用于温度、压力多变环境的摄像系统的制作方法

本发明属于航天器、航空器地面试验技术领域，具体涉及到一种用于温度、压力多变环境的摄像系统。

背景技术：

为了对高雷诺数流动进行相似模拟，往往使用低温、高压气体流动，同时，考虑到系统除湿置换、调试、紧急工况等需求，需要设备具有正压(一般可达3个大气压以上)及负压的工作能力(一般可达0.3大气压以下)，以及高温(可达50℃)及低温(-100℃以下)的工作能力。目前常用的监控用摄像机200不具有在这种环境下的工作能力，在低温、高温环境可能出现电子设备损坏，机械卡死等问题；而在低压环境下又可能出现油挥发形成污染，设备散热困难等问题；而特殊防爆用摄像头具有隔绝内外气体的能力，但不具备长时间的高压、低压环境工作能力。

目前的航天器真空热试验中，使用的摄像、照明装置一般包括：

使用模拟相机+金卤灯的方式，模拟相机内部电路相对较少，发生放电可能性较低，在控温环境下可以长时间工作于真空下，金卤灯亦可以在真空下长时间运行。但其缺点在于分辨率低、只能搭配定焦镜头(变焦镜头存在真空污染)、金卤灯及密封镜头无法承受正压等问题，无法在压力、温度多变环境下进行长期、可靠的工作；

使用密封筒结构结合网络相机模式，通过将相机、led阵列密封在常压容器内，保证其时刻处于工作温度范围内，其问题主要在于如果容器内为常压，考虑到高压环境下的耐压问题，需要对壳体加厚，极大增大了系统重量，难以在有限空间下安装。此外目前的真空摄像系统亦存在体积大、内部线缆多、装配复杂灯问题。

技术实现要素：

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种用于温度、压力多变环境的摄像系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

第一方面，本发明提供的技术方案:一种用于温度、压力多变环境的摄像系统，包括压力容器、安装架、摄像模组、加热机构、通风机构和呼吸阀，

所述安装架、设置于所述安装架的所述摄像模组和设置于所述安装架的所述加热结构均设置于所述压力容器内，所述通风机构和所述呼吸阀设置于所述压力容器上，

所述加热机构和所述通风机构用于使得所述压力容器内部温度满足所述摄像模组的工作温度；

所述呼吸阀用于使得所述压力容器内部压力满足所述摄像模组的工作压力。

优选地，所述压力容器包括第一法兰板、石英玻璃和封闭筒体，所述第一法兰板设置有法兰孔，使得所述石英玻璃能够嵌入；

所述封闭筒体包括底板、围绕所述底板的侧壁及第二法兰板，所述第二法兰板设置于所述封闭筒体开口端的边缘，

所述第一法兰板与所述第二法兰板连接。

优选地，所述底板设置呼吸阀安装孔、进气管安装孔及出气管安装孔，

所述呼吸阀设置于所述呼吸阀安装孔，

所述通风机构设置于所述进气管安装孔和所述出气管安装孔。

优选地，所述通风机构包括进气管、出气管及供气装置，

所述进气管的一端部与所述供气装置连接，所述进气管的另一端部设置于所述压力容器内，

所述出气管的一端部设置于所述压力容器内，所述出气管的另一端部设置于所述压力容器外，

其中，所述供气装置用于提供常温或低温气体。

优选地，所述加热机构为聚酰亚胺薄膜电加热器。

优选地，所述安装架包括第一架体、第二架体及第三架体，

所述第一架体沿所述压力容器的轴线方向设置，所述第二架体与所述第一架体活动连接，使得所述第二架体能够沿所述压力容器的轴线方向运动，

所述第三架体沿所述压力容器的径向设置，所述第三架体设置有豁口，使得所述第二架体能够穿过所述豁口。

优选地，所述摄像模组包摄像模组包括摄像机和辅助光源，

所述摄像机连接至所述第二架体，

所述辅助光源包括多个发光单元，所述发光单元以所述压力容器的轴线为中心线等角度均布于所述第三架体。

优选地，还包括控制模块和传感器模块，

所述控制模块和所述传感器模块以通讯连接方式连接；所述控制模块分别与所述加热机构、所述通风机构、所述呼吸阀及所述摄像模组以电连接的形式连接。

所述传感器模块设置于所述压力容器内部，用于压力容器内的识别温度。

本发明的摄像系统能够长时间、稳定工作，且压力容器100壳体较薄，极大降低了系统重量。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明的摄像系统的装置示意；

图2是本发明的压力容器的第一法兰板示意图；

图3是本发明的压力容器的石英玻璃示意图；

图4是本发明的压力容器的封闭筒体示意图；

图5是本发明的安装架的第一架体示意图；

图6是本发明的安装架的第二架体示意图；

图7是本发明的安装架的第三架体示意图；

图8是本发明的一种led结构示意图；

图9是本发明的摄像系统的结构示意图；

图1-9中：100、压力容器，11、封闭筒体，111、底板，1111、呼吸阀安装孔，1112、出气管安装孔，1113、进气管安装孔，1114、电连接器安装孔，112、第二法兰板，113、侧壁，12、第一法兰板，13、石英玻璃，14、支撑架，141、第一支撑板，142、第二支撑板，143、凸起，15，电连接器安装架，16、隔热层；

20、第一架体，21、第一连接板，211、第一长条孔，212、第二架体固定孔，22、第二连接板，23、肋板；

30、第二架体，31、第三连接板；311、第二长条孔；

40、第三架体，4第四连接板，42、遮光筒；

51、进气管，52、出气管；

200、摄像机，30、辅助光源，400、呼吸阀，500、通风机构，601、第一电连接器，602、第二电连接器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接，也可以是电连接，也可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参考图1，一种用于温度、压力多变环境的摄像系统包括压力容器100、摄像模组、安装架、加热机构(图中未标注)、通风机构500及呼吸阀400。

安装架、设置于安装架的摄像模组和加热机构设置于压力容器100内，通风机构500和呼吸阀400设置于压力容器100上。

加热机构和通风机构500使得压力容器100内部温度满足摄像模组的工作温度；呼吸阀400使得压力容器100内部压力满足摄像模组的工作压力。

若该摄像系统处于低温环境(例如零下100℃)下，加热机构能够产生热量，使得压力容器100内处于适宜温度范围，满足摄像模组工作温度要求；若该摄像系统处于高温环境(例如50℃)下，通风机构500能够导出摄像模组产生的多余热量，使得压力容器100内处于适宜温度范围，满足摄像模组工作温度要求。

无论外部温度的过高或过低，该摄像系统均能正常工作，避免因温度变化导致的电子设备损坏，机械卡死等问题。

若该摄像系统所处环境压力处于“压力容器100内压力-阈值1”至“压力容器100内压力+阈值2”的范围内时，呼吸阀400关闭，保证内外系统的隔绝，降低系统的漏热，在此范围外时，呼吸阀400打开，以使压力容器100内压力随环境变化；其中，选择的呼吸阀400阈值1在1个大气压左右，阈值2在0.1个大气压左右。

当环境压力从较高压力向较低压力变化时，呼吸阀400保证压力容器100内压力始终高于外部压力一个大气压，保证系统在低压环境(1个大气压以下)时内部不会出现润滑脂挥发、散热困难等问题；

当环境压力从较低压力向较高压力变化时，呼吸阀400保证压力容器100内压力始终低于外部压力0.1个大气压，即内外压力始终处于较低的水平，减小了压力容器100受到的作用力。

无论外部压力的过大或过小，该摄像系统均能够承受，不需改变压力容器100的设计压力，增加压力容器100的壳体厚度，避免设计成本增加，制造工艺的繁琐等问题。

本发明的摄像系统能够长时间、稳定工作，且压力容器100壳体较薄，极大降低了系统重量。

参考图2～4，在本发明的一种优选实施方式中，压力容器100包括第一法兰板12、石英玻璃13和封闭筒体11。

第一法兰板12设置有法兰孔，使得石英玻璃13能够嵌入；封闭筒体11包括底板111、围绕底板111的侧壁113及第二法兰板112，第二法兰板112设置于封闭筒体11开口端的边缘，第一法兰板12与第二法兰板112连接。

参考图2，压力容器100包括第一法兰板12、石英玻璃13和封闭筒体11。

封闭筒体11包括圆形的底板111、圆筒状的侧壁113及第二法兰板112，该侧壁113的一端部设置底板111，另一端部设置第二法兰板112，使得底板111的轴线、侧壁113的轴线及第二法兰板112的轴线均位于同一个直线上。

第二法兰板112、侧壁113和底板111构成的封闭筒体11，可以一体化成型，也可以焊接成型。

参考图3，第一法兰板12设置有3个台阶孔：第一台阶孔a、第二台阶孔b及第三台阶孔c。

参考图4，石英玻璃13为一个阶梯状的圆台，包括第一台阶a和第二台阶b。第一台阶a的直径与第一台阶孔a的直径相等，第二台阶b的直径与第二台阶孔b的直径相等，使得石英玻璃13能够嵌入在第一法兰板13上。

第一法兰板12与封闭筒体11的第二法兰板112均之间通过螺栓连接，上述压力容器100的结构简单、制造方便，有利于实现压力容器100内的良好密封性能，使得设置于其内的摄像模组处于良好的工作环境中，避免受到外界环境的影响。

为了进一步优化方案设计，在第一法兰板12和第二法兰板112之间设置密封垫，可进一步提高压力容器100内部的密封性，使得摄像模组有一个更好的工作环境。

此外，底板111设置有呼吸阀安装孔1111、进气管安装孔1113及出气管安装孔1112，呼吸阀400设置于呼吸阀安装孔1111，通风机构500设置于进气管安装孔1113和出气管安装孔1112。

上述底板111的设置，能够有效实现呼吸阀400、通风机构500与压力容器100内部密闭空间的连接，且加工简单、方便，成本低。

需要说明的是，压力容器100的内部还设置有隔热层16，可以采用贴敷形式安装，用于进一步隔绝外界环境对压力容器100内部环境的影响。

参考图1，在本发明的一种优选实施方式中，通风机构500包括进气管51、出气管52及供气装置(图中未标注)。

进气管51的一端部与供气装置连接，进气管51的另一端部设置于压力容器100内；出气管52的一端部设置于压力容器100内，出气管52的另一端部设置于压力容器100外，其中，供气装置用于提供常温或低温气体。

供气装置可以采用储气罐和泵结合的供气方式，也可以采用压缩机的方式等。

通风机构500能够在保证压力容器100内部良好密封性能的前提下，借用常温气体或低温气体实现摄像模组的降温，使得摄像模组处于正常的工作范围内。

通风机构500的结构简单，降温效果明显，供气装置的气体可以采用空气或其他廉价气体即可。

在本发明的一种优选实施方式中，加热机构为聚酰亚胺薄膜电加热器。

聚酰亚胺薄膜电加热器是以聚酰亚胺薄膜为外绝缘体，以金属箔、金属丝为内导电发热体，经高温高压热合而成。具有优异的绝缘强度、抗电强度、热传导效率、电阻稳定性，广泛地适用于加热领域并能够获得相当高的温度控制精度。

参考图5～7，在本发明的一种优选实施方式中，安装架包括第一架体20、第二架体30及第三架体40。

第一架体20沿压力容器100的轴线方向设置，第二架体30与第一架体20活动连接，使得第二架体30能够沿压力容器100的轴线方向运动，第三架体40沿压力容器100的径向设置，第三架体40设置有豁口，使得第二架体30能够穿过豁口。

参考图1，压力容器100的封闭筒体11内设置有支撑架14，该支撑架14用于连接第一架体20。

支撑架14包括第一支撑板141、第二支撑板142及圆柱形的凸起143。

第一支撑板141垂直于封闭筒体11，且固定连接在封闭筒体11上。第二支撑板142沿封闭筒体11的轴线方向设置，第二支撑板142连接在第一支撑板141上，使得第二支撑板142垂直于第一支撑板141。凸起143沿竖直方向连接在第二支撑板142上。

参考图5，第一架体20大致为l型，包括第一连接板21、垂直于第一连接板21的第二连接板22及连接第一连接板21和第二连接板22的筋板。第一连接板21设置有第一长条孔211和第二架体30固定孔212。

支撑架14的凸起143穿过第一架体20的第一长条孔211，使得第一架体20沿第一架体20沿压力容器100的轴线方向设置，第一架体20能够沿压力容器100的轴线方向调整，调整的长度尺寸即为第一长条孔211的距离。

第一架体20与支撑架14之间的连接，可通过螺栓固定连接，实现二者之间的可调整性的连接。

参考图6，第二架体30包括四个依次首尾连接的第三连接板31，各第三连接板31形成一个框形结构。其中，一个第三连接板31设置有第二长条孔311。

螺栓穿过第一架体20的第二架体30固定孔212与第二架体30的第二长条孔311，实现第二架体30沿压力容器100的轴线方向运动，使得第二架体30相对第一架体20调整一个合适位置，再紧固螺母，完成第二架体30与第二架体30的连接。

摄像模组包括摄像机200和辅助光源300。摄像机200安装于第二架体30上，通过第一架体20和第二架体30配合，调整摄像机200到石英玻璃13的距离，使得该摄像系统更好的工作。

加热机构为聚酰亚胺薄膜电加热器，黏贴于第二架体30的一个第三连接板31上。

参考图7，第三架体40包括圆筒形的遮光筒42和圆环形的第四连接板41，第三架体40设置于压力容器100的封闭筒体11的开口端内壁，使得摄像机200能够穿过遮光筒42。

辅助光源300包括多个发光单元，该发光单元为led灯。多个led灯相对遮光筒42的轴线等角度均布，如图8所示，布置多个led灯的电路板连接在第四连接半41上。

遮光筒42与辅助光源300设置方式，使得辅助光源300的光线无法进入摄像机200的镜头，可防止摄像机200的镜片形成炫光。

在本实施例的一种优选实施方式中，该摄像系统还包括控制模块和传感器模块。

控制模块和传感器模块以通讯连接方式连接；控制模块分别与加热机构、通风机构500、呼吸阀400及摄像模组以电连接的形式连接。

传感器模块设置于压力容器100内部，用于压力容器100内的识别温度。

在封闭筒体11的盖板上还设置有用于安装电连接器的电连接器安装孔1114和电连接器安装架15。电连接器能够压力容器100内的摄像模组与外部电源等的电连接。

控制模块包括计算机、电源和交换机。电连接器包括第一电连接器组601、第二电连接器组602及穿墙气密电连接器。

在模拟的温度、压力多变的密闭设备内，计算机、电源、交换机设置于设备外。

第一电连接器组601包括电连接器1-1、电连接器1-2、电连接器1-3由内至外排列，分别为y27aⅲ-2237tk1l，y27aⅲ-2237zjb4h，y27aⅲ-2237tklw。第二电连接器组602包括电连接器2-1和电连接器2-2，型号分别为j36b-38z与j36b-38t；

第二电连接器2-1安装于压力容器100内部电连接器安装架15，通过电连接器安装架15的定位销固定电连接器2-1位置。电连接器2-1与电连接器1-1通过线缆连接；

电连接器2-2安装于第一架体20的第二连接板22相关安装孔(图中未标注)，如图5所示。通过将第一架体20推入封闭筒体11即可实现电连接器2-1、2-2的对接。

电连接器1-2固定于底板111上，提供气密功能，电连接器1-1与电连接1-3分别连接于压力容器100的内部和外部。

该摄像系统的线缆连接方式如图9所示，压力容器100与设备壁面之间的线缆均能够耐高温低温，交换机与计算机之间以网线连接，实现摄像的采集、监视、存储等功能。

上各实施例仅说明发明的技术方案而非对其限制，尽管参照各实施例对本发明进行详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。