工业电视及其应用

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提起电视,大家会很自然地想到广播电视,但是电视的应用远远不止这一点。电视技术很快地应用在工矿企业、科学研究、文化教育、铁路、空中、水下、医学、原子能、新闻采访及军事等各个方面,由于首先应用在工业部门,因此通常习惯地称为“工业电视”,实际上称作“通用电视”(或“实用电视”及“应用电视”)更为确切一些。

什么是“工业电视”?

我们知道广播电视的接收和发送是由空间传播进行的,因此它是一种“开路电视系统”,也即“无线电视系统”。工业电视大部分是采用有线闭路系统的电视,工业电视有时也采用无线系统传播,但绝大部分是前者,所谓“闭路系统”就是发送部分与接收部分是靠电缆来传送的,整个系统形成一个闭路。

有线传送(闭路传送)又可分为“视频传送”和“高频传送”。视频传送是视频信号直接经电缆传送,接收端由视频监示器接收。高频传送就是视频信号由超短波来作为载频,也即电视信号调制了超短波,然后也经电缆传送到接收部分,接收部分就可用一般的电视接收机来接收,载波频率可用广播电视的任一波道,只要选用与当地的广播电视频率不相互影响就行。无线传送也就是发射部分由小型发射机由空间向接收部分发送,中间不经过电缆。

工业电视的简单原理

闭路系统的工业电视主要是由摄像机和接收机两大部分组成。刊头照片及图1照片所示是国产半导体工业电视设备的接收机及摄像机,它的大致方框图如图2。

图1
图1 🔍原图 (599×531)
图2
图2 🔍原图 (996×408)

摄像机由摄像管、聚焦偏转线圈、光学镜头、摄像管各极滤波电路预放器及行、场扫描发生器等组成。摄像管常采用1寸光电导管(如国产的SF—23型),常称“视象管”。这种摄像管体积小(管径为l寸),调节简单,灵敏度较高,信噪比好,故最适用于工业电视。在摄像管前面安装着光学镜头,把观察物的像投在摄像管光电导层上。摄像管及偏转聚焦线圈的剖视图如图3、4所示。

图3
图3 🔍原图 (487×400)
图4
图4 🔍原图 (534×270)

摄像管有一个信号板(信号靶),一个细网状的阳极(G\(_{4}\)),一个聚焦电极G3及一个电子枪。信号板是一个透明的导电膜,内壁是一层光敏层,它的电阻与照射光线强弱成反比。导电膜上的电位是均匀的正电位,光敏层的内壁上就按照射上去的光图像而形成一个“电位图像”。电子枪由热阴极、控制栅极G\(_{1}\)和加速阳极G2组成,它发射的电子束受聚焦线圈的磁场和G\(_{3}\)、G4的静电场的影响而聚焦到光电导层上。电子束又受偏转线圈所产生的磁场作用而作周期性的偏转,形成对光电导层的扫描。当有正电位的电位图像被电子束扫描时,电子束落到光电导层上,使光电导层被扫描的一面的电位下降到约为零,形成信号电流(信号电流一般为0.1~0.05微安)。信号电流流经摄像管的负载时把这信号电压从摄像管的负载电阻上送到预放器的栅极去。

预放器把摄像管输出的信号放大约10倍,然后通过摄像机电缆送到接收机中的中频及视频放大器去。预放器的主要作用是把微弱的信号放大,以减少传输电缆中各种干扰的影响,从而提高信噪比。传送电缆的长度可达300米左右。

扫描发生器产生行场扫描电流,流经行、场偏转线圈作为电子束偏转之用。

接收机由中频视频放大器、同步机、监示器及电源组成。中频放大器把摄像机送来的视频信号(约0.1伏)放大约10倍,再由视频放大器将信号放大30~40倍,再把一定幅度的视频信号送往监示器。

同步机的主要作用是保证隔行扫描。工业电视的同步机是采用简单的同步机,主要给出摄像机行扫描及场扫描触发脉冲,同时给出一组全电视信号所要求的复合同步脉冲,以此脉冲去同步监示器的扫描光栅。此外,同步机还输出摄像管逆程消隐脉冲及视频放大器的箝位脉冲。

图像监示器主要由显像管及行场扫描发生器等部分组成,用来观察摄像机所摄取的目的物图象。每套工业电视除主监示器外,还可并联外接几个外接盗示器。

电源部分供给摄像机及接收机内各部分的灯丝及各种高压之用。

工业电视的广泛应用

工业电视设备可以用在我们社会主义建设的许多领域,它的用途十分广泛,这里只举一些例子说明。

在医学方面:对于重要的手术,为了便于医务工作者及实习医生学习观摩参观,又不妨碍手术正常进行,可以把摄像机安装在手术室的无影灯下,对准手术区来拍摄,观摩者可以在手术室外的监示器上观察。

在医学上的另一用途是用超小型摄像机观察病人的食道及子宫等内部器官。

在医学上还有一种用途,是用在X射线设备上。用高灵敏度的电视摄像机经过反射镜等对准X线荧光屏拍摄(如图5),医务工作者就可在暗室外远隔X线源的监示器屏幕上进行透视诊断。这样,医务人员就无需再穿上笨重的含铅保护衣,并长时间工作于暗室中,只要在控制台上用按钮操纵暗室内的X线设备即可。

图5
图5 🔍原图 (580×558)

采矿方面:在破井中安装一套工业电视就可以在地面上直接从监示器上看到井下车辆装卸以及生产情形。利用工业电视还可帮助石油井等的钻探观察,即所谓“钻井电视”(如图6)。这种电视的摄像机做成细长的圆筒形,筒中装有旋转反射镜和灯光照明设备,把井壁内情况图象投射在摄像机镜头上,摄像管、预放器等都装在探头内。

图6
图6 🔍原图 (592×732)

冶炼、动力、热工方面:用工业电视可以远距离观察生产过程的实际情况,以进行遥控、检测或生产调度。

在冶炼部门可以应用工业电视来观察真空冶炼、真空铸造、平炉冶炼、高炉炼铁的燃烧、轧钢时加热炉的装卸操作、轧钢机的轧制、钢带的卷绕、剪切、酸洗、镀锌等过程。在动力、热工部门,用工业电视可以观察锅炉或燃烧室内的火焰情况。图7为观察锅炉炉膛内火焰情况的工业电视设备。电视设备在这些工业中的使用,能使生产设备有效地工作,保证操作人员安全生产,减轻劳动强度,节约劳动力提高生产效率。

图7
图7 🔍原图 (596×667)

新闻采访及文化教育方面:在新闻采访方面应用电视技术更具有灵活机动的特点。新闻工作者可以用手提摄像机任意摄取所需的镜头,与广播电视配合使用,就能得到更好的转播效果(如图8)。

图8
图8 🔍原图 (597×384)

在文化教育方面除开利用广播电视外,也可利用工业电视以扩大教学范围,尤其是在一些特殊的专业教学上。如果把工业电视摄象设备安在教学现场,把接收机放在其它每个教室中,那么每个教室中的学生也能从接收机屏幕上看到主讲人讲课。电视不但能扩大教育面,同时还能进行一些特殊的教学与演示,帮助提高教学质量与效果。如前述的医学实习教学示范,就是一个例子。又如一个先进生产者,就可通过工业电视,在工作紧张的现场,对多数人进行生产操作示范。

科学研究方面:利用工业电视可以解决研究工作中的许多特殊需要。如在原子能研究方面,利用电视可在远离放射性物体的其它实验室,从接收机上观察反应过程等,进行操作而不致遭受辐射的危险。

工业电视在显微技术方面也是生物学家的一个得力助手。最常用的是将摄像机直接安装在显微镜的目镜上,在接收机的荧光屏上观察细菌等微生物的动态(见图9所示),利用这种方式还可以使许多人同时观察。

图9
图9 🔍原图 (534×361)

水下、海洋、航空中的应用:用水下电视可以进行水下施工,检查海底电缆的铺设,检查船只及打捞,观察堤坝,在海洋中观察海中资源及渔业中观察鱼群。

在飞机上装上电视,就可以对地面进行观察,特别是可以用来作为军事上的观察。空中电视还可以帮助科学家对地面的测量与研究。

人造卫星及宇宙飞船上安上电视摄像机,就可以使地面的科学家观察宇宙飞行员的生理动态,并观察其他天体(如月球、火星等)的表面。

工业电视除了以上所述几个主要方面外,在其他各个部门,如交通、运输、化工、气象、畜牧、农业等方面也日益广泛地利用电视。

工业电视的发展

目前工业电视本身还存在着一些问题,因而它的潜力还未充分发挥,随着现代电子技术,光学系统及半导体技术的发展,工业电视也会有其更完善地发展,来满足更多方面的需要。

工业电视的发展,首先要简化设备线路及控制系统和提高工作可靠性着手,并缩小设备体积,减轻重量。半导体化是工业电视发展中很重要的一环。如国产半导体工业电视设备,与过去电子管工业电视设备比较,设备上大大简化了,整套设备重量从82.5公斤减到27公斤。

工业电视摄像机所用的摄像管一般都采用1寸管径的光电导管(视像管),目前摄像管的性能已有新的发展,灵敏度也有了进一步的改善,对减小摄像机体积和重量都有了可能。最近由于固体电路及微型组件的应用,采访电视机已可能做到和普通照像机差不多大小。彩色电视和立体电视的应用使工业电视的应用开辟更广阔的天地。

除上述外,由于最近光学纤维束(光波导管)的应用于工业电视上,也就扩大了工业电视的应用范围,光线通过镜头后在光学纤维丝内经过,最后投射到摄像管的光阴极上(如图10)。依靠光学纤维束的柔软灵活,可以把镜头放进任意狭小的地方去观察目的物。

图10
图10 🔍原图 (571×380)

工业电视的发展将会达到进一步的完善,从而更好地来为我国的社会主义建设服务。(詹正权)