RU2813248C2 - Имитатор инфракрасного излучения модульного типа - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области создания источников инфракрасного излучения и касается имитатора инфракрасного излучения модульного типа. Имитатор состоит из излучающей пластины, покрытой термостойкой матовой эмалью, отражателя, нагревательного элемента, расположенного перед отражателем, и блока управления. Выходы каждого датчика соединены с входами блока управления, выходы которого соединены с нагревательным элементом. Излучающая пластина представляет собой мишень головной фигуры, которая выполнена в виде неразборной многоячеистой конструкции с множеством геометрически сформированных полых ячеек, разделенных между собой диэлектрическими стенками, внутренняя поверхность каждой ячейки покрыта теплозащитным покрытием, а нагревательный элемент выполнен из n элементов Пельтье, каждый из которых размещен в полой ячейке. Технический результат заключается в обеспечении возможности имитации переменного температурного поля мишенью головной фигуры, излучающей в инфракрасной полосе спектра условно точечными излучателями во времени по заданной программе в различных условиях окружающей среды. 1 ил.

Description

Изобретение относится к имитаторам инфракрасного излучения реальных объектов, в частности головной фигуры, и может быть применена в качестве мишени при подготовке военнослужащих для совершенствования навыков поиска цели с применением тепловизионных приборов.

Известен тепловой имитатор инфракрасного излучения, выполненный в виде плоской излучающей пластины, имеющей глубокие концентрические канавки, с термостойким покрытием в сочетании с отражателем (блендой) в виде усеченного конуса с зеркальными внутренними стенками. Тепловой имитатор снабжен нагревательной системой термостатирования, включающей нагревательный элемент и блок управления. Для поддержания заданного уровня излучения контролируется только один параметр температура. (Макаров А.С., Омелаев А.И., Филиппов В.Л. Введение в технику разработки и оценки сканирующих тепловизионных систем. Казань, «Унипресс, 1998 г., с. 200-201).

Недостатком известного имитатора является его ограниченные возможности, не позволяющие воспроизводить различные температурные режимы внешней поверхности объектов во времени из-за трудности обеспечения изотермичности стенок излучателя при ветровых нагрузках.

Известно «Устройство имитации инфракрасного излучения наземных объектов» (патент RU №2547759, 2015 г.), содержащее микрозеркальный матричный сканирующий узел, инфракрасный излучатель, набор линз и зеркал, объективы, приводы объективов, переключатель объективов и систему наведения. Кроме того, устройство содержит входные регистры, блоки оценки эмпирических коэффициентов, блоки оценки коэффициента пропускания атмосферы, элементы задержки, блоки умножения, элементы ИЛИ, группы блоков умножения, группу блоков возведения в степень, группу регистров, блок оценки энергетической яркости излучения, блок выдачи команд переключения, блок индикации, генератор потоковых импульсов и распределитель импульсов.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции и невозможность применения в качестве тепловой мишени при использовании стрелкового оружия.

Наиболее близким техническим решением, которое может быть принято в качестве прототипа, является полезная модель «Тепловой имитатор инфракрасного излучения» (патент RU №27693, 2003 г.), выполненный в виде излучающей пластины, покрытой термостойкой матовой эмалью, снабжен теплозащитным покрытием, отражателем, нагревательным элементом, расположенным за излучающей пластиной перед отражателем, блоком управления, термодатчиками излучающей пластины и окружающей среды, при этом выходы каждого датчика соединены с входами блока управления, выход которого соединен с нагревательным элементом.

Такой тип имитатора инфракрасного излучателя сужает область эффективного применения инфракрасных имитаторов и не позволяет создавать тепловое поле мишени с различной температурной сигнатурой по площади, в частности головы фигуры.

Задачей изобретения, является возможность тепловой имитации переменного температурного поля мишенью головной фигуры, излучающей в инфракрасной полосе спектра условно точечными излучателями во времени по заданной программе в различных условиях окружающей среды.

Поставленная задача достигается тем, что в имитатор инфракрасного излучения модульного типа, состоящий из излучающей пластины, покрытой термостойкой матовой эмалью, отражателя, нагревательного элемента, расположенного за излучающей пластиной, перед отражателем, блока управления термодатчиками излучающей пластины и окружающей среды, при этом выходы каждого датчика соединены с входами блока управления, выходы которого соединены с нагревательным элементом, введена излучающая пластина, представляет собой мишень головной фигуры, которая выполнена в виде неразборной многоячеистой конструкции с множеством геометрически сформированных полых ячеек, разделенных между собой диэлектрическими стенками, внутренняя поверхность каждой ячейки покрыта теплозащитным покрытием, а нагревательный элемент выполнен из n элементов Пельтье, каждый из которых размещен в полой ячейке.

Все нагревательные элементы связаны электрическими кабелями с блоком управления, который жестко закреплен в основании теплового имитатора, соединен по кабель-каналу через стойку мишени с нагревательными элементами и датчиком температуры окружающей среды, жестко закрепленным на боковой поверхности тыльной стороны основания теплового имитатора, при этом обеспечивается конструктивное единство и реализация тепловым имитатором функционального назначения - имитации динамической характеристики тепловых портретов головы человека во времени по заданной программе.

Режим работы имитатора инфракрасного излучения характеризуется совокупностью значений интенсивности излучения его нагревательных элементов в направлении своих нормалей - величиной вектора J(0)=J_j(0); j=1…n, где n - число нагревательных элементов.

Поверхность имитатора инфракрасного излучения объекта рассматривается как совокупность поверхностей с однородными радиационно-оптическими характеристиками их элементов. На каждой выделенной поверхности в связанной с моделированием температурного поля мишени головной фигуры в системе координат задаются прямоугольные координаты большого числа точек.

Уровень инфракрасного излучения нагревательных элементов мишени во времени осуществляется за счет контроля и оперативного управления уровнем инфракрасного излучения и температурой излучающей поверхности каждого нагревательного элемента имитатора теплового.

Контраст местности и цели (мишени головной фигуры) фиксируется военнослужащим в определенной временной последовательности с применением тепловизионных приборов, что позволяет совершенствовать навыки поиска цели в различных условиях окружающей среды.

Программа, прописанная в электронном блоке управления, реализует изменение цвета и температуры поверхности мишени головной фигуры (замаскированного объекта) - в зависимости от температуры окружающего воздуха среды.

Сущность технического решения поясняется на фиг.

Имитатор инфракрасного излучения модульного типа выполнен в виде мишени головной фигуры 1, на лицевой поверхности которого расположены излучающие пластины 2. Излучающие пластины 2 размещены в сформированных полых ячейках А лицевой поверхности мишени головной фигуры 1, разделенных между собой диэлектрическими стенками 3. Полые ячейки А снабжены теплозащитным покрытием 4, отражателем 5, нагревательным элементом 6. В каждой ячейке А жестко закреплены на внутренней плоскости ячейки А тыльной стороны теплового имитатора: нагревательный элемент 6, отражатель 5 и теплозащитное покрытие 4. В качестве нагревательных элементов 6 применены элементы Пельтье, что позволяет, согласно заданной программе в блоке управления 7, изменять визуальный (инфракрасный) контраст поверхности мишени головной фигуры 1. Нагревательные элементы 6, расположены за излучающей пластиной 2 перед отражателем 5. На излучающей пластине 2 закреплен термодатчик 8, соединенный с входом блока управления 7, выход которого соединен с нагревательным элементом 6, к блоку управления 7 подключен также датчик температуры 9 окружающей среды.

Все нагревательные элементы 6 связаны электрическими кабелями (условно не показаны) с блоком управления 7, который жестко закреплен в основании 10 теплового имитатора, соединен по кабель-каналу через стойку 11 мишени с нагревательными элементами 6 и датчиком температуры окружающей среды 9.

Закрепленные в полых ячейках А лицевой поверхности мишени головной фигуры 1 нагревательные элементы 6, позволяют, согласно заданной программе в блоке управления 7, изменять визуальный (инфракрасный) контраст поверхности мишени головной фигуры 1. Мишень головной фигуры 1 жестко крепится к основанию 10 через стойку 11.

Имитатор инфракрасного излучения модульного типа представляет собой систему автоматического регулирования с отрицательной обратной связью.

В каждой полой ячейке А за излучающей пластиной 2 и перед отражателем 5 расположен нагревательный элемент 6, предназначенный для обеспечения заданной разности температуры (ΔT°С) между излучающей пластиной 2 и окружающей средой. Отражатель 5 осуществляет более равномерный нагрев излучающей пластины 2 и повышает коэффициент полезного действия имитатора инфракрасного излучения. Выходы датчиков 8 и 9 соединены с входами блока управления 7, который предназначен для обеспечения поддержания заданной разности температуры (ΔT°С) между излучающей пластиной 2 и окружающей средой, а также уровня инфракрасного излучения.

Для защиты от осадков и ветровых нагрузок, термодатчик 8 и датчик температуры 9 снабжены защитным кожухом (условно не показаны). Датчик температуры окружающей среды 9 соединен с блоком управления 7 и жестко закреплен на боковой поверхности тыльной стороны основания 10 теплового имитатора.

Термостойкое покрытие рабочей поверхности излучающей пластины 2 имеет высокий коэффициент излучения, а ее геометрические размеры должны соотноситься с геометрическими размерами элемента Пельтье, например, для элемента Пельтье ТЕС1-12706 геометрические размеры составляют - 40×40×3,82 мм.

Имитатор инфракрасного излучения работает следующим образом.

При подаче питания на нагревательные элементы 6 от источника питания 12 излучающие пластины 2, нагреваются до заданной температуры, формируя заданное пространственное распределение инфракрасного излучения внешней лицевой поверхности мишени головной фигуры. Управление осуществляется одновременно или раздельно по программе заданной в блоке управления 7, как по температуре, так и по уровню излучения. Контроль заданного температурного поля мишени головной фигуры контролируется в блоке управления 7 по электрическим сигналом от термодатчика 8 и датчика температуры 9, что соответствует разности между температурой поверхности излучающей пластины 2 и температурой окружающей среды. Электронный блок управления 7 обеспечивает поддержание заданной разности температур (ΔT°С) излучающей пластины 2 и окружающей среды, электрическое питание на нагревательные элементы 6 подается от источника питания 12, жестко закрепленного в основании 10 имитатора инфракрасного излучения.

Интегральная теплопродукция человека зависит от охлаждения его тела и в среднем составляет 370 ккал/ч. На участках открытой поверхности тела человека разница температур может достигать 7°С. На внешней лицевой поверхности мишени головной фигуры могут быть реализованы следующие диапазоны температур, сравнительно высокая температура - в глазной впадине (≈36,4°С) и на шее, а в области сонной артерии (≈34°С).

Имитатор инфракрасного излучения, размещается на открытой местности, на полигоне или в лесном массиве, в месте, неизвестном военнослужащему. Военнослужащий, имеющий тепловизионнный прибор, отрабатывает практические навыки по отысканию реального объекта, обладающего инфракрасным излучением.

В силу малой тепловой инерции имитатор инфракрасного излучения позволяет имитировать динамические характеристики тепловых портретов головы человека во времени по заданной программе в зависимости от температуры окружающей среды.

Имитатор инфракрасного излучения создан для совершенствования навыков практического использования инфракрасных оптико-электронных систем, стоящих на вооружении, в реальных условиях окружающей среды.

Имитатор инфракрасного излучения модульного типа обладает относительной конструктивной простотой и экономичностью, а при достаточно большом числе автономно запитываемых излучающих нагревательных элементов позволяет с хорошей точностью воспроизводить монотонно изменяющееся поле температур головы человека. Монотонный характер изменения этих нагрузок может быть обусловлен совокупным влиянием таких факторов, как, монотонность распределения по поверхности падающих в условиях штатной эксплуатации тепловых потоков.

Claims (1)

1. Имитатор инфракрасного излучения модульного типа, состоящий из излучающей пластины, покрытой термостойкой матовой эмалью, отражателя, нагревательного элемента, расположенного за излучающей пластиной, перед отражателем, блока управления термодатчиками излучающей пластины и окружающей среды, при этом выходы каждого датчика соединены с входами блока управления, выходы которого соединены с нагревательным элементом, отличающийся тем, что излучающая пластина представляет собой мишень головной фигуры, которая выполнена в виде неразборной многоячеистой конструкции с множеством геометрически сформированных полых ячеек, разделенных между собой диэлектрическими стенками, внутренняя поверхность каждой ячейки покрыта теплозащитным покрытием, а нагревательный элемент выполнен из n элементов Пельтье, каждый из которых размещен в полой ячейке.