專利名稱：礦用本安型光纖攝像儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是屬光纖攝像儀技術(shù)領(lǐng)域。
目前，國內(nèi)有不少廠家生產(chǎn)攝像儀，但是多無本安輸出，不能與本安型產(chǎn)品連接，不適于煤礦井下使用。有的攝像儀產(chǎn)品雖有本安輸出，卻無光纖輸出功能，亦不適于煤礦井下光纖傳輸系統(tǒng)。只有常州自動(dòng)化所、裕華電器廠生產(chǎn)的KD6001型攝像儀為本安型光纖攝像儀，該產(chǎn)品采用CCD固體攝像器件，可用于煤礦井下大巷和井底車場的工業(yè)監(jiān)視。但存在著該產(chǎn)品尚不夠穩(wěn)定，不能直接用于煤礦井下采煤工作面移動(dòng)設(shè)備的工業(yè)電視系統(tǒng)等缺點(diǎn)。
本實(shí)用新型的目的就是根據(jù)煤礦井下環(huán)境、條件對(duì)防爆、防塵、防潮、防振和低照度的要求，開發(fā)研制適用煤礦井下采煤工作面的本安型光纖攝像儀。
本實(shí)用新型是由CCD攝像頭、輸入匹配電路、PFM光強(qiáng)調(diào)制電路或直接光強(qiáng)調(diào)制電路、發(fā)光管、光纖及直流電源組成，且在電氣上，嚴(yán)格按GB3836，1通用要求和GB3836.4本安要求設(shè)計(jì)電路，所有元器件均經(jīng)過嚴(yán)格的老化、篩選處理。印刷電路板按本安要求設(shè)計(jì)制作，表面均勻噴涂兩遍三防漆，嚴(yán)格進(jìn)行本質(zhì)安全試驗(yàn)。在結(jié)構(gòu)上，選用φ82無縫不銹鋼鋼管做外殼，殼體間采用螺紋連接。攝像透明窗采用透光性能良好的鋼化玻璃，并用橡膠圈壓緊。所有緊固件均有防止自動(dòng)松落措施。殼體內(nèi)的攝像頭、電路板分別固定，與殼體連接部分增加緩沖墊措施。金屬零件均進(jìn)行防銹、防蝕處理，以確保防爆、防塵、防潮、防振抗砸的功能。
外界景物的光線透過鋼化玻璃進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，聚焦在CCD攝像頭的CCD芯片上，由CCD攝像頭輸出全電視信號(hào)。攝像頭是采用進(jìn)口CCD固體攝像器件，其主要性能指標(biāo)是照度優(yōu)于0.2LUX，清晰度優(yōu)于380TV線，灰度優(yōu)于7級(jí)。
視頻信號(hào)一方面可直接用電纜輸出，負(fù)載75Ω，Vpp＝1V。適用于傳輸距離不長，電磁干擾不嚴(yán)重的場合。另一方面采用直接光強(qiáng)調(diào)制方式或PFM光強(qiáng)調(diào)制方式，驅(qū)動(dòng)發(fā)光管，輸出光信號(hào)，再配以光纖傳輸。適用于傳輸距離長，電磁干擾嚴(yán)重的場合。PFM調(diào)制頻率為25MHZ，頻偏±5MHZ。
本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便即光纖攝像儀可吊裝在支護(hù)頂板的鋼梁上或用托架裝于巷道壁上；接線簡單電源(＋18V)由橡膠電纜直接引入到接線座上，電視信號(hào)由Q9接頭直接插入插座(配SYV－75－5同軸電纜)輸出，光信號(hào)輸出由KL5004型礦用阻燃光纜直接輸出；使用方便用戶接好線后，對(duì)準(zhǔn)景物調(diào)好焦距及光圈，即可正常工作。該攝像儀性能穩(wěn)定可靠，適應(yīng)性強(qiáng)，可用于不同距離、不同電磁干擾情況及與其他系統(tǒng)匯接等多種場合。這種光電一體化的光纖攝像儀具有體積小、重量輕、低照度、高清晰度、傳輸距離長、無電磁干擾、無火花防爆等一系列優(yōu)點(diǎn)。是煤礦井下采煤工作面工業(yè)電視系統(tǒng)的優(yōu)良攝像儀。
附

圖1是本實(shí)用新型的外型結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2是本實(shí)用新型的電氣原理方框圖。
附圖3是本實(shí)用新型的電氣原理圖。
本實(shí)用新型的實(shí)施例結(jié)合附圖作進(jìn)一步說明。
根據(jù)CCD攝像頭大小制作的外殼1，是采用無縫不銹鋼鋼管制作的，前端蓋2、后端蓋3與殼體間采用螺紋連接。在前端蓋2上有攝像透明窗4，該攝像透明窗采用透光性能良好的鋼化玻璃，并用橡膠圈壓緊；在后端蓋3上有二個(gè)喇叭口5和Q9插座6；在外殼1上有吊柄9。殼體內(nèi)的CCD攝像頭10鏡頭固定在攝像透明窗4之后，電路板固定在攝像頭之后，與殼體連接部分增加緩沖墊措施。與電路連接的電纜7、光纜8分別通過喇叭口5引出。所有緊固件均有防止自動(dòng)松落措施，金屬零件均進(jìn)行防銹、防蝕處理，以確保防爆、防塵、防潮、防振抗砸功能。
實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的所有電路嚴(yán)格按GB3836.1通用要求和GB3836.4本安要求設(shè)計(jì)，所有元器件均經(jīng)過嚴(yán)格的老化、篩選處理。按本安要求設(shè)計(jì)制作的印刷電路板，表面均勻噴涂兩遍三防漆。嚴(yán)格進(jìn)行本質(zhì)安全試驗(yàn)。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的電路包括CCD攝像頭10、輸入匹配電路11、調(diào)制匹配電路12、調(diào)制器13、中心頻率調(diào)整電路14、射極跟隨電路、發(fā)光驅(qū)動(dòng)電路15、光纖17及直流電源16。其中由喇叭口5引入的外接＋18V直流電源經(jīng)穩(wěn)壓(MC7812)、濾波(C1、C2)后得到＋12V的直流工作電壓；＋12V直流電又經(jīng)穩(wěn)壓(MC7805)、濾波(C6、C7)后得到＋5V直流工作電壓。電阻R1、發(fā)光二極管D1構(gòu)成＋12V直流電壓的指示電路。
CCD攝像頭10的CCD芯片由＋12V供電，外界景物的光線透過攝像透明窗4進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，聚焦在CCD攝像頭的CCD芯片上，由CCD攝像頭輸出全電視信號(hào)H1、H2。視頻信號(hào)H1由Q9插座6(配SYV－75－5同軸電纜)進(jìn)行本安視頻隔離監(jiān)視輸出。視頻信號(hào)H2可作為本安視頻輸出，由電纜7經(jīng)喇叭口5引出傳輸。負(fù)載75Ω，Vpp＝1V，適用于傳輸距離不長，電磁干擾不嚴(yán)重的場合。
對(duì)于傳輸距離長、電磁干擾嚴(yán)重的場合，可將CCD攝像頭輸出的全電視信號(hào)經(jīng)由電阻R2、R3、電容C3構(gòu)成的輸入匹配電路11后，采用二種光強(qiáng)調(diào)制方式，驅(qū)動(dòng)發(fā)光管D3，輸出光信號(hào)，再配以光纖17傳輸。由喇叭口5引出的光纜8中的光纖根數(shù)，可以是一根，也可是數(shù)根。
若采用PFM光強(qiáng)調(diào)制，聯(lián)動(dòng)開關(guān)K1、K2、K3置于“0－1”位置，此時(shí)，視頻信號(hào)經(jīng)R2、R3匹配，由C3耦合到調(diào)制匹配電路12，調(diào)制匹配電路主要由三極管T3組成，用以調(diào)整壓控振蕩器(74LS124)的接口電平。R13、R14、R15為T3管偏置電路，電源電壓為＋12V，電阻R18為T3管集電極可變負(fù)載，改變R18可調(diào)整輸出電壓，該輸出電壓接至壓控振蕩器(74LS124)的2端；以控制壓控振蕩器的電平輸入。由壓控振蕩器74LS124和電容C8組成的調(diào)制器13，實(shí)現(xiàn)PFM調(diào)制，靜態(tài)時(shí)壓控振蕩器輸出的標(biāo)稱頻率為25MHZ，頻偏±5MZ。這里74LS124的4端與5端之間接電容C8，6端接地，16端接＋5V，2端接T3的集電極，3端接中心頻率調(diào)整電路14的輸出，7端輸出接發(fā)光驅(qū)動(dòng)電路15。中心頻率調(diào)整電路14是由LM336高精度低溫漂基準(zhǔn)電壓電路和電阻R16組成，改變LM336等效電路中的電阻R17，可使基準(zhǔn)電壓在4～6V間變化，與C8配合，使壓控振蕩器的輸出頻率有較大范圍的調(diào)整。7端輸出的調(diào)制后的信號(hào)經(jīng)R9送至發(fā)光驅(qū)動(dòng)電路15中的三極管T2基極，進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)發(fā)光管D3，再通過光纖17輸出光信號(hào)。電阻R11、R12為T2的射極偏置電阻，＋12V直流電經(jīng)電阻R8后分別經(jīng)作為穩(wěn)壓保護(hù)電路的穩(wěn)壓管D2后接T2集電極，經(jīng)電容C5接地，經(jīng)發(fā)光管D3接T2集電極，D3可采用其他線性差的1.3μmLED(P平均值≥20μW)。
若采用直接光強(qiáng)調(diào)制，聯(lián)動(dòng)開關(guān)K1、K2、K3置于“0－2”位置，此時(shí)，視頻信號(hào)經(jīng)R2、R3匹配，由C3耦合至由三極管T1構(gòu)成的射極跟隨電路，電阻R4、R5、R6為T1管的偏置電路，R7為T1管射極負(fù)載電阻，電源電壓＋12V，T1管的射極輸出經(jīng)電阻R9送發(fā)光驅(qū)動(dòng)電路15中的三極管T2基極，進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)發(fā)光管D3，再通過光纖17輸出光信號(hào)。這里T2管的射極偏置電路改為由電阻R12、R10、電容C4構(gòu)成，D3采用線性好的0.85μmLED(P平均值≥30μW)。
權(quán)利要求1.一種新型的礦用本安型光纖攝像儀，是由CCD攝像頭、輸入匹配電路、PFM光強(qiáng)調(diào)制電路或直接光強(qiáng)調(diào)制電路、發(fā)光管、光纖及直流電源組成，其特征在于a.根據(jù)現(xiàn)有的CCD攝像頭(10)大小制作的外殼(1)，是采用無縫不銹鋼鋼管制作的，前端蓋(2)、后端蓋(3)與殼體間采用螺紋連接；在前端蓋(2)上有攝像透明窗(4)，并用橡膠圈壓緊；在后端蓋(3)上有喇叭口(5)和Q9插座(6)；在外殼(1)上有吊柄(9)；殼體內(nèi)的CCD攝像頭(10)鏡頭固定在攝像透明窗(4)之后，電路板固定在攝像頭之后，與殼體連接部分增加緩沖墊措施；與電路連接的電纜(7)、光纜(8)分別通過喇叭口(5)引出；b.由喇叭口(5)引入的外接+18V直流電源經(jīng)穩(wěn)壓(MC7812)、濾波(C1、C2)后得到+12V直流工作電壓；+12V直流電又經(jīng)穩(wěn)壓(MC7805)、濾波(C6、C7)后得到+5V直流工作電壓，電阻R1、發(fā)光二極管D1構(gòu)成+12V直流電壓的指示電路；c.CCD攝像頭(10)的CCD芯片由+12V供電，其輸出的全電視信號(hào)H1、H2分別可由Q9插座(6)(配SYV-75-5同軸電纜)進(jìn)行本安視頻隔離監(jiān)視輸出，和作為本安視頻輸出，由電纜(7)經(jīng)喇叭口(5)引出傳輸，其負(fù)載為75Ω，VPP=1V；d.CCD攝像頭(10)輸出的全電視信號(hào)，經(jīng)由電阻R2、R3、電容C3構(gòu)成的輸入匹配電路(11)后，通過PFM光強(qiáng)調(diào)制電路或直接光強(qiáng)調(diào)制電路，驅(qū)動(dòng)發(fā)光管D3，輸出光信號(hào)，再配以光纖傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖攝像儀，其特征在于PFM光強(qiáng)調(diào)制電路是將聯(lián)動(dòng)開關(guān)K1、K2、K3置于“0－1”位置，CCD攝像頭輸出的全電視信號(hào)經(jīng)R2、R3匹配，由C3耦合到調(diào)制匹配電路(12)，調(diào)制匹配電路(12)主要由三極管T3組成，電阻R13、R14、R15為T3管的偏置電路，電源電壓為＋12V，電阻R18為T3管集電極可變負(fù)載，由R18調(diào)整的輸出電壓送至壓控振蕩器(74LS124)的2端；由壓控振蕩器74LS124和電容C3組成的調(diào)制器(13)，是將74LS124的4端與5端之間接電容C8，6端接地，16端接＋5V，2端接T3管的集電極，3端接中心頻率調(diào)整電路(14)的輸出，7端輸出接發(fā)光驅(qū)動(dòng)電路(15)；中心頻率調(diào)整電路(14)是由高精度低溫漂基準(zhǔn)電壓電路LM336和電阻R16組成，它的輸出大小隨LM336等效電路中可變電阻R17的大小而定；壓控振蕩器74LS124的7端輸出的調(diào)制后的信號(hào)經(jīng)電阻R9送至發(fā)光驅(qū)動(dòng)電路(15)中的三極管T2基極，電阻R11、R12為T2管的射極偏置電阻，＋12V直流電經(jīng)電阻R18后分別經(jīng)作為穩(wěn)壓保護(hù)電路的穩(wěn)壓管D2后接T2集電極，經(jīng)電容C5接地，經(jīng)發(fā)光管D3接T2集電極，發(fā)光管D3通過光纖(17)輸出光信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖攝像儀，其特征在于直接光強(qiáng)調(diào)制電路是將聯(lián)動(dòng)開關(guān)K1、K2、K3置于“0－2”位置，CCD攝像頭輸出的全電視信號(hào)經(jīng)R2、R3匹配，由C3耦合至由三極管T1構(gòu)成的射極跟隨電路，電阻R4、R5、R6為T1管的偏置電路，R7為T1管的射極負(fù)載電阻，電源電壓為＋12V，T1管的射極輸出經(jīng)電阻R9送發(fā)光驅(qū)動(dòng)電路(15)中的三極管T2基極，進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)發(fā)光管D3，再通過光纖(17)輸出光信號(hào)；此時(shí)，T2管的射極偏置電路改成由電阻R10、R12、電容C4構(gòu)成，發(fā)光管D3采用線性好的0.85μmLED(P平均值≥30μW)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的光纖攝像儀，其特征在于攝像頭(10)是采用進(jìn)口CCD固體攝像器件，照度優(yōu)于0.2Lux，清晰度優(yōu)于380TV線，灰度優(yōu)于7級(jí)；攝像透明窗(4)是采用透光性能良好的鋼化玻璃。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖攝像儀，其特征在于靜態(tài)時(shí)，壓控振蕩器74LS124輸出的標(biāo)稱頻率為25MHZ，頻偏±5MHZ；改變LM336等效電路中的電阻R17，可使基準(zhǔn)電壓在4～6V間變化，與C8配合，使壓控振蕩器的輸出頻率有較大范圍的調(diào)整。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖攝像儀，其特征在于發(fā)光管D3是采用其他線性差的1.3μmLED(P平均值≥20μW)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的光纖攝像儀，其特征在于由喇叭口(5)引出的光纜(8)中的光纖(17)根數(shù)可以是一根，也可是數(shù)根。
專利摘要礦用本安型光纖攝像儀，是將外界景物的光線透過防爆外殼上的透明玻璃窗進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，由CCD攝像頭輸出全電視信號(hào)。視頻信號(hào)一方面可直接用電纜輸出，另一方面采用直接光強(qiáng)調(diào)制方式或PFM光強(qiáng)調(diào)制方式，驅(qū)動(dòng)發(fā)光管，輸出光信號(hào)，再配以光纖傳輸。這種光電一體化的光纖攝像儀具有體積小、重量輕、低照度、高清晰度、性能穩(wěn)定可靠、傳輸距離長、無電磁干擾、無火花、防爆等優(yōu)點(diǎn)，是煤礦井下采煤工作面工業(yè)電視系統(tǒng)的優(yōu)良攝像儀。
文檔編號(hào)H04N5/225GK2159636SQ9323636
公開日1994年3月23日 申請(qǐng)日期1993年2月25日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月25日
發(fā)明者錢建生, 徐釗, 曹國清, 吳建新, 劉艷 申請(qǐng)人:中國礦業(yè)大學(xué)