专利名称：耐辐射摄像机的制作方法
技术领域：
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一主要是中子和Y辐射一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。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——所谓的软错误或单事件损害，以及永久损害——所谓的原子移位。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。发明概述根据本发明，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。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。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。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。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。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Y辐射。附图的简要说明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。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
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，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，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，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，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。详细描述在图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CO2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。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Y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。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。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。
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M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沈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。外壳的第二部件形成了背侧观，其以紧密方式接合盒装部件M。为了进一步密封盒状部件M和背侧观之间的连接，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M的一侧部分形成有接纳热管的缺口 ；34。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。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。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。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，外壳18的开口被护罩44很好地屏蔽而预防辐射。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。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。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。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。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。
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。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。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。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)。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
1.一种耐辐射摄像机，包括具有电子图像传感器(11)的摄像机模块(10)，特征在于 所述摄像机模块(10)布置在辐射屏蔽外壳(18)中，所述外壳具有允许光进入所述图像传感器(11)的开口 (26)，所述摄像机模块(10)连接到消散来自所述摄像机模块(10)的热的吸热冷却元件 (20)，以及带有包括镜头组件(1 的所述摄像机模块(10)的所述外壳(18)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G4)。
2.如权利要求1所述的耐辐射摄像机，其中，所述吸热冷却元件00)热连接到冷却设备(36)。
3.如权利要求2所述的耐辐射摄像机，其中，所述冷却设备(36)包括热电冷却模块 (38)。
4.如权利要求1所述的耐辐射摄像机，其中设置有热管(22)，以将来自所述吸热冷却元件00)的热消散到所述外壳(18)外面的位置。
5.如权利要求4所述的耐辐射摄像机，其中，所述热管02)实质上水平地延伸。
6.如权利要求4所述的耐辐射摄像机，其中，所述热管02)连接到安装在所述外壳 (18)的外壁上的散热器(40)。
7.如权利要求1所述的耐辐射摄像机，其中，所述外壳(18)由包括烃类塑料的材料制成。
8.如权利要求7所述的耐辐射摄像机，其中，所述外壳(18)由包括硼的材料制成。
9.如权利要求1所述的耐辐射摄像机，其中，所述外壳(18)具有3-lOcm的平均厚度。
10.如权利要求9所述的耐辐射摄像机，其中，所述外壳(18)具有大约5cm的平均厚度。
11.如权利要求1所述的耐辐射摄像机，其中，所述幵口06)被透明的前面板(16)遮
12.如权利要求1所述的耐辐射摄像机，其中，所述摄像机模块(10)布置在绝缘且防潮的主体(12)内。
13.如权利要求12所述的耐辐射摄像机，其中，所述摄像机模块(10)封闭在壳体(14)内。
14.如权利要求13所述的耐辐射摄像机，其中，所述壳体(14)包括中子辐射屏蔽材料。
15.如权利要求12所述的耐辐射摄像机，其中，所述摄像机模块(10)封闭在γ辐射屏蔽层(15)内。
全文摘要
耐辐射摄像机包括具有电子图像传感器(11)的摄像机模块(10)。摄像机模块(10)布置在辐射屏蔽外壳(18)中，所述外壳具有允许光进入图像传感器(11)的开口(26)。而且，摄像机模块(10)连接到吸热冷却元件(20)，其消散来自摄像机模块(10)的热。
文档编号G03B17/02GK102356629SQ201080012546
公开日2012年2月15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:尼克拉斯·巴林杰