Устройство для тепловизионного исследования

Устройство для тепловизионного исследования относится к области исследования материалов с помощью тепловых средств и может быть использовано для исследования фактического распределения температурных полей на поверхности земли, наружных поверхностях высотных зданий, сооружений и других объектов. Техническим результатом полезной модели является повышение точности тепловизионных исследований поверхностей земли, высотных зданий, сооружений и других объектов и расширение технических функций летательных аппаратов легче воздуха. Устройство для тепловизионного исследования содержит оболочку, заполняемую газом легче воздуха и/или горячим воздухом, жесткий каркас, на котором находятся оболочка и канаты, по меньшей мере, одно средство тепловизионной съемки, по меньшей мере, одно средство беспроводной передачи тепловизионного изображения, по меньшей мере, одно средство обработки и отображения тепловизионного видеоизображения и систему радиоуправления перемещением в воздушном пространстве средства тепловизионной видеосъемки. Средство тепловизионной съемки содержит оболочку, наполняемую газом легче воздуха или теплым воздухом, жесткий каркас с блоком вентиляторов, платформу, устройство для наблюдения за распределением температуры поверхности, опоры-амортизаторы, канаты, автономный источник постоянного тока, по меньшей мере, два электропривода поворота и элементы крепления. Жесткий каркас с блоком вентиляторов содержит блок управления электродвигателями вентиляторов и электроприводами поворота. Средство беспроводной передачи тепловизионного изображения содержит модуль передатчика и антенну, причем устройство для наблюдения за распределением температуры поверхности, модуль передатчика и автономный источник постоянного тока соединены между собой посредством электрического кабеля. Средство обработки и отображения тепловизионного изображения содержит телевизионный приемник, антенну, персональный компьютер и автономный источник постоянного тока, причем телевизионный приемник и персональный компьютер соединены с автономным источником постоянного тока посредством отдельных электрических кабелей. Система радиоуправления перемещением в воздушном пространстве средства тепловизионной видеосъемки содержит пульт дистанционного управления и автономный источник постоянного тока. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство для тепловизионного исследования относится к области исследования материалов с помощью тепловых средств и может быть использовано для исследования фактического распределения температурных полей на поверхности земли, наружных поверхностях (в т.ч. фасадах) высотных зданий, сооружений и других объектов.

Из уровня техники известны радиоуправляемые дирижабли и воздушные шары (гелиевые свободные аэростаты, торпедо), используемые в качестве рекламоносителей, а так же для аэросъемки и видеосъемки с соответствующим оборудованием. Сведения известны из источников информации:

1. http://o4em.com/2009/05/31/blimp-fpv;

2. http://ecx.images-amazon.com/images/I/51Tj-sRs9HL._SL1000_.jpg;

3. http://www.vozduhoplavateli.ru/index.php?id=561;

4. http://www.blimp.ru/services/blimp;

Упомянутые летательные аппараты не содержат в своем составе средства для исследования температуры поверхностей земли, высотных зданий, сооружений и других объектов.

Известна радиоуправляемая модель дирижабля, которая содержит раму и каркас, оболочку из материала с низкой газопроницаемостью, наполняемую гелием через клапан, вентиляторы, электродвигатель и крыльчатка каждого из которых установлены соосно в пластиковом защитном корпусе, источник постоянного тока, блок управления с радиопередатчиком для раздельного включения/выключения каждого из электродвигателей от клавишного пульта дистанционного управления и антенной, отличающаяся тем, что она снабжена диагональными расчалками для сохранения формы, охватывающими каркас и оболочку, балансировочными грузами из свинцовых пластин, закрепленных в углах рамы, и телекамерой, рама и каркас выполнены из пластиковых перфорированных уголков, в носовой, средней и хвостовой частях рамы установлены восемь вентиляторов, при этом телекамера установлена в середине носовой части каркаса, оболочка, охватывающая каркас, закреплена внахлест на уголках каркаса и рамы, а клавишный пульт дистанционного управления блока управления оснащен LCD-экраном, позволяющим воспроизводить предметы перед телекамерой (Патент РФ на изобретение 2261749).

Недостатками радиоуправляемой модели дирижабля является то, что модель относится к игрушечным транспортным средствам с автоматическим управлением и предназначена для использования, в основном, в закрытых помещениях с низкой скоростью ветра и не содержит в своем составе средства для исследования температуры поверхностей земли, высотных зданий, сооружений и других объектов.

Известны устройства для наблюдения за распределением температуры поверхности - тепловизоры. Распределение температуры исследуемого объекта отображается на дисплее (или сохраняются в памяти накопительного устройства) тепловизора как цветное видеоизображение, где разной температуре соответствует определенный цвет. Тепловизоры обычно используют совместно с ноутбуком, программное обеспечение которого позволяет производить анализ и обработку данных температурных полей объектов в режиме реального времени, а также записывать информацию (термограммы).

Однако, при проведении инфракрасной съемки объектов с больших расстояний и под углами, значительно отличающимися от нормали, происходит существенное увеличение погрешности регистрации температурного поля. Увеличение погрешности вызвано:

- уменьшением угловых размеров объектов из-за увеличения расстояния между ними и тепловизором;

- изменением плотности энергии излучения из-за отклонения оптической оси тепловизора от нормали к обследуемой поверхности (плотность энергии прямо пропорциональна косинусу угла между нормалью к поверхности и оптической осью).

Термографирование поверхности, по возможности, производят в перпендикулярном направлении. Возможные отклонения от этого направления не должны превышать 30°. Измерения, по возможности, должны производиться с фиксированного расстояния («Методические рекомендации по комплексному теплотехническому обследованию наружных ограждающих конструкций с применением тепловизионной техники», МДС 23-1.2007).

Поэтому при традиционном проведении работ (съемке с поверхности земли) по тепловизионному исследованию поверхностей земли, труб, высотных сооружений (башен, зданий, др. объектов) результаты, как правило, имеют существенную погрешность.

Известен способ тепловизионного исследования, при котором тепловизионную съемку производят тепловизором с борта вертолета. Объектами исследований могут быть высотные строения (башни, трубы), а так же участки поверхности земли (например, при возникновении торфяных пожаров, или при повреждении подземных теплотрасс и коммуникаций).

Такие работы являются дорогостоящими, неэффективными и неточными (из-за вибраций при полете и ограничений в фиксировании в пространстве), требуют особого внимания по обеспечению безопасности полетов и обладают сложностью в реализации (получение разрешения компетентных органов на полеты и установку необходимого оборудования).

Наиболее близким устройством к заявленной полезной модели является многофункциональный воздушный шар, содержащий оболочку, заполняемую газом легче воздуха и/или горячим воздухом, жесткий каркас, на котором находится оболочка, гондолу, стропы для крепления гондолы и якорные канаты. Гондола соединена с оболочкой герметично и имеет воронкообразное расширение сверху и центральный канал вдоль вертикальной оси для ограниченного притока воздуха внутрь оболочки. Оболочка шара может быть электропроводной и служить в качестве электрода в батарее для утилизации атмосферного электричества, а также использоваться непосредственно в качестве антенны или быть вместилищем антенны соответствующего вида коммуникаций (Патент РФ на изобретение 2333134).

При использовании многофункционального воздушного шара, принятого за прототип, к причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относятся:

- отсутствие возможности необходимого позиционирования воздушного шара, например, в верхней вершине тетраэдра (при условии позиционирования шара в воздушном пространстве с помощью трех канатов и при малых скоростях ветра), проекция которой на поверхность земли выходит за пределы треугольника, образованного точками крепления трех канатов, что не позволяет подвести шар близко к вертикальной поверхности (стене) высотных зданий, сооружений и других объектов;

- отсутствие в своем составе средства для исследования температуры поверхностей земли, высотных зданий, сооружений и других объектов, поскольку шар предназначен и используется для целей мобильной связи, метеорологического наблюдения, видеонаблюдения за поверхностью земли и водных пространств, а также в качестве источника электрической энергии.

В доступной литературе нет сведений о размещении и использовании на летательных аппаратах легче воздуха средств тепловизионного контроля.

Сущность полезной модели заключается в следующем.

Задачей предполагаемой полезной модели является создание долговременно работающего устройства с минимальными затратами на поддержание его работы в заданных режимах с высокой точностью тепловизионных измерений.

Техническим результатом при осуществлении полезной модели является повышение точности тепловизионных исследований поверхностей земли, высотных зданий, сооружений и других объектов и расширение технических функций летательных аппаратов легче воздуха.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что устройство для тепловизионного исследования содержит оболочку, заполняемую газом легче воздуха и/или горячим воздухом, жесткий каркас, на котором находятся оболочка и канаты.

Особенность заключается в том, что устройство содержит, по меньшей мере, одно средство тепловизионной съемки, по меньшей мере, одно средство беспроводной передачи тепловизионного изображения, по меньшей мере, одно средство обработки и отображения тепловизионного видеоизображения (размещается на земле) и систему радиоуправления перемещением в воздушном пространстве средства тепловизионной видеосъемки.

Средство тепловизионной съемки (летательный аппарат) содержит оболочку, наполняемую газом легче воздуха или теплым воздухом, жесткий каркас с блоком вентиляторов, платформу, устройство для наблюдения за распределением температуры поверхности, опоры-амортизаторы, канаты, автономный источник постоянного тока, по меньшей мере, два электропривода поворота и элементы крепления.

Платформа может быть гиростабилизированной и поворотной в горизонтальной плоскости.

Жесткий каркас с блоком вентиляторов содержит блок управления электродвигателями вентиляторов и электроприводами поворота.

Средство беспроводной передачи тепловизионного изображения содержит модуль передатчика и антенну (например, штыревую).

Устройство для наблюдения за распределением температуры поверхности (тепловизор), модуль передатчика и автономный источник постоянного тока (аккумуляторная батарея) соединены между собой посредством электрического кабеля.

Средство обработки и отображения тепловизионного изображения содержит телевизионный приемник (телевизор), антенну, персональный компьютер (ноутбук) и автономный источник постоянного тока.

Телевизионный приемник и персональный компьютер соединены с автономным источником постоянного тока посредством отдельных электрических кабелей.

Система радиоуправления перемещением в воздушном пространстве средства тепловизионной видеосъемки содержит пульт дистанционного управления и автономный источник постоянного тока.

При исследовании отличительных признаков описываемого устройства тепловизионного исследования заявителем не выявлено аналогичных известных технических решений применительно к его назначению.

Устройство тепловизионного исследования поясняется рисунками - фиг.1. и фиг.2. Устройство для тепловизионного исследования содержит, по меньшей мере, одно средство тепловизионной съемки (фиг.1. А), по меньшей мере, одно средство беспроводной передачи тепловизионного изображения (фиг.1, А, фиг.2), по меньшей мере, одно средство обработки и отображения тепловизионного изображения (фиг.1. Б) и систему радиоуправления перемещением в воздушном пространстве средства тепловизионной видеосъемки (на фиг.1).

Средство тепловизионной съемки (фиг.1. А, фиг.2) содержит оболочку (1), заполняемую газом легче воздуха и/или горячим воздухом, жесткий каркас (2), к которому с помощью элементов крепления (например, болты и гайки) закреплен блок (3) вентиляторов, платформу (гиростабилизированную и/или поворотную), устройство (5) для наблюдения за распределением температуры поверхности, опоры-амортизаторы (6), канаты (7), автономный источник (8) постоянного тока, по меньшей мере, два электропривода (9) поворота. Средство тепловизионной съемки содержит устройство (5) для наблюдения за распределением температуры поверхности - тепловизор, закрепленный с помощью элементов крепления на платформе (4) снизу.

Оболочка (1) выполнена из материала с низкой газопроницаемостью и крепится на каркасе.

Жесткий каркас (2) выполнен из легких, композитных или легких металлических сплавов.

Жесткий каркас (2) с блоком (3) вентиляторов содержит блок (17) управления электродвигателями вентиляторов и электроприводами поворота.

Средство беспроводной передачи тепловизионного изображения содержит модуль (10) передатчика (например, модуль передатчика беспроводного видеонаблюдения WSW AVT; WSW TX или WSW RX), который предназначен для передачи по радиоканалу сигналов цветного видеоизображения и антенну, например, штыревую. Устройство (5) для наблюдения за распределением температуры поверхности (тепловизор), модуль (10) передатчика и автономный источник (8) постоянного тока соединены между собой посредством электрических кабелей.

Средство обработки и отображения тепловизионного изображения (фиг.1. Б) содержит телевизионный приемник (11) (телевизор), антенну (12), персональный компьютер (13) (ноутбук) и автономный источник (14) постоянного тока. Телевизионный приемник (11) соединен с персональным компьютером (13) посредством электрического кабеля, например, USB-кабеля. Телевизионный приемник (11) и персональный компьютер (13) соединены с автономным источником (14) постоянного тока посредством отдельных электрических кабелей.

Рассмотрим работу устройства для тепловизионного исследования.

Устройство (5) для наблюдения за распределением температуры поверхности (тепловизор), модуль (10) передатчика средства беспроводной передачи тепловизионного изображения, автономный источник (8) постоянного тока находятся во внутреннем объеме жесткого каркаса (2). К нижней части каркаса крепятся канаты (7), предназначенные для удержания и грубого позиционирования средства тепловизионной съемки в воздушном пространстве. Устройство (5) для наблюдения за распределением температуры поверхности закреплено на гиростабилизированной и/или поворотной платформе (4) снизу, что позволяет ориентировать объектив в горизонтальной и вертикальной плоскостях и удерживать оптическую ось в требуемом направлении. Управление устройством (5) для наблюдения за распределением температуры поверхности в направлении объекта исследования осуществляется с помощью двух электроприводов (9), осуществляющих позиционирование устройства в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Устройство (5) для наблюдения за распределением температуры поверхности выдает видеосигнал с изображением объекта исследования на модуль (10) передатчика средства беспроводной передачи изображения, которое питается от автономного источника (8) постоянного тока. Оператор принимает видеоизображение с помощью телевизионного приемника (11) (телевизор). Выбор обследуемого участка объекта осуществляется перемещением (позиционированием) устройства в воздушном пространстве. Перемещение в вертикальном направлении осуществляется грубо путем регулирования длины канатов (фиг.1, 7) и точно работой блока вентиляторов (3), аналогичного тем, которые имеют квадрокоптеры (см. например, http://www.membrana.ru/articles/technic/2009/l2/03/201100.html). Перемещение средства тепловизионной съемки и поворот устройства (5) для наблюдения за распределением температуры поверхности в горизонтальной плоскости осуществляется (грубо) путем переноса нижних точек крепления канатов (7) в соответствующем направлении и (точно) работой блока вентиляторов (3) и электроприводами (9) поворота.

Рассмотрим работу системы радиоуправления перемещением средства тепловизионной съемки.

Система радиоуправления перемещением средства тепловизионной съемки в воздушном пространстве состоит из наземной части и части, устанавливаемой на средстве тепловизионной съемки. Наземная часть имеет пульт (15) дистанционного управления. В пульте (15) дистанционного управления применена радиосигнальная система в которой характеристики электромагнитного излучения зависят от положения органов управления. В качестве источника питания пульта дистанционного управления используют автономный источник (16) постоянного тока.

Принимающий модуль (17) блока управления электродвигателями блока вентиляторов и электроприводами поворота преобразует электромагнитное излучение в сигналы управления электродвигателями. В качестве источника питания системы радиоуправления перемещением средства тепловизионной съемки в воздушном пространстве используют автономный источник (8).

Конструкция устройства для тепловизионного исследования обладает рядом преимуществ:

- является безопасной в эксплуатации;

- может подолгу находиться (висеть) в фиксированном месте воздушного пространства (поскольку средство тепловизионной съемки легче воздуха);

- перемещения в воздушном пространстве осуществляются плавно, что положительно влияет на качество изображения;

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной полезной модели следующей совокупности условий:

- устройство для тепловизионного исследования относится к области исследования материалов с помощью тепловых средств и может быть использовано для исследования фактического распределения температурных полей на поверхностях земли, высотных зданий, сооружений и других объектов;

- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных средств и методов, повышения точности тепловизионных исследований поверхностей земли, высотных зданий, сооружений и других объектов и расширение технологических функций летательных аппаратов легче воздуха.

1. Устройство для тепловизионного исследования, содержащее оболочку, заполняемую газом легче воздуха и/или горячим воздухом, жесткий каркас, на котором находятся оболочка и канаты, по меньшей мере, одно средство тепловизионной съемки, по меньшей мере, одно средство беспроводной передачи тепловизионного изображения, по меньшей мере, одно средство обработки и отображения тепловизионного видеоизображения и систему управления устройством, отличающееся тем, что устройство для тепловизионного исследования содержит систему радиоуправления перемещением в воздушном пространстве средства тепловизионной видеосъемки, причем средство тепловизионной съемки содержит оболочку, наполняемую газом легче воздуха или теплым воздухом, жесткий каркас с блоком вентиляторов, платформу, устройство для наблюдения за распределением температуры поверхности, опоры-амортизаторы, канаты, автономный источник постоянного тока, по меньшей мере, два электропривода поворота и элементы крепления, а жесткий каркас с блоком вентиляторов содержит блок управления электродвигателями вентиляторов и электроприводами поворота.

2. Устройство для тепловизионного исследования по п.1, отличающееся тем, что средство беспроводной передачи тепловизионного изображения содержит модуль передатчика и антенну, причем устройство для наблюдения за распределением температуры поверхности, модуль передатчика и автономный источник постоянного тока соединены между собой посредством электрического кабеля.

3. Устройство для тепловизионного исследования по п.1, отличающееся тем, что средство обработки и отображения тепловизионного изображения содержит телевизионный приемник, антенну, персональный компьютер и автономный источник постоянного тока, причем телевизионный приемник и персональный компьютер соединены с автономным источником постоянного тока посредством отдельных электрических кабелей.

4. Устройство для тепловизионного исследования по п.1, отличающееся тем, что система радиоуправления перемещением в воздушном пространстве средства тепловизионной видеосъемки содержит пульт дистанционного управления и автономный источник постоянного тока.