Разработка видеокамеры активного типа системы безопасности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Обзор известных конструкций и устройств

2. Выбор структурной схемы

3. Выбор фотоприёмного устройства

4. Энергетический расчет

5. Габаритный расчет

6. Проверочный аберрационный расчет

7. Расчет кинематической схемы

7.1 Выбор электродвигателя.

7.2 Расчет зубчатого зацепления

Список литературы

Введение

Оптико-электронными называются приборы, в которых информация об исследуемом или наблюдаемом объекте переносится оптическим излучением (содержится в оптическом сигнале), а ее первичная обработка сопровождается преобразованием этого излучения (оптического сигнала) в электрическую энергию (в электрический сигнал).

Оптико-электронный прибор (ОЭП) является сложной системой, состоящей из оптических, механических и электронных звеньев, поэтому его часто называют оптико-электронной системой (ОЭС). Различия в принципах работы звеньев ОЭП, в способах обработки сигналов, проходящих через них, а также разнообразие условии эксплуатации ОЭП обуславливает сложность и многоступенчатость процесса проектирования этих приборов.

Любые окружающие нас тела являются источниками оптического излучения. В оптических сигналах содержится информация о размерах, форме, положении и энергетическом состоянии тел. Эта информация может использоваться различным образом, однако во всех случаях в процессе ее использования происходит преобразование оптического излучения в другие виды энергии.

Оптико-электронными называются приборы, с помощью которых сведенья о размерах, форме, положении и энергетическом состоянии тела, содержится в потоке излучения, извлекается путем его специальной обработки а преобразование его в электрический сигнал, который также обрабатывается с целью выделения из шумов и последующей регистрации. Информация об излучающем теле после преобразования содержится в параметрах электрического сигнала амплитуде, частоте, длительности импульса и др., которые и регистрируются в приборе.

В зависимости от решаемой задачи некоторые тела являются объектами наблюдения (целями), а некоторые - фонами, причем одно н тоже тело может быть иногда объектом, а иногда - фоном.

Объект наблюдения и окружающий его фон образуют поле излучения, характеристики которого изменяются в пространстве и во времени. Наличие изменяющегося фона является первой причиной, препятствующей наблюдению. Вторая причина состоит в том, что, несмотря на принципиальную возможность усиления сколь угодно малых электрических сигналов, практически все же оказывается невозможным различать сравнительно слабые сигналы из-за шумов.

Оптико-электронные приборы могут классифицироваться по следующим признакам: области спектра, способу использования информации, решаемой задаче, типу источника излучения, ширине полосы длин волн, в которой прибор обладает заданной чувствительностью, и т.д. В зависимости от используемой области спектра оптико-электронные приборы подразделяются на приборы, работающие в ультрафиолетовой (1-380нм), в видимой (380-780нм) и инфракрасной областях спектра (780вм-1 мм).

Способ использования информации определяет, является ли оптико-электронный прибор автоматическим (работающим по программе и самонастраивающимся), т. е. принимающим решение без участия человека, или индикационным, обеспечивающим выдачу информации в виде, пригодным для принятия решения человеком.

Исходя из решаемой задачи, оптико-электронные приборы делятся на пеленгационные, определяющие положение цели (в том числе и автоматические пеленгаторы - головки самонаведения), дальномерные, определяющие дальность до цели (в том числе и неконтактные оптические взрыватели), и телевизионные, определяющие форму предмета (в том числе и тепловизионные, работающие в инфракрасной области спектра). Кроме того, большой класс приборов, предназначены для определения фотометрических характеристик излучения, оптических свойств тел и сред, поляризаций излучения и т.д., можно назвать оптико-физическими.

1. Обзор известных конструкций

Рисунок 1- Краткие характеристики

Рисунок 2- Внешний вид и размеры наружных камер

Рисунок 3- Общие особенности ТВ камер



Рисунок 4- Особенности наружных универсальных камер

Рисунок 5- Наружные цветные универсальные камеры

Рисунок 6- Внешний вид и размеры камер



Рисунок 7- Камера наружного наблюдения Esprit ES31C

Рисунок 8- Особенности видеокамеры Esprit ES31C



Рисунок 9- Краткие характеристики

Рисунок 10- Параметры видеокамеры Esprit ES31C

Рисунок 11- МВК-08 Черно-белая видеокамера

МВК-08 Черно-белая видеокамера для уличной установки, стандартного разрешения, в метал, корпусе.

1/3" Sony ПЗС, 400 ТВЛ, 0.1 лк (F2.0), f=2.45/2.96/3.674/678/12/16 мм (board lens за стеклом М12), (93/82/78/68/50/38/25/17)°, S/N>46 дБ, =12В/0.1А, O160x175 мм, -50°С...+50°С, влагозащита, кронштейн и козырек в комплекте.

Описание МВК-08:

Видеокамера МВК - 08 предназначена для повышения уровня безопасности и комфорта в учреждении, квартире или частном доме. Она может работать как в составе профессионального комплекса видеонаблюдения, так и вместе с бытовым телевизором. Видеокамера монтируется на несущую поверхность (стена, столб, забор и т.д.).

Таблица 1- Технические характеристики МВК-08

Механические характеристики МВК-08. Корпус видеокамеры сделан из металла. Габариты (без кронштейна): D160x220 мм. Вес: 650 г.;

Эксплуатационные характеристики. Исполнение: герметичное. Ограничение по влажности: до 100%.

Диапазон рабочих температур при непрерывной работе -50°С...+50°С.

Электронно-оптические параметры.

Разрешающая способность: 400 ТВ-линий.

Чувствительность при нижнем пороге видимости: 0.1 люкс.

Верхний порог яркости: 45000 люкс.

Электронный затвор: 1/50 - 1/100000.

Отношение сигнал/шум: 45 дБ.

Выходной сигнал: 1В/75 Ом (ССЖ).Выходной сигнал: 1В/75 Ом (CCIR). Питание: 10... 12,5В/ 100... 150 мА, при арктическом исполнении не более 200 мА

2. Выбор структурной схемы

По техническому заданию разрабатываемый прибор является видеокамерой. Проведя анализ известных конструкций и устройств, можно приступить к выбору структурной схемы для разрабатываемого ОЭП.

I - видеокамера (визир)

II - опорно-поворотное устройство

III- опорно-электрический наблюдательный прибор

ОБ - объектив

СУ - сканирующее устройство

ФПУ - фотоприемное устройство (оптическое излучение в электрический сигнал)

СО - система охлаждения

ПУ - предварительный усилитель сигнала

Д - детектор (выделяет полезный сигнал на фоне помех)

У - усилитель сигнала

БОИ - блок обработки изображения

ВКУ - видео-контрольное устройство (монитор или лампочка)

ГО - глаз оператора

БП - блок питания

ИП - источник питания

МНГ - механизм наведения по горизонтали

МНВ - механизм наведения по вертикали

ПУ - пульт управления

Рисунок 12- Структурная схема видеокамеры

3. Выбор фотоприемного устройства

Фотоприемное устройство выбирается по рабочей длине волны спектральной чувствительности и максимальной чувствительности.

Рисунок 13 - Спектральная обнаружительная способность фотоэлектрических приемников 1 200ЦМ1

Преобразователи матричные представляют собой многоэлементные переноса заряда. Приборы предназначены для использования в различной телевизионной и оптико-электронной аппаратуре, работающей в диапазоне длин волн от 0,5 до 1 мкм. Преобразователи выпускаются в стандартном металлокерамическом корпусе, имеющем стеклянное входное окно. Матричная структура, выполненная в виде большой полупроводниковой ИС, расположена внутри корпуса. Габаритные размеры преобразователей по корпусу без выводов составляют 5,5X14, 4X29,5 мм. Масса прибора не более 6 г. Организация преобразователей. Преобразователь представляет собой фотоприемную матрицу с числом элементов 288X232. Матрица содержит секцию накопления, секцию памяти, верхний и нижний выходные регистры. Преобразователи построены на приборах с зарядовой связью. Схема питания матрицы трехфазовая. В течение прямого хода кадровой развертки происходит накопление фото-генерированных зарядов в секции накопления, в течение обратного хода - их параллельный перенос в секцию хранения. Во время последующего цикла накопления заряды из секции хранения построчно за время хранения строчной развертки поступают в выходной регистр, который последовательно их выводит. Выходное устройство выполнено по принципу устройства с «плавающей диффузией», что обеспечивает низкий уровень собственных шумов и высокую пороговую чувствительность.

Рисунок 14 - Габаритные размеры преобразователя 1 200ЦМ1

4. Энергетический расчет

Энергетический расчет определяет возможность создания оптического прибора и подтверждает его работоспособность, т. к. обеспечивает соответствующие энергетические соотношения между полезным сигналом, поступающим на вход и его порогом чувствительности, определяемым шумами, источники которых могут быть расположены как внутри прибора, так и вне его.

Расчетная формула активного типа:

где - отношение сигнал/шум

основываясь на законы метрологий

- пороговый поток излучения

Пороговая освещенность = лк

Фоточувствительный элемент = мкм

L = 2000м. - дальность действия

Найти количество воды на трассе

Влажность=60 (Новосибирск)

Кол-во осажденной воды на 2км



Рисунок 15- Номограмма для определения количества осажденной воды при разной температуре

Коэффициент пропускания оптики ()

Передатчик 4 поверхности

Выбор лампочки [8]



Относительное отверстие и поле зрения

м

м (величина логотипа автомобиля, согласно паспорту)

Поле зрения

Таблица 2 - Задание линейного поля зрения в пространстве предметов

n	Обнаружения	Опознавания
Неподвижный	4-8	2-4
движущийся	8-16	4-8

т. к. объект движущийся и работа в режиме обнаружения то

m=288 элементов [10]

видеокамера фотоприёмный оптический электродвигатель

5. Определение оптических параметров

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 16- Схема оптической системы

Расчет фокусного расстояния

Рисунок 17- Оптическая схема линзового объекта

Таблица 3

r	d		материал
190,44	15,76	1,0
1688,52	33,52	1,4338	Ca
-147,76	15,99	1,0
-235,75	-15,99	1,4338	Ca
-147,76	-33,52	-1,4338	Ca
1688,52	33,52	-1,0
-147,76	15,99	1,0
-235,75	1,51	1,4338	Ca
34,83	8,0	1,0
-526,12		1,4338	Ca

6. Проверочный аберрационный расчет

Рисунок 18- Параметры оптической системы

Таблица 4 - Конструктивные параметры линзового объекта

Рисунок 19- Схема объектива

Listing of Aberration Coefficient Data

File : C:\Documents and Settings\ОЭП\Рабочий стол\мой ZEMAX\ОБЪЕКТИВ 3.ZMX

Title:

Date : WED AUG 13 2003

Wavelength : 0.5876 µm

Chief Ray Slope, Object Space : 0.0402

Chief Ray Slope, Image Space : 0.0294

Marginal Ray Slope, Object Space: 0.0000

Marginal Ray Slope, Image Space : -0.1637

Petzval radius : 6513.6240

Optical Invariant : 5.5226

Seidel Aberration Coefficients:

Surf SPHA S1 COMA S2 ASTI S3 FCUR S4 DIST S5 CLA (CL) CTR (CT)

1 0.018453 0.001461 0.000116 0.005772 0.000466 -0.076758 -0.006079

2 0.001138 -0.002385 0.004996 -0.000651 -0.009103 -0.020665 0.043293

3 -0.085351 0.051071 -0.030559 -0.007439 0.022737 0.108265 -0.064782

4 0.072390 -0.056402 0.043944 -0.021493 -0.017493 0.000000 0.000000

5 0.011064 -0.014564 0.019171 -0.007439 -0.015444 -0.032020 0.042148

STO 0.014048 -0.007775 0.004303 -0.004303 -0.000000 0.000000 0.000000

7 -0.071651 0.025104 -0.008796 -0.007439 0.005688 0.034778 -0.012185

8 0.029874 -0.012819 0.005501 0.004662 -0.004361 -0.018332 0.007867

9 -0.005931 0.014067 -0.033360 0.031557 0.004277 0.008734 -0.020712

10 0.023125 -0.003092 0.000414 0.002089 -0.000335 -0.010700 0.001431

IMA 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000

TOT 0.007159 -0.005333 0.005730 -0.004682 -0.013568 -0.006698 -0.009020



Рисунок 20- Графики аберраций

Рисунок 21-Точечная диаграмма



Рисунок 22- Распределение энергий на краю

Рисунок 23- Распределение энергий на зоне



Рисунок 24- Распределение энергий на краю

Рисунок 25- Геометрическое распределение энергии

SURFACE CENTERED TOLERANCES:

Surf Radius Tol Min Tol Max Power Irreg Thickness Tol Min Tol Max

1 1598.9 - - 1 0.2 132.32 -0.2 0.2

2 14172 - - 1 0.2 281.43 -0.2 0.2

3 -1240.6 - - 1 0.2 134.25 -0.2 0.2

4 -1979.3 - - 1 0.2 -134.25 -0.2 0.2

5 -1240.6 - - 1 0.2 -281.43 -0.2 0.2

6 14177 - - 1 0.2 281.43 -0.2 0.2

7 -1240.6 - - 1 0.2 134.25 -0.2 0.2

8 -1979.3 - - 1 0.2 12.678 -0.2 0.2

9 292.43 - - 1 0.2 67.168 -0.2 0.2

10 -4417.3 - - 1 0.2 60.703 - -

11 Infinity - - - - 0 - -

SURFACE DECENTER/TILT TOLERANCES:

Surf Decenter X Decenter Y Tilt X Tilt Y TIR X TIR Y

1 0.2 0.2 0.2 0.2 - -

2 0.2 0.2 0.2 0.2 - -

3 0.2 0.2 0.2 0.2 - -

4 0.2 0.2 0.2 0.2 - -

5 0.2 0.2 0.2 0.2 - -

6 - - - - - -

7 0.2 0.2 0.2 0.2 - -

8 0.2 0.2 0.2 0.2 - -

9 0.2 0.2 0.2 0.2 - -

10 0.2 0.2 0.2 0.2 - -

11 - - - - - -

GLASS TOLERANCES:

Surf Glass Index Tol Abbe Tol

1 CAF2 0.001 0.94996

3 CAF2 0.001 0.94996

7 CAF2 0.001 0.94996

9 CAF2 0.001 0.94996

ELEMENT TOLERANCES:

Ele# Srf1 Srf2 Decenter X Decenter Y Tilt X Tilt Y

1 1 2 0.2 0.2 0.2 0.2

2 3 4 0.2 0.2 0.2 0.2

3 6 6 0.2 0.2 0.2 0.2

4 7 8 0.2 0.2 0.2 0.2

5 9 10 0.2 0.2 0.2 0.2

7. Расчет кинематической схемы

Расчет кинематической схемы производится для определения массы ОЭНП при использований материалов для изготовления, расчета редукторов и выбора электродвигателя.

ОЭНП состоит из устройства регистрации сигнала, которое установлено не подвижной вилки, наведение устройства производится двумя одинаковыми редукторами. Механизмы наведения состоят из корпуса, двух червячных передач и электродвигателя. Поворотное устройство предназначено для наведения визирной оси прибора для большей площади обзора или наведения его на интересующий объект.

1 - нагрузка

2- механизм наведения по вертикали

- механизм наведения по горизонтали

- червячное колесо

- червяк

- электродвигатель

- вилка

- муфта

Рисунок 16 - Кинематическая схема ОЭНП

7.1 Выбор электродвигателя

Для выбора электродвигателя нужно рассчитать передаточное число редуктора (i) и пусковой момент (

Расчет передаточного числа:

Т.к. значение передаточного числа велико, то используем двух ступенчатый червячный редуктор, для этого

Далее необходимо рассчитать пусковой момент:

Где

Расчет момента инерции:



Расчет массы прибора в инженерном приближений:

Масса оптики:

r - радус линзы

d - толщина линзы по оси

g - плотность материала

Плотность [3]

гр

гр

гр

Масса оправы:

Материал: алюминий ГОСТ 21.488-76

g=2,7 г/

,

где L - сумма всех толщин линз

h - толщина оправы

Масса приемно-усилительного блока m=100 гр

Общая масса прибора в приближении составляет:

Далее производится расчет пускового момента:

P=86554,9 гр=86,5549 кг

Р=86,5549

На основании расчетов принимаем электродвигатель: АИР71А

7.2 Расчёт зубчатого зацепления

Редукторы в механизмах наведения по горизонтали и вертикали двухступенчатые с одинаковыми двигателями, оба редуктора одинаковые.

Таблица 4. - Параметры передачи

Передаточное число	i	17
Модуль	m	0,5
Межосевое расстояние		15.25
Осевой шаг		1.57
Ход витка		4.71
Угол профиля		20

Таблица 5. - Параметры червяка

Число витков		3
Коэффициент диаметра червяка	q	10
Делительный диаметр		5
Диаметр вершин витков		6
Делительный угол подъема		0.3
Высота витка		1.1
Длина нарезной части		7.03

Таблица 6 - Параметры червячного колеса

Число зубьев		51
Делительный диаметр		25.5
Диаметр вершин		26.5
Наибольший диаметр		26.1
Ширина венца		4.5
Радиус выемки		2
Угол охвата

Список литературы

1. Заказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.И. Теория оптических систем. - М: Машиностроение, 1992.

2. Вычислительная оптика/Русинов ММ. и др. Справочник, - Л.: Машиностроение, 1984. - 423 с.

3. Панов В. А., Кругер М. Я. Справочник конструктора оптико-механических приборов, Ленинград: Машиностроение, 1980.

4. Латыев С.М. Конструирование точных (оптических) приборов, СПб: Политехника, 2007.

5. Мальцев М.Д. Расчет допусков на оптические детали, М: Машиностроение, 1974. -- 168с.

6. Мирошников М.М Теоретические основы ОЭП, Л: Машиностроение, 1983-696

7. Ефремов В.С, Ушаков O.K. Оптические схемы Чертежи оптических сборочных единиц и деталей, методические указания - Новосибирск: НИИГАиК, 1990-36с

8. Криксунов Л. З. Справочник по основам инфракрасной техники, справочник- М: Радио и связь, 1978 - 400с,

9. Ефремов В.С. Оптические устройства оптико-электронных приборов, методические указания - Новосибирск; СГГА, 1991 -38с.

10. Аксёненко и Бораночников «Приёмники оптического излучения» справочник. Москва

11. Анурьев «Справочник конструктора машиностроителя» Том 3.

Размещено на Allbest.ru