Modulárny automatický systém na monitorovanie oblohy pre pohyblivé objekty

Číslo patentu: U 6940

Dátum: 04.11.2014

Autori: Tóth Juraj, Kalmančok Dušan, Zigo Pavol

Stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Technické riešenie sa týka optoelektronických zostáv na monitorovanie oblohy pre pohyblivé objekty V oblastí snímania celej oblohy.Systémy na detekovanie a monitorovanie pohyblivých objektov sú často využívané v aplikovanej astronómii.Napríklad vynález WO 2006069 l 7 l (A 2) AUTOMATED SYSTEM AND METHOD FOR PROCESSING OF ASTRONOMICAL IMAGES opisuje metódu, ktorej predmetom je systém spracovania a prenášania obrazov z astronomických pozorovaní. Metóda sa prednostné využíva v bezpilotnom astronomickom observatóriu na pozorovanie galaxií, hmlovín, hviezd. Prenos obrazov je používateľom poskytovaný pomocou doplnku pre webový prehliadač.V článku P. Jenniskens, P. S. Gural, L. Dynneson, B. J. Grigsby, K. E. Newman, M. Borden, M. Koop,D. Holman CAMS Cameras for Allsky Meteor Surveillance to Establish Minor Meteor Showers. Icarus,Volume 216, Issue 1, November 201 l, Pages 40 - 61 sú opísané metódy detekcie meteorov pomocou systému CAMS.Hardvér a solłvér opísaný v dokumente R. J. Weryk, P. G. Brown, A. Domokos, W. N Edwards, Z. Krzeminski, S. H. Nudds and D. L. Welch The Southem Ontario All-sky Meteor Camera Network, Earth,Moon, and Planets, June 2008, Volume 102, Issue 1 - 4, pp 241 - 246 opisuje automatickú sieť celoobloho vých CCD videosystémov na detekciu stredne veľkých meteorov. Systém tvorí päť staníc vo vzdialenosti 180 kmPodobnej problematike sa venuje aj práca Walker, D. Schwarz, H. E., Bustos, E. Monitoring the Night Sky with the Cerro Tololo All-Sky camera for the TMT and LSST Projects, (Proceedings of SPIE - The Intemational Society for Optical Engineering. Volume 626711, 2006).Nedostatky doteraz známych riešení spočívajú v tom, že spomínané a im podobné systémy majú bud veľké zomé pole (do l 80 °), ale za cenu výrazne nižšej citlivosti (len -2. hviezdna magnitúda), alebo sú citlivé(porovnateľné s citlivosťou oka, 5. hviezdna magnitúda) s malým zomým poľom (desiatky stupňov). Ak je potrebné pracovať so systémom s veľkým zomým poľom a zároveň s veľkou citlivosťou, sú takéto systémy veľmi finančne náročné, väčšinou je potrebné zabezpečiť systém viacerých kamier.Nedostatky doterajších riešení do značnej miery odstraňuje modulámy automatický systém na monitorovanie oblohy pre pohyblivé objekty podľa tohto vynálezu.Výhody riešenia spočívajú V spôsobe integrovania jednotlivých častí systému do celku a V modulámej koncepcii systému, ktorá umožňuje nasadenie prídavných optických komponentov do systému, napríklad CCD kamier s väčšími čipmi (čo zvyšuje presnosť detegovania a monitorovania objektov na oblohe). V porovnaní s doteraz existujúcimi riešeniami systém umožňuje úsporu nákladov, nakoľko nie je potrebné inštalovať viac kamier.Modulámy automatický systém má mechanickú konštrukciu, ktorá pozostáva z troch základných častí teleso kamery, vnútorný ochranný plášť a vonkajší plášť. Vonkajší plášť sa skladá z valcovej časti, V ktorej je vložené teleso kamery vo vnútomom ochrannom plášti, ďalej sa vonkajší plášť skladá zo servisnej časti, ktoráje prichytená na valcovej časti pomocou duralového domčeka. Duralový domček nesie mechanizmus ovládania krytu vonkajšieho plášťa a kryt vonkajšieho plášťa, na hriadeli závitového kolesa sú dve ramená otvárania krytu vonkajšieho plášťa. Na hriadeli je suché klzné puzdro s ramenom pre ochranný kryt objektívu so závažím a závažie je v pracovnej polohe kamery zachytené elektromagnetom. Súčasťou vonkajšieho plášťa je riadiaca jednotka elektroniky s káblom s rozpojiteľným konektorom. Vonkajší plášť ďalej obsahuje ochranné senzory pre dážď a senzor nadmerného osvetlenia.Kryt vonkajšieho plášťa je vo výhodnom uskutočnení z polypropylénu a teleso vnútomého ochranného plášťa je zvonka izolované polyuretánovou penou chránenou hliníkovou fóliou.Do modulámeho systému môžu byť pripojené prídavné optické komponenty, Whodne CCD kamery s väčšími čipmi.Riadiaca jednotka elektroniky je tvorená tromi ovládacím modulmi. Ovládací modul zdrojov je pripojený k napájaciemu adaptéru 23 OV/24 V s výstupnými napätiarni 24 V, 12 V, 6 V a SV. Ovládací modul riadenia obsahuje mikroprocesor, ovládacie relé a opticky oddelený prevodník a sú k nemu pripojené 3 snímače teploty snímač vonkajšej teploty, snímač teploty objektívu, snímač teploty kamery. Ovládací modul elektronikyplášťa má pripojený motor, elektromagnet, snímače otvorenia, snímače zatvorenia, snímače dažďa a snímače osvetlenia. Riadiaca jednotka elektroniky, ovládací modul elektroniky plášťa a ovládací modul riadenia sú prepojené 15-pínovým konektorom.Riadiaca jednotka elektroniky komunikuje s nadradeným počítačom. Riadenie modulámeho automatického systému na monitorovanie oblohy pre pohyblivé objekty sa uskutočňuje obojsmemou bezdrôtovou komunikáciou medzi riadiacou jednotkou elektroniky modulárneho systému a pevným alebo pohyblivým miestom,na ktorom je umiestnený nadradený počítač.Nadradený počítač monitoruje vstupné dáta prichádzajúce z riadiacej jednotky elektroniky, spracúva ich a vyhodnocuje. Po vyhodnotení vstupných dát nadradený počítač vytvorí a odošle infomráciu o stave monitorovania oblohy a pošle príkazy riadiacej jednotke elektroniky, ktorá na základe príkazov vykoná pohyb jednotlivých častí modulámeho systému.Celooblohový systém je určený na pozorovanie meteorov digitálnou kamerou DMK 41 BU 02 pomocou programu na automatickú registráciu meteorov (program UFO Capture). Základnýmí optickými komponentmi systému sú- Objektív DG Fisheye 15 mm F 2.8, výr. Sigma° Zosilňovač jasu obrazu XXl 332, výr. Photonísv Zobrazovací objektív Video Opticon 1.4/ 16, výr. Meopta ° Kamera DMK 41 BU 02, výr. Imaging SourceCelooblohový systém je určený do vonkajšieho prostredia a dokáže po správnom nainštalovaní a pripojení k počítaču pracovať autonómne. V prípade výpadku elektrického napätia automaticky dokáže ochrániť optickú sústavu pred svetelným poškodením. Systém je ovládaný pomocou počítača. Ak nastane výpadok prúdu alebo systém zatvoria ochranné senzory, po uplynutí nepriaznivých povetemostných javov je nutné systém uviesť znova do prevádzky.Systém pozostáva z troch základných častí teleso kamery , vnútorný ochranný plášť g a vonkajší plášť kamery 1.Teleso kamery je z duralu priehradovej konštrukcie s pevne vymedzenými štyrmi poschodíami, v ktorých sa zhora nachádza snímací objektív fish-eye CANON/SIGMA g,zosilňovač jasu obrazu Mullard XXl 332 g,zobrazovací objektív tienidla zosilňovača Meopta Video Opticon 1,4/ 16 aa digitálna kamera Imaging Source DMK 4 lBU 02 F E.Vnútorný ochranný plášť g je z novodurovej rúry s vonkajšou polyuretánovou izoláciou.Vonkajší plášť 1 je z polypropylénovej rúry s pripojenou servisnou časťou na otváranie krytu komory.Vnútomý ochranný g plášť chráni teleso kamery 11 a vytvára vhodné pracovné prostredie pre optiku a elektroniku. V jeho dolnej časti sú 4 otvory, ktorými prúdi do plášťa vzduch, a ventilátory na telese komory zabezpečujú jeho distribúciu k ohrievaciemu telesu objektívu a prúdenie vzduchu úzkou medzerou medzi objektívom a vrchným krytom plášťa. Vzduch sa dostáva do medzery medzi objektív a ohríevacie teleso a aj priamo pod kryt plášťa. Teplý prúdiaci vzduch takto čiastočne zamedzuje vytváraniu rosy na objektíve. Teleso plášťa je zvonka izolované polyuretánovou penou Ľ chránenou hliníkovou fóliou. Homý ochrarmý kryt plášťa je snímateľný a natretý čiernou matnou farbou.Vonkajší plášť 1 sa skladá z valcovej časti, ktorá chráni teleso kamery vo vnútomom ochrannom pláští g,zo servisnej časti l 3, v ktorej je umiestnená mechanika otvárania krytu komory jj, a zo samotného krytu 1.Valcová časť je z polypropylénovej rúry hrúbky 9 mm a priemeru 25 cm. Vnútri je teleso kamery a novodurová rúrka i priemeru 30 mm, v ktorej sa voľne pohybuje závažie na ovládanie núdzovćho krytu objektívu. Do medzery medzi vnútomým ochranným krytom a vonkajším krytom sa ukladá kábel s konektorom Q, ktorým sa obe tieto časti od seba dajú oddeliť.Servisná časť Q je prichytená na valci pomocou duralového domčeka E, ktorý v sebe nesie mechanizmus otvárania krytu vonkajšieho plášťa E. Zabezpečuje ho 24 V motor K 7 A 3 s prídavnou prevodovkou a závitovým prevodom 1 z 30. Na hriadeli závitového kolesa Q sú dve ramená m spojené pomocnou platňou,na ktorej je troma skmtkami upevnený M 6 polypropylénový vonkajší kryt a elektromagnet ochranného krytu L 3. Pohyb hriadeľa je vymedzený dvoma sústavami jazýčkových kontaktov, ktoré motor vypnú v krajnej polohe ramien. Na hriadeli je tiež suché klzné puzdro 19 s ramenom pre bezpečnostný kryt objektívu §, ktoré je v pracovnej polohe kamery zachytené elektromagnetom Q. V prípade výpadku elektrického napätia závažie automaticky stiahne kryt nad obj ektív. Takto je optická sústava chránená pred intenzívnym slnečným svetlom alebo inou poruchou kamery, ak sa z nejakých dôvodov nedá ovládať pohyb krytu. Pri vypnutí systému sa ochranný kryt objektívu spustí mechanicky nad objektív.V servisnej časti Q je tiež senzor indikujúci dážď 5, ktorý V prípade dažďa automaticky zatvára komoru,a senzor nadmerného osvetlenia 2, ktorý takisto zatvára komoru v prípade nadmemého osvetlenia. Celá servisná časť je prekrytá polypropylénovým vekom, ktoré sa po odskrutkovaní piatich skrutiek M 6 ťahom vysunie dolu.Spod vonkajšieho krytu vychádzajú štyri káble - sériový kábel na prenos dát, napájací kábel 24 V, USB kábel a kábel vonkajšieho teplotného senzora je treba pevne prichytiť asi 20 cm od obalu, aby sa pohybom vetra nepoškodil.Ríadiaca jednotka z elektroniky kamery je tvorená tromi ovládacímí modulmí s príslušnými snímačmi a akčnými členmi. Ovládací modul zdrojov 23 je pripojený k napájaciemu adaptéru 230 V/24 V (3 A), výstupnýmí napätíami sú 24 V na napájanie motora a vyhrievacích odporov, 12 V na napájanie ventilátorov, 6 V na napájanie zosilňovača jasu obrazu a SV na napájanie ovládacieho modulu riadenia 25 a ovládacieho modulu elektroniky plášťa Ä Ovládací modulu riadenia 25 obsahuje mikroprocesor ATMEGA 16, ovládacie relé a opticky oddelený prevodník RS 232. K ovládaciemu modulu sú pripojené 3 teplomery DSl 820 snímajúce teploty V oblasti objektívu E, kamery Ľ a vonkajšiu teplotu 25. Objektív a kamera sú temperované proti oroseniu.Algoritmus temperovania je naprogramovaný nasledovne Kamera je vyhrievaná, ak jej teplota je nižšia ako l stupeň Celzia. Vyhrievanie objektívu sa spúšťa, ak vonkajšia teplota klesne pod 15 stupňov Celzia a teplota v priestore objektívu je nižšia ako hodnota (vonkajšia teplota 10 stupňov Celzia). Prúdenie vzduchu vo vnútomom valci je možné podporiť spustením ventilátorov z ovládacieho programu.Firmvér mikroprocesora zisťuje stav jednotlivých komponentov s periódou cca 60 ms a tento stav je možné zistiť ovládacím programom.Mikroprocesor je vybavený bezpečnostným systémom typu Watchdog, pri prípadnom zacykleni programu na čas dlhší ako cca I sec. sa systém automaticky zresetuje. Po zresetovaní systému sa veko automaticky uzavrie. Tento stav je signalizovaný ovládacirn programom. Firmvér mikroprocesoraje možné nahrať pomocou špeciálneho bootloadera po sériovej linke.Ovládací modul elektroniky plášťa 28 je umiestnený v zadnej časti plášťa. Slúži na pripojenie motora 22,elektromagnetu E, snímačov otvorenia 11 , snímačov zatvorenia E, snímačov dažďa ž a snímačov osvetlenia 34.Ovládací modul elektroniky plášťa E a ovládací modul riadenia 24 sú prepojené 15-pinovým konektorom g Carmen, ktorý sa nachádza v priestore medzi vnútorným valcom a plášťom. Pri rozoberaní komory treba tento konektor rozpojiť.Stav otvorenia resp. zatvorenia veka je snímaný jazýčkovými kontaktmi a motor je následne zastavený. Snímače dažďa a osvetlenia sú umiestnené na ramene veka. Ich stav je sígnalizovaný v ovládacom programe. Ak je niektorý z nich aktívny počas intervalu cca 10 s, komora sa automaticky uzavrie. Aby sa zabránilo zničeniu optických komponentov priamym slnečným svetlom v prípade výpadku napájania, je komora vybavená vnútomým vekom so závažím, ktoré sa uzavrie po tom, ako prídržný elektromagnet stratí napájacie napätie. Ak zareaguje snímač dažďa alebo vonkajšieho osvetlenia na dlhšie ako 5 s, dôjde k núdzovému zatvoreniu krytu. Po zresetovaní systému sa veko automaticky uzavrie. Tento stav je signalizovaný ovládacím programom.Kamerový systém je ovládaný prostredníctvom nadradeného počítača cez riadiaci program COKDIGIX.EXE. Tento program ovláda sériovú komunikáciu s kamerou. Ovládanie sa uskutočňuje formou príkazového riadku so sériou argumentov umožňujúc ovládanie jednotlivých častí kamery, zisťovanie aktuálneho stavu a signalizáciu havarijných stavov. Komunikácia prebieha asynchrónne formou master - slave a nezaťažuje operačný systém počas automatickej registrácie meteorov.Prehľad obrázkov na výkresoch Na obrázku l je znázomený pohľad na otvorený modulámy automatický systém (pohľad zhora). Na obrázku 2 je znázornená bloková schéma elektroniky riadenia kamery. Na obrázku 3 je znázomený pohľad na modulámy automatický systém v priereze. Priemyselná využiteľnosť Systémje využiteľný v aplikovanej astronómii pri výskume prítoku medziplanetámych častíc do zemskejatmosféry, prípadne pri monitorování akýchkoľvek rýchlych svetelných javov (premenné hviezdy, novy, supemovy, elektrické atmosférické výboje ~ blesky, sprajty a iné). Zároveň je systém schopný detegovať letia 10ce objekty, ako sú napríklad lietadlá, takže je využiteľný aj na monitorovanie vzdušného priestoru v civilnej a vojenskej oblasti. Systém sa môže uplatniť v obrannom priemysle, v oblastí špecializovanej meteorológie a geofyziky.1. Modulámy automatický systém na monitorovanie oblohy pre pohyblivé objekty, v y z n a č u j ú c í s a tý m , že mechanická konštrukcia systému pozostáva z troch základných častí teleso kamery(1 l), vnútomý ochranný plášť (2) a vonkajší plášť (1), vonkajší plášť (l) sa skladá z valcovej časti, v ktorej je vložené teleso kamery (l l) vo vnútomom ochrannom plášti (2), ďalej sa vonkajší plášť (l) skladá zo servisnej časti (13), ktorá je prichytená na valcovej časti pomocou duralového domčeka (14), ktorý nesie mechanizmus ovládania (15) krytu vonkajšieho plášťa a kryt (7) vonkajšieho plášťa, na hriadeli (16) závitového kolesa sú dve ramená (10) otvárania krytu (7) vonkajšieho plášťa, na hriadeli (16) je suché klzné puzdro (19) s ramenom pre ochranný kryt (8) objektívu so závažím (20) a závažie (20)je v pracovnej polohe kamery zachytené elektromagnetom (18) a súčasťou vonkajšieho plášťa (1) je riadiaca jednotka (21) elektroniky s káblom (22) s rozpojiteľným konektorom a vonkajší plášť (l) ďalej obsahuje ochranné senzory (5) pre dážď a senzor (9) nadmemého osvetlenia.2. Modulámy automatický systém na monitorovanie oblohy pre pohyblivé objekty podľa nároku l,v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že kryt (7) vonkajšieho plášťa je z polypropylénu a teleso vnútomého ochranného plášťa (2) je zvonka izolované polyuretánovou penou (17) chránenou hliníkovou fóliou.3. Modulámy automatický systém na monitorovanie oblohy pre pohyblivé objekty podľa nároku l,v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že do systému sú pripojené prídavné optické komponenty, výhodne CCD kamery s väčšími čipmi.4. Modulámy automatický systém na monitorovanie oblohy pre pohyblivé objekty podľa nároku l,v y z n a č uj ú c i s a tý m , že riadiaca jednotka (21) elektroniky je tvorená tromi ovládacím modulmí, ovládací modul (23) zdrojov je pripojený k napájaciemu adaptéru 230 V/24 V s výstupnými napätiami 24 V, 12 V, 6 V a 5 V, ovládací modul (24) riadenia obsahuje mikroprocesor, ovládacie relé a opticky oddelený prevodník a sú k nemu pripojené 3 snímače teploty snímač (25) vonkajšej teploty, snímač (26) teploty objektívu, snímač (27) teploty kamery a ovládací modul (28) elektroniky plášťa má pripojený motor(34) osvetlenia, pričom riadiaca jednotka (21) elektroniky, ovládací modul (28) elektroniky plášťa a ovládací modul (24) riadenia sú prepojené l 5-pinovým konektorom (35) a riadiaca jednotka (21) elektroniky je dátovo obojsmeme prepojená s nadradeným počítačom (39).5. Modulámy automatický systém na monitorovanie oblohy pre pohyblivé objekty podľa nárokov l a 4,v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že v nadradenom počítači (39), ktorý je dátovo obojsmeme prepojený s riadiacou jednotkou (21) elektroniky, sú spracované dáta, pričom výstupnými informáciami z nadradeného počítača (39) do riadiacej jednotky (2 l) elektroniky sú ovládané jednotlivé časti modulámeho systému.

MPK / Značky

MPK: G02B 23/00, G02B 23/16, H04N 5/225, G03B 17/12, G03B 17/00

Značky: automatický, oblohy, monitorovanie, objekty, pohyblivé, systém, modulárny

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/8-u6940-modularny-automaticky-system-na-monitorovanie-oblohy-pre-pohyblive-objekty.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Modulárny automatický systém na monitorovanie oblohy pre pohyblivé objekty</a>

Podobne patenty