專利名稱：礦用本安型光纖攝像儀的制作方法
技術領域：
本實用新型是屬光纖攝像儀技術領域。
目前，國內有不少廠家生產攝像儀，但是多無本安輸出，不能與本安型產品連接，不適于煤礦井下使用。有的攝像儀產品雖有本安輸出，卻無光纖輸出功能，亦不適于煤礦井下光纖傳輸系統。只有常州自動化所、裕華電器廠生產的KD6001型攝像儀為本安型光纖攝像儀，該產品采用CCD固體攝像器件，可用于煤礦井下大巷和井底車場的工業監視。但存在著該產品尚不夠穩定，不能直接用于煤礦井下采煤工作面移動設備的工業電視系統等缺點。
本實用新型的目的就是根據煤礦井下環境、條件對防爆、防塵、防潮、防振和低照度的要求，開發研制適用煤礦井下采煤工作面的本安型光纖攝像儀。
本實用新型是由CCD攝像頭、輸入匹配電路、PFM光強調制電路或直接光強調制電路、發光管、光纖及直流電源組成，且在電氣上，嚴格按GB3836，1通用要求和GB3836.4本安要求設計電路，所有元器件均經過嚴格的老化、篩選處理。印刷電路板按本安要求設計制作，表面均勻噴涂兩遍三防漆，嚴格進行本質安全試驗。在結構上，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松落措施。殼體內的攝像頭、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入標準鏡頭，聚焦在CCD攝像頭的CCD芯片上，由CCD攝像頭輸出全電視信號。攝像頭是采用進口CCD固體攝像器件，其主要性能指標是照度優于0.2LUX，清晰度優于380TV線，灰度優于7級。
視頻信號一方面可直接用電纜輸出，負載75Ω，Vpp＝1V。適用于傳輸距離不長，電磁干擾不嚴重的場合。另一方面采用直接光強調制方式或PFM光強調制方式，驅動發光管，輸出光信號，再配以光纖傳輸。適用于傳輸距離長，電磁干擾嚴重的場合。PFM調制頻率為25MHZ，頻偏±5MHZ。
本實用新型結構緊湊，安裝方便即光纖攝像儀可吊裝在支護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，電視信號由Q9接頭直接插入插座(配SYV－75－5同軸電纜)輸出，光信號輸出由KL5004型礦用阻燃光纜直接輸出；使用方便用戶接好線后，對準景物調好焦距及光圈，即可正常工作。該攝像儀性能穩定可靠，適應性強，可用于不同距離、不同電磁干擾情況及與其他系統匯接等多種場合。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點。是煤礦井下采煤工作面工業電視系統的優良攝像儀。
附
圖1是本實用新型的外型結構示意圖。
附圖2是本實用新型的電氣原理方框圖。
附圖3是本實用新型的電氣原理圖。
本實用新型的實施例結合附圖作進一步說明。
根據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上有二個喇叭口5和Q9插座6；在外殼1上有吊柄9。殼體內的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松落措施，金屬零件均進行防銹、防蝕處理，以確保防爆、防塵、防潮、防振抗砸功能。
實現本實用新型的所有電路嚴格按GB3836.1通用要求和GB3836.4本安要求設計，所有元器件均經過嚴格的老化、篩選處理。按本安要求設計制作的印刷電路板，表面均勻噴涂兩遍三防漆。嚴格進行本質安全試驗。實現本實用新型的電路包括CCD攝像頭10、輸入匹配電路11、調制匹配電路12、調制器13、中心頻率調整電路14、射極跟隨電路、發光驅動電路15、光纖17及直流電源16。其中由喇叭口5引入的外接＋18V直流電源經穩壓(MC7812)、濾波(C1、C2)后得到＋12V的直流工作電壓；＋12V直流電又經穩壓(MC7805)、濾波(C6、C7)后得到＋5V直流工作電壓。電阻R1、發光二極管D1構成＋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進入標準鏡頭，聚焦在CCD攝像頭的CCD芯片上，由CCD攝像頭輸出全電視信號H1、H2。視頻信號H1由Q9插座6(配SYV－75－5同軸電纜)進行本安視頻隔離監視輸出。視頻信號H2可作為本安視頻輸出，由電纜7經喇叭口5引出傳輸。負載75Ω，Vpp＝1V，適用于傳輸距離不長，電磁干擾不嚴重的場合。
對于傳輸距離長、電磁干擾嚴重的場合，可將CCD攝像頭輸出的全電視信號經由電阻R2、R3、電容C3構成的輸入匹配電路11后，采用二種光強調制方式，驅動發光管D3，輸出光信號，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，可以是一根，也可是數根。
若采用PFM光強調制，聯動開關K1、K2、K3置于“0－1”位置，此時，視頻信號經R2、R3匹配，由C3耦合到調制匹配電路12，調制匹配電路主要由三極管T3組成，用以調整壓控振蕩器(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管集電極可變負載，改變R18可調整輸出電壓，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組成的調制器13，實現PFM調制，靜態時壓控振蕩器輸出的標稱頻率為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端接中心頻率調整電路14的輸出，7端輸出接發光驅動電路15。中心頻率調整電路14是由LM336高精度低溫漂基準電壓電路和電阻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整。7端輸出的調制后的信號經R9送至發光驅動電路15中的三極管T2基極，進行放大，驅動發光管D3，再通過光纖17輸出光信號。電阻R11、R12為T2的射極偏置電阻，＋12V直流電經電阻R8后分別經作為穩壓保護電路的穩壓管D2后接T2集電極，經電容C5接地，經發光管D3接T2集電極，D3可采用其他線性差的1.3μmLED(P平均值≥20μW)。
若采用直接光強調制，聯動開關K1、K2、K3置于“0－2”位置，此時，視頻信號經R2、R3匹配，由C3耦合至由三極管T1構成的射極跟隨電路，電阻R4、R5、R6為T1管的偏置電路，R7為T1管射極負載電阻，電源電壓＋12V，T1管的射極輸出經電阻R9送發光驅動電路15中的三極管T2基極，進行放大，驅動發光管D3，再通過光纖17輸出光信號。這里T2管的射極偏置電路改為由電阻R12、R10、電容C4構成，D3采用線性好的0.85μmLED(P平均值≥30μW)。
權利要求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光強調制電路或直接光強調制電路、發光管、光纖及直流電源組成，其特征在于a.根據現有的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直流電源經穩壓(MC7812)、濾波(C1、C2)后得到+12V直流工作電壓；+12V直流電又經穩壓(MC7805)、濾波(C6、C7)后得到+5V直流工作電壓，電阻R1、發光二極管D1構成+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H1、H2分別可由Q9插座(6)(配SYV-75-5同軸電纜)進行本安視頻隔離監視輸出，和作為本安視頻輸出，由電纜(7)經喇叭口(5)引出傳輸，其負載為75Ω，VPP=1V；d.CCD攝像頭(10)輸出的全電視信號，經由電阻R2、R3、電容C3構成的輸入匹配電路(11)后，通過PFM光強調制電路或直接光強調制電路，驅動發光管D3，輸出光信號，再配以光纖傳輸。
2.根據權利要求1所述的光纖攝像儀，其特征在于PFM光強調制電路是將聯動開關K1、K2、K3置于“0－1”位置，CCD攝像頭輸出的全電視信號經R2、R3匹配，由C3耦合到調制匹配電路(12)，調制匹配電路(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管集電極可變負載，由R18調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端接中心頻率調整電路(14)的輸出，7端輸出接發光驅動電路(15)；中心頻率調整電路(14)是由高精度低溫漂基準電壓電路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端輸出的調制后的信號經電阻R9送至發光驅動電路(15)中的三極管T2基極，電阻R11、R12為T2管的射極偏置電阻，＋12V直流電經電阻R18后分別經作為穩壓保護電路的穩壓管D2后接T2集電極，經電容C5接地，經發光管D3接T2集電極，發光管D3通過光纖(17)輸出光信號。
3.根據權利要求1所述的光纖攝像儀，其特征在于直接光強調制電路是將聯動開關K1、K2、K3置于“0－2”位置，CCD攝像頭輸出的全電視信號經R2、R3匹配，由C3耦合至由三極管T1構成的射極跟隨電路，電阻R4、R5、R6為T1管的偏置電路，R7為T1管的射極負載電阻，電源電壓為＋12V，T1管的射極輸出經電阻R9送發光驅動電路(15)中的三極管T2基極，進行放大，驅動發光管D3，再通過光纖(17)輸出光信號；此時，T2管的射極偏置電路改成由電阻R10、R12、電容C4構成，發光管D3采用線性好的0.85μmLED(P平均值≥30μW)。
4.根據權利要求1或2或3所述的光纖攝像儀，其特征在于攝像頭(10)是采用進口CCD固體攝像器件，照度優于0.2Lux，清晰度優于380TV線，灰度優于7級；攝像透明窗(4)是采用透光性能良好的鋼化玻璃。
5.根據權利要求2所述的光纖攝像儀，其特征在于靜態時，壓控振蕩器74LS124輸出的標稱頻率為25MHZ，頻偏±5MHZ；改變LM336等效電路中的電阻R17，可使基準電壓在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整。
6.根據權利要求2所述的光纖攝像儀，其特征在于發光管D3是采用其他線性差的1.3μmLED(P平均值≥20μW)。
7.根據權利要求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)根數可以是一根，也可是數根。
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入標準鏡頭，由CCD攝像頭輸出全電視信號。視頻信號一方面可直接用電纜輸出，另一方面采用直接光強調制方式或PFM光強調制方式，驅動發光管，輸出光信號，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、性能穩定可靠、傳輸距離長、無電磁干擾、無火花、防爆等優點，是煤礦井下采煤工作面工業電視系統的優良攝像儀。
文檔編號H04N5/225GK2159636SQ9323636
公開日1994年3月23日 申請日期1993年2月25日 優先權日1993年2月25日
發明者錢建生, 徐釗, 曹國清, 吳建新, 劉艷 申請人:中國礦業大學