专利名称：一种用于混浊海域的水下电视系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于混浊海域的水下电视系统。
水下电视系统目前主要应用在远洋运输、航道排障、建港工程、海洋打捞、海上采油，水库堤坝监视各领域。其功能主要是通过水下摄像、水上监控来实现对观测物的监视。现有的水下电视系统一般采用光学成象的方法，这种成象方式受到水特性的直接影响。水作为光学图象的传递介质其光衰减程度与水的性质、浑浊程度及光波波长有密切关系。在混浊海域中，由于存在大量浮游生物、悬浮粒子及胶体粒子，因而产生对光波的散射，使电视图象对比度降低，甚至不能成象。胶体粒子是造成光波散射的主要原因。国外混浊海域水下电视系统进行了许多研究，如日本《三菱电机技报45〔8〕’71》刊载的“海洋开发用的工业电视”一文中介绍的目前付诸实用的方法是将清水箱和水下摄像机一起投放混浊海域中，清水箱排除了拍摄物与摄像机之间的混浊海水，形成光学通道，使水下摄像机能够摄到电视图象。然而，出于清水箱体积庞大，下沉到水中非常困难，且由于清水箱的体积有一定限度，从而限制了观察距离。一般利用清水箱下沉的方法，水下摄像系统的观察距离不会超过1米，这样，使水下摄像受到很大局限。
本发明的目的即是针对上述水下电视系统的缺点，提供出一种带有水混浊度处理器的水下摄像系统，从而实现了较远距离清晰摄像的效果。
为达到上述目的，本发明采取了如下技术方案如
图1.图2.图3.图4.图5所示，本发明提供的用于混浊海域的水下电视系统，是由于水上控制装置、水下摄像装置及传输电缆组成。其特征在于水上控制装置由彩色监视器、彩色录像机、定时开关、电视解调器、DC12V电源、装有电阻R1、电解电容器C1、电感线圈L1的控制台电路板及控制台架组成；水下摄像装置由密封舱、两个水混浊度处理器及两个照明器组成。其中，密封舱内装有配置自动光圈镜头的CCD彩色摄像机，在密封舱内部的前端，对应自动光圈镜头设有光学窗口。密封舱内装有由电解电容器C2、C3，电感线圈L2、L3，稳压管T1，开关三极管T2、电阻R2及电子继电器J1、电视调制器组成的密封舱电路板。密封舱外侧的顶部装有电缆密封插座及套装在电缆密封插座上的电缆护杆连接器，电缆护杆连接器上连接了套装在传输电缆外部的电缆护杆。密封舱通过前密封盖及后密封盖进行密封。两个水混浊度处理器对称安装在密封舱外部两侧上方。水混浊度处理器由高压瓶，从瓶口插入瓶内的稳流管、控制液体喷射的电磁阀及喷嘴组成。稳流管通过电磁阀与喷嘴接通。高压瓶内充有絮凝剂水溶液及作为喷射絮凝剂高压动力的高压气体。两个照明器对称固定在密封舱外部两侧，位于水混浊度处理器的正下方。照明器由密封腔、密封腔光学窗口、装在密封腔内的照明灯及密封盖组成。控制台上的DC12V电源通过并联的电阻R1及定时开关K1与电感线圈L1一端连接，线圈L1的另一端与电解电容器C1的正极及传输电缆A端连接，电解电容器C1的负极与电视解调器输入端连接，电视解调器输出端与彩色监视器输入端连接，彩色监视器的视频输出端连至彩色录像机的视频输入端。潜入水下的传输电缆的B端通过电缆密封插座与电解电容器C2的正极相连。C2的负极连至电视调制器的输出端，电视调制器的输入端与CCD彩色摄像机的视频输出端相连。传输电缆B端还通过电感线圈L2与稳压管T1的负极、CCD彩色摄像机的电源端及电子继电器J1的电源端、电子继电器J1的常开触点及灯1、灯2连接。稳压管T1的正极与电解电容器C3的正极及电阻R2的一端连接。电阻R2的另一端连接开关三极管T2的基极，开关三极管T2的集电极与电子继电器J1的控制端连接。电子继电器J1的常开触点与电磁阀控制端连接。电解电容器C3的负极、三极管T2的发射极及电磁阀的接地端均接地。操作时，控制台上的DC12V电源向CCD彩色摄像机、两个照明灯、电磁阀及电子继电器J1供电。操作者根据水混浊度选定絮凝剂喷射时间打开定时开关K1后，导通电压为12V的稳压管T1导通，使开关三极管T2也导通，作为T2集电极负载的电子继电器J1工作，控制电磁阀的电子继电器J1的常开触点闭合，电磁阀打开，高压瓶喷嘴喷射出絮凝剂，形成光学通道。CCD彩色摄像机拍摄后，视频信号经过电视调制器调制为射频信号由传输电缆传输，再经过电视解调器传输到彩色监视器，并由彩色录像机录像。电解电容器C1、C2用于隔离电视设备的直流电压，电感线圈L1、L2用于阻止射频信号串扰供电电路。电阻R1是分压电阻，使DC12V电源能提供出11.5V电压。水混浊度处理器中所用的高压瓶可以采用耐压1.4Mpa以上，容积为2～4公升的高压钢瓶，高压钢瓶内的高压气体可以采用压力在0.5～1Mpa的氮气。絮凝剂水溶液可以采用阳离子高分子絮凝剂或铁盐混凝剂加助凝剂或铝盐混凝剂加助凝剂。密封腔光学窗口采用波长500～600nm的绿色玻璃。本发明提供的用于混浊海域的水下电视系统还可以用于其他混浊水域，如河流、水库等，对应不同水质，高压瓶中可以注入不同类型的絮凝剂，对近海水域一般采用阳离子高分子絮凝剂，如聚丙烯酰铵。对河流水域则可以采用铝盐混凝剂加助凝剂或铁盐混凝剂加助凝剂，如碱式氯化铝、三氯化铁等，为提高混凝效果加入适量的石灰助凝剂。
本发明采用了一组电子控制的水混浊度处理器，可根据水混浊度确定定时开关K1的开闭时间，当控制装置发出操作指令后，高压瓶喷嘴喷出絮凝剂波束，由于高压幕的存在使絮凝剂在一定的范围内出现絮凝现象，使混浊水域中的悬浮物等胶体粒子形成絮凝团下沉，使水的混浊去除率达70％以上，形成摄像所需要的光学通道，从而使CCD彩色摄像机摄下清晰的电视图象。此外，与采用清水箱的摄像系统相比较，本发明的体积重量大大缩小，操作易行、简便。同时，可视距离也明显增大，可获得4～6米距离的电视图象。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1是混浊海域水下电视系统的水上控制台及传输电缆图2是混浊海域水下电视系统的水下摄像装置俯视3是混浊海域水下电视系统的水下摄像装置侧视4是水混浊度处理器示意5是混浊海域水下电视系统的电原理图如图1～图3所示，本发明由水上控制台、传输电缆及水下摄像装置组成。水上控制台包括彩色监视器1、彩色录像机2、定时开关3(K1)、电视解调器4、DC12V电源5、传输电缆6、控制台架7及控制台电路板8。控制台电路板8上装有电阻R1、电解电容器C1、电感线圈L1。水下摄像装置由装有CCD彩色摄像装置的密封舱9、两个水混浊度处理器26及两个装有照明灯的密封腔10组成。密封舱9内装有配置了自动光圈镜头14的CCD彩色摄像机13，在密封舱内部的前端对应自动光圈镜头14设有光学窗口12。密封舱内部还装有密封舱电路板27，密封舱电路板27上装有电解电容器C2、C3，电感线圈L2、L3，稳压管T1，开关三极管T2，电阻R2及电子继电器J1，电视调制器。密封舱9通过前密封盖11，后密封盖18进行密封。密封舱9外侧的顶部装有电缆密封插座15及套装在电缆密封插座上的电缆护杆连接器16，电缆护杆连接器16上连接了套装在传输电缆外部的电缆护杆17。CCD彩色摄像机13选用水平清晰度为420线，最低照度为0.31ux的小型CCD彩色摄像机，自动光圈镜头14焦距为6mm，相对孔径为F1.4，这样可以使水下摄像装置适应水下不同深度的照度变化。光学窗口12选用φ106mm，厚6mm的无色透明玻璃。两个水混浊度处理器26通过金属连接件对称安装在密封舱9外部两侧上方，如图4所示。水混浊度处理器26由能耐压1.4Mpa容积为2公升的高压钢瓶19，从瓶口插入高压钢瓶内直径为∮16mm的稳流管25，控制液体喷射的电磁阀20及喷嘴组成。稳流管25通过电磁阀20与喷嘴21接通。高压钢瓶19内装入1.5公升阳离子高分子絮凝剂水溶液。絮凝剂水溶液为5g/L的聚丙烯铣铵水溶液。高压钢瓶19内还充有0.8Mpa的氮气作为喷射絮凝剂水溶液的高压动力。两个装有照明灯的密封腔10，通过金属管件对称焊接在密封舱9外部两侧，位于水混浊度处理器26的正下方。密封腔光学窗口23采用波长为550nm的绿色玻璃，绿色玻璃的直径为56mm，厚度为6mm。照明灯22采用DC12V、20W的小型高效灯泡。密封腔10由密封盖24进行密封。传输电缆6采用SYV 75-7型同轴电缆。传输电缆6，A端与水上控制台连接，B端穿过电缆护杆17与电缆密封插座15连接。电解电容器C1、C2、C3的电容量均为4.7μf，电感线圈L1、L2的电感量为1mH，电阻R1取值为0.5Ω、10W，电阻R2取值为100Ω、1W，稳压管T1选用2 CW12，开关三极管T2选用3 DK12。
图5示出了混浊海域水下电视系统的电路原理，整个电路的电连接关系如前所述。操作时，操作人员在水上通过电缆护杆控制水下摄像装置在水下的方位，根据水混浊度选定絮凝剂喷射时间，打开定时开关后，导通电压为12V的稳压管T1导通，使开关三极管T2也导通，作为T2集电极负载的电子继电器J1工作，控制电磁阀的电子继电器J1的常开触点闭合，电磁阀打开，高压钢瓶19的喷嘴21喷射出絮凝剂，使混浊海域中的悬浮物等胶体粒子形成絮凝团下沉。高压幕克服了一定范围的浊水侵入所需光学通道，使CCD彩色摄像机有足够时间获得被观察物的电视图象。此时，观察者在水上控制台通过电视监视器观察海下景物的同时，彩色录像机还录下了景物的图象，该系统可以使水域混浊度去除率达70％以上，从而获得较高清晰度图象。
本系统还可用于河流、水库等其他浑浊水域。此时，高压钢瓶中注入的絮凝剂可以采用铝盐混凝剂加助凝剂或铁盐混凝剂加助凝剂，如碱式氯化铝、三氯化铁等，并加入适量石灰助凝剂。
水下摄像装置的方位是通过电缆护杆17操纵确定，电缆护杆17的材质选择依水下摄像装置的投放深度决定。在远洋轮船上使用该系统时，可用φ50mm铝合金管，通过电缆护杆连接器16与螺纹连接。轮船的吃水深度一般在8米左右。当应用于海洋工程如石油平台、建港、筑防波堤、海下管道、打捞、排障等方面，水下摄像装置投放深度在20～60米。此时，电缆护杆17采用钢丝缆绳保护，钢丝缆绳通过钢丝卡与电缆护杆连接器16连接。为保护水下摄像装置中的密封舱9，可将密封舱9装入由钢管焊制的筐架中，投放水下。
权利要求
1.一种用于混浊海域的水下电视系统，由于水上控制装置、水下摄像装置及传输电缆组成。其特征在于水上控制装置由彩色监视器、彩色录像机、定时开关电视解调器、DC12V电源、装有电阻R1、电解电容器C1、电感线圈L1的控制台电路板及控制台架组成。水下摄像装置由密封舱、两个水混浊度处理器及两个照明器组成。其中，密封舱内装有配置自动光圈镜头的CCD彩色摄像机。在密封舱内部的前端，对应自动光圈镜头设有光学窗口。密封舱内装有由电解电容器C2、C3，电感线圈L2、L3，稳压管T1，开关三极管T2、电阻R2及电子继电器J1、电视调制器组成的密封舱电路板。密封舱外侧的顶部装有电缆密封插座及套装在电缆密封插座上的电缆护杆连接器，电缆护杆连接器上连接了套装在传输电缆外部的电缆护杆。密封舱通过前密封盖及后密封盖进行密封。两个水混浊度处理器对称安装在密封舱外部两侧上方。水混浊度处理器由高压瓶、从瓶口插入瓶内的稳流管、控制液体喷射的电磁阀及喷嘴组成。稳流管通过电磁阀与喷嘴接通。高压瓶内充有絮凝剂水溶液及作为喷射絮凝剂高压动力的高压气体。两个照明器对称固定在密封舱外部两侧，位于水混浊度处理器的正下方。照明器由密封腔、密封腔光学窗口、装在密封腔内的照明灯及密封盖组成。控制台上的DC12V电源通过并联的电阻R1及定时开关K1与电感线圈L1一端连接。线圈L1的另一端与电解电容器C1的正极及传输电缆A端连接。电解电容器C1的负极与电视解调器输入端连接，电视解调器输出端与彩色监视器输入端连接，彩色监视器的视频输出端连至彩色录像机的视频输入端。潜入水下的传输电缆的B端通过电缆密封插座与电解电容器C2的正极相连。C2的负极连至电视调制器的输出端。电视调制器的输入端与CCD彩色摄像机的视频输出端相连，传输电缆B端还通过电感线圈L2与稳压管T1的负极、CCD彩色录像机的电源端及电子继电器J1的电源端、电子继电器J1的常开触点及灯1、灯2连接。稳压管T1的正极与电解电容器C3的正极及电阻R2的一端连接。电阻R2的另一端连接开关三极管T2的基极，开关三极管T2的集电极与电子继电器J1的控制端连接。电子继电器J1的常开触点与电磁阀控制端连接。电解电容器C3的负极、三极管T2的发射极及电磁阀的接地端均接地。操作时，控制台上的DC12V电源向CCD彩色摄像机、两个照明灯、电磁阀及电子继电器J1供电。操作者根据水混浊度选定絮凝剂喷射时间打开定时开关K1后，导通电压为12V的稳压管T1导通，使开关三极管T2也导通，作为T2集电极负载的电子继电器J1工作，控制电磁阀的电子继电器J1的常开触点闭合。电磁阀打开，高压瓶喷嘴喷射出絮凝剂，形成光学通道，CCD彩色摄像机拍摄后，视频信号经过电视调制器调制为射频信号由传输电缆传输，再经过电视解调器传输到彩色监视器，并由彩色录像机录像。电解电容器C1、C2用于隔离电视设备的直流电压，电感线圈L1、L2用于阻止射频信号串扰供电电路。电阻R1是分压电阻，使DC12V电源能提供出11.5V电压。
2.按照权利要求1所说的用于混浊海域的水下电视系统，其特征在于所说的高压瓶可以采用耐压1.4Mpa以上容积为2～4公升的高压钢瓶。
3.按照权利要求1所说的用于混浊海域的水下电视系统，其特征在于所说的高压气体可以采用压力在0.5～1Mpa的氮气。
4.按照权利要求1所说的用于混浊海域的水下电视系统，其特征在于所说的絮凝剂水溶液可以采用阳离子高分子絮凝剂或铁盐混凝剂加助凝剂或铝盐混凝剂加助凝剂。
5.按照权利要求1所说的用于混浊水域的水下电视系统，其特征在于所说的密封腔光学窗口采用波长500～600nm的绿色玻璃。
全文摘要
本发明是一种用于混浊海域的水下电视系统，主要应用于海洋工程如海上采油、建港、航道排障等方面难以成像的混浊水域。现有光学成像的水下电视，因受到海水中胶体粒子、悬浮粒子对光波的散射，难以获得电视图象。本发明由于采用了水混浊度处理技术，解决了混浊水域水下电视难以成像的问题。该系统由水下电视摄像装置、水混浊度处理器、照明灯、水上控制台、传输电缆组成。采用了高压絮凝技术，在水下电视摄像装置前形成光学通道。
文档编号H04N5/225GK1115946SQ9510749
公开日1996年1月31日 申请日期1995年7月17日 优先权日1995年7月17日
发明者王子高 申请人:天津开发区大洋电子技术公司