СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИУСА ФОРМИРОВАНИЯ И СКОРОСТИ РАСШИРЕНИЯ ИЗЛУЧАЮЩЕГО ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01J1/04 G01B11/02 

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано при исследовании динамики быстропротекающих процессов.

Известен способ измерения линейного размера тела [1] где размер тела определяют по числу строк между вершинами клиньев, полученных сложением проекции тела с проекцией маски на фотослое передающей трубки.

Недостатком способа является необходимость выбора ширины маски равной размеру изображения проекции тела и отсутствие возможности исследования структуры тела свечения.

Известно также устройство для измерения размеров светящихся объектов, которое содержит объектив, строящий изображение, в плоскости изображения установлен входной торец волоконно-оптического преобразователя, по которому световой сигнал поступает на фотоприемник и далее на считывающее устройство (2).

Недостатком устройства является сложное, опосредственное определение размера светящегося объекта через число импульсов, поступающих в считывающее устройство, т.е. необходимость предварительной калибровки системы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ и аппаратура для измерения размеров предметов (3), где путем сканирования по поверхности излучающего объекта фотоприемником строят энергетическое изображение, а затем энергетическое изображение преобразовывают в цифровой сигнал. Отдельно предусмотрен механизм синхронизации моментов сканирования и счета числа фотоимпульсов снимаемых фотоприемником.

Недостатком данного технического решения является усредненный характер учета зависимости цифрового сигнала от колебаний тела свечения в вертикальной плоскости.

При исследовании динамики излучающего объекта, в параметрической зависимости от начальных условий возбуждения источника излучения, например, от напряженности внешнего магнитного поля Н, на основании только измеренных значений радиусов объекта нельзя судить о скорости его развития. Дело в том, что значение радиуса излучающего объекта, измеренное в момент времени t, удовлетворяет уравнению
R_н(t)=v_н(t)t+r_он, (1)
где v_н(t) скорость расширения объекта;
r_он значение радиуса объекта, под которым он сформировался.

Как видно уравнение (1) содержит две неизвестные v_н и r_он, каждая из которых зависит от значения параметра Н.

Чтобы избежать эту неопределенность и повысить эффективность исследования динамики излучающего объекта, предлагается изобретение, сущность которого заключается в том, что световой поток, идущий от исследуемого излучающего объекта, разбивают на два одинаковых по сечению потока и строят изображения излучающего объекта в плоскостях между электродами двух, симметрично расположенных относительно источника, электрооптических затворов (ЭОЗ) Керра, снабженных фотоприставками. В тоже время с помощью фотоприемника, вырабатывающего электрический сигнал за счет излучения исследуемого источника, запускают генератор задержанных импульсов (ГЗИ). При этом ГЗИ выдает на генераторы открывающие ячейки Керра последовательно два сдвинутых во времени друг относительно друга импульса напряжения. В момента времени t₁ и t₂, соответствующие открыванию первого и второго ЭОЗ, происходит фоторегистрация излучающего объекта. Значения радиусов объекта R₁ и R₂, измеренные на основе фоторегистрации в моменты времени t₁ и t₂, сводят в систему уравнений

Решая систему из двух линейных уравнений с двумя неизвестными находят:
а) радиус формирования объекта

б) скорость расширения объекта в интервале от t₁ до t₂,

Таким образом, в результате фоторегистраций, осуществленных описанным выше образом, стало возможным в параметрической зависимости от начальных условий инициирования излучающего объекта определить радиус его формирования и исследовать временную зависимость скорости изменения его сечения.

При этом за счет безынерционности электрооптического затвора и большой крутизны электрических импульсов, подаваемых на ЭОЗ генераторами импульсных напряжений, исследование динамики объекта производится с большим разрешением во времени. Наличие же автоматической синхронизации между временем возбуждения источника излучения и его фотрегистрацией позволяет уменьшить время экспозиции процесса фоторегистрации.

В целом перечисленные выше достоинства способствуют повышению эффективности процесса исследования динамики излучающего объекта.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Устройство для исследования динамики излучающего объекта состоит из фотоприемника 1, генератора задержанных импульсов 2, двух генераторов импульсных напряжений 3, 4, двух электрооптических затворов 5, 6, снабженных фотоприставками 7,8, собирающих линз 9,10, и полупрозрачного зеркала 11.

Устройство работает следующим образом.

На пути световых лучей, идущих от источника S, располагают фотоприемник 1, электрическим сигналом с фотоприемника запускают в момент возбуждения источника излучения ГЗИ 2, при этом ГЗИ выдает два последовательных, сдвинутых во времени друг относительно друга импульса на генератора 3, 4, открывающие ЭОЗ 5,6. С помощью полупрозрачного зеркала 11 разбивают световой поток на два одинаковых по сечению потока, а линзы 9,10 строят изображения объекта между электродами двух ЭОЗ 5,6,симметрично расположенных относительно источника и снабженных фотоприставками 7,8. В моменты открывания ЭОЗ происходит фоторегистрация объекта, на основе которой по измеренным значениям радиусов объекта находят радиус формирования и скорость его расширения.

Пример конкретного выполнения.

Искровой канал, сформировавшийся в некоторый произвольный момент времени t₀ с радиусом r₀, начинает расширяться с определенной скоростью v. В момент времени формирования искрового канала t₀ электрический сигнал, снимаемый с анодной цепи ФЭУ, расположенного впереди святящегося искрового канала, запускает генератор задержанных импульсов Г 5, который с вою очередь выдает два последовательных, сдвинутых относительно друг друга во времени импульса на генераторы импульсных напряжений. Генераторы формируют импульсы напряжений (крутизна 5 нс, амплитуда 12 кВ), открывающие две снабженные фотоприставками ячейки Керра, расположенные симметрично, с точки зрения построения изображения относительно искрового канала. С помощью полупрозрачного зеркала и двух собирающих линз строят изображения искрового канала в плоскостях между электродами ячеек Керра и в моменты их открывания производят фоторегистрацию искрового канала на фотопленку, расположенную внутри фотоприставок.

Пусть первая ячейка Керра открывается в момент времени t₁=200 нс от начала формирования искрового канала. Вторая ячейка соответственно в момент времени t₂=400 нс. По измеренным значениям радиусов искрового канала на основе фоторегистрации находим R₁=0,25 мм и R₂=0,47 мм. Подставляя значения t₁, t₂, R₁ и R₂ в формулу (3), имеем

Согласно формуле (4), получим

Использование: изобретение может быть использовано при исследовании динамики быстро протекающих процессов. Сущность изобретения: фотоприемником преобразовывают исследуемый световой сигнал в электрический, им запускают генератор задержанных импульсов и формируют при этом два последовательных во времени импульса напряжения, которые подают на генератор, открывающие два несовмещенных электрооптических затвора, снабженных фотоприставками, а фоторегистрацию объекта в два последовательных момента времени, на основе которой расчетным способом определяют радиус формирования и скорость расширения, производят при помощи делителя светового потока на два одинаковых по сечению потока. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения радиуса формирования и скорости расширения излучающего объекта, заключающийся в том, что формируют два изображения исследуемого объекта, регистрируют эти изображения и по результатам регистрации определяют искомые параметры, отличающийся тем, что световой поток объекта делят на два одинаковых по сечению пучка и формируют изображения объекта между электродами двух симметрично расположенных относительно объекта электрооптических затворов (ЭОЗ), при этом преобразуют излучение от объекта в электрический сигнал, которым запускают генератор задержанных импульсов, формируют два последовательных во времени импульса напряжения, открывающие ЭОЗ, и осуществляют фоторегистрацию изображений в два последовательных момента времени. 2. Устройство для определения радиуса формирования и скорости расширения излучающего объекта, содержащее две оптические системы для формирования изображения и два преобразователя изображений, снабженные регистрирующими узлами, отличающееся тем, что в устройство введены фотоприемник, генератор задержанных импульсов, два генератора импульсных напряжений и светоделитель, оптически связанный с оптическими системами, преобразователи выполнены в виде электрооптических затворов (ЭОЗ), а регистрирующие узлы выполнены в виде фотоприставок, при этом выход фотоприемника соединен с входом генератора задержанных импульсов, выходы которого соединены с входами генераторов импульсных напряжений, выходы которых соединены с ЭОЗ.