示出了壳体14和被热连接到冷却元件20的冷却设备36的背侧部分。在一种实施方案中，冷却设备36包括热电冷却模块(TEC)38。提供多个相互连接的冷却模块是可能的，假定需要它来获得所需的温度差异。在可选的实施方案中，摄像机模块由传统的空气和/或流体冷却系统冷却。
[0045]冷却设备36进一步支持热管22，其穿过外壳延伸并且进入设置在外壳外部上的散热器40。散热器40可以包括带散热片的元件以及风扇(如果需要的话)。热管22也被热连接到冷却设备36。热管22在操作和停止情况期间沿水平方向延伸。热管的水平定向导致在操作期间恒定的传热能力和不同的倾斜位置。
[0046]外壳18可以绕在水平方向上延伸的轴42旋转。在图4中，摄像机被示为处于静止和屏蔽的位置，其中，外壳的前面部分的拱形部分接合护罩44，其由与外壳相同的材料或类似的辐射屏蔽材料制成。
[0047]如在图4中所示出的，护罩44形成有与外壳18的拱形前面部分相应的一个凹拱形侧。作为结果，完整的摄像机可以在可调活动位置和静止位置之间旋转，在静止位置，夕卜壳18的开口被护罩44很好地屏蔽而预防福射。在活动位置和静止位置之间的旋转可以例如基于时间计划表由操作人员手动控制或由控制系统自动控制。
[0048]完全配备的摄像机在图5中示出。在这一实施方案中，摄像机还包括灯45。灯优选地被安装在外壳18的与热管和散热器相同的一侧处，以便不阻止摄像机的倾斜运动。高温计(没有被示出)可以安装在外壳的一侧上或优选地在外壳的内部。高温计可以设置有一个或几个激光指示器，以向摄像机的操作人员指示测量的方向和面积。
[0049]完整的摄像机可以安装在壁支架或市售遥摄和倾斜单元上的固定位置处。在图5所示出的实施方案中，摄像机安装在允许独立的倾斜和遥摄运动的电动支撑物46上。基部单元47包括变压器、所需的电子装置和用来将摄像机和电动支撑物连接到远程布置的控制位置的连接装置。
[0050]用来控制和操纵摄像机的敏感的电子设备可以布置在远程位置上或在护罩44的延伸部49内。在这一实施方案中，辐射敏感电子设备和功率调节设备一起被热连接到由热管和吸热装置形成的冷却系统。麦克风48被设置成获取关于出现在周围区域中的声音和噪声的信息。优选地，麦克风被特别设计并且是经得起辐射的。
[0051]在图6所示出的吸热冷却元件20的实施方案包括由具有高热导性的材料如金属制成的主体21。主体21具有长方形侧边缘和底侧以及顶侧。长方形侧边缘具有相应于摄像机模块10的尺寸的高度和宽度。基板23从主体21的底侧延伸，并且接合摄像机模块10的底侧的至少相当大的一部分。基板将有助于从摄像机模块传热。
[0052]主体21在两个相对侧上有突出部。第一突出部25邻接摄像机模块10，而且更具体地邻接摄像机模块的支撑数字图像传感器11的电路板27所位于的一部分。第二突出部29形成所需尺寸以穿过壳体14的开口突出，以便确保从壳体14有效地传热。第二突出部29也将接合在壳体14外部和在外壳18内部的冷却设备36。
[0053]用于辐射屏蔽外壳和护罩的材料可以包括或基于烃类塑料(如聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯)、天然和合成橡胶(如硅橡胶)、以及还包含除了氢和碳以外的原子的其他塑料或树脂(如丙烯酸、聚酯、聚氨酯和乙烯基树脂)。由于在这些材料中的氢原子的大量集中，这些有机聚合物显示对中子屏蔽的高度有效性。从短期观点以及从长期观点来看，包括烃类塑料的辐射屏蔽外壳和摄像机模块的有效冷却的组合导致了更高的图像质量。
[0054]通过与轻核的重复碰撞而慢下来的快中子形成可以被核反应吸收的热中子。如果好的热中子吸收材料被添加到聚乙烯，聚乙烯的总的中子屏蔽能力可以被提高。合适的热中子吸收材料是硼。
[0055]用于透明前面板16的材料优选地是完全透明的，以便产生在摄像机模块前面的任何物体的真实图像。在优选实施方案中，使用具有高氢含量的材料，例如被称为树脂玻璃的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
[0056]虽然特别描述了本发明的某些说明性的实施方案，但将理解，各种其他修改对于本领域技术人员是容易明显的，而不偏离本发明的范围和精神。因此，意图不是附于此的权利要求的范围限于在此阐述的描述，而是更确切地，权利要求应被解释为包括对于本发明所属领域的技术人员明显的本发明的所有等效形式。
【权利要求】
1.一种为了在具有强烈的电离辐射的环境中监控的目的操作耐辐射摄像机的方法， 其中，所述摄像机包括电子图像传感器(11)、中子辐射屏蔽外壳(18)和中子辐射护罩(44)，所述外壳(18)包围所述电子图像传感器(11)，且所述外壳(18)设置有允许光通向所述电子图像传感器(11)中的开口(26)， 其中，所述摄像机安装在允许独立的倾斜和遥摄运动的电动支撑物(46)上， 所述方法包括: 借助于所述电动支撑物(46)使所述外壳(18)围绕水平枢转轴(42)关于所述中子辐射护罩(44)在屏蔽静止位置到操作位置之间枢转或倾斜，在所述屏蔽静止位置中，所述外壳(18)的所述开口(26)指向所述中子辐射护罩(44)，在所述操作位置中，所述开口(26)未被所述中子辐射护罩(44)遮盖。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述操作位置是可调的操作位置。
3.如权利要求1所述的方法，其中，将所述外壳(18)枢转到其操作位置包括将所述外壳(18)枢转到所述外壳(18)的背侧(28)被所述中子辐射护罩(44)保护的位置。
4.如权利要求3所述的方法，其中，将所述外壳(18)从其静止位置枢转到其操作位置包括将所述外壳枢转180度。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述外壳(18)的所述开口(26)在所述外壳(18)的拱形凸状前面部分中形成，且所述中子辐射护罩(44)形成有相应于所述外壳(18)的所述拱形凸状前面部分的凹拱形侧，并且其中，将所述外壳(18)枢转到其屏蔽静止位置包括将所述外壳(18)的所述拱形凸状前面部分枢转到所述中子辐射护罩(44)的所述凹拱形侧中。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，还包括冷却所述电子图像传感器(11)。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述冷却包括借助于热管(22)传递热，所述热管(22)在平行于所述枢转轴的方向上延伸出所述外壳(18)。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述中子辐射护罩(44)由与所述外壳(18)相同材料或类似的辐射屏蔽材料制成。
【文档编号】H04N5/225GK104486539SQ201410766534
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2010年3月30日 优先权日:2009年3月30日
【发明者】尼克拉斯·巴林杰 申请人:艾塞克工业安全公司