ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ Российский патент 2003 года по МПК G06K15/12 G04F13/02 

Изобретение относится к технике фотографической записи электрических сигналов, возникающих при срабатывании датчиков в процессе исследования быстропротекающих процессов (быстрое горение, взрыв, распространение ударных волн) и измерения временных интервалов между сигналами, зарегистрированных на светочувствительном носителе.

Известен способ регистрации информации, реализованный в устройстве (см. описание изобретения к патенту 1327803 от 30.07.87., опублик. в БИ 28 от 30.07.87г. ), в котором ультразвуковые сигналы, подаваемые на управляющие входы многоканального модулятора света, преобразуются в световые пучки, а затем передаются и регистрируются на светочувствительном носителе, выполненном в виде цилиндра с возможностью вращения вокруг своей оси. Это устройство содержит последовательно расположенные на одной оптической оси источник света, систему линз, многоканальный модулятор света, объектив, качающееся зеркало, оптическую заслонку и светочувствительный носитель, а также соответствующие блоки управления к ним.

Недостатками известного способа являются низкое быстродействие регистрации сигналов на светочувствительный носитель, поскольку реализуется он в ультразвуковом диапазоне частот, а также низкая точность в оценке временных интервалов между зарегистрированными сигналами из-за отсутствия оптической градуировки на светочувствительном носителе.

Данное решение является наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и взято в качестве прототипа.

Решаемой технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение многоканальных измерений временных интервалов быстропротекающего процесса с высокой точностью за счет повышения быстродействия электрооптического преобразования сигналов и введения оптической градуировки развертки с одновременной регистрацией информации на светочувствительном носителе.

Технический результат достигается тем, что в электрооптическом способе измерения временных интервалов подают свет, осуществляют его модуляцию путем подачи управляющих сигналов непосредственно на каждый канал модулятора, пропускают информационные оптические сигналы через объективы и оптический затвор на зеркало, осуществляют фоторегистрацию информационных сигналов на светочувствительный носитель.

Новым является то, что используют вращающееся зеркало, а в качестве источника света применяют трубчатую импульсную лампу, которую устанавливают вдоль многоканального модулятора, предварительно до момента фоторегистрации стабилизируют скорость вращающегося зеркала, подают, по крайней мере, на один из входов многоканального модулятора стабилизированный по частоте управляющий сигнал для получения меток времени, после чего включают источник света и синхронно с вращением зеркала инициируют исследуемый объект с датчиками, от которых возникают управляющие сигналы, производят одновременно регистрацию на неподвижный светочувствительный носитель информационных оптических сигналов и меток времени и по полученному изображению измеряют временные интервалы между информационными оптическими сигналами с использованием временных меток, период следования которых обратно пропорционален частоте их следования.

Устройство, реализующее способ, представлено на чертеже и содержит импульсный источник света 1 широкого спектра излучения, многоканальный модулятор света, состоящий из поляризатора света 2, многоканальной ячейки Керра 3, выполненной из конденсаторов Керра, размещенных вдоль оптической оси, входы которых являются управляющими входами многоканального модулятора света и анализатора света 4. Кроме того, устройство содержит собирающую линзу 5, скоростной фоторегистратор 6, состоящий из входного объектива 7, оптического затвора 8, внутреннего объектива 9, развертывающего зеркала 10, неподвижной фотопленки 11, электропривода 12 и датчика оборотов 13, а также исследуемый объект с датчиками 14, выходные сигналы с которых поступают на управляющие входы модулятора. Пульт управления устройства 15 содержит кварцевый генератор 16, генератор однократных импульсов 17, схему совпадения 18, стабилизатор скорости 19 и пусковую кнопку 20.

Используемый мощный импульсный источник света в сочетании с быстродействующим модулятором Керра синхронизованы со скоростным фоторегистратором и обеспечивает нормальное экспонирование светочувствительного носителя модулированным светом при высоких скоростях развертки, а фоторегистратор одновременно градуируется метками времени от стабильного кварцевого генератора.

Способ реализуется следующим образом.

При нажатии пусковой кнопки 20 включается стабилизатор скорости 19, который с помощью электропривода 12 производит плавный разгон вращающегося зеркала 10 до требуемой скорости, которая контролируется датчиком оборотов 13. Одновременно с этим отрывается оптический затвор 8, но фотопленка 11 не экспонируется, поскольку пока нет излучения от импульсного источника света 1.

В момент достижения требуемой скорости вращающегося зеркала 10 (при равенстве частот кварцевого генератора 16 и датчика оборотов 13) схема совпадения 18 вырабатывает синхроимпульс, от которого запускается генератор однократных импульсов 17. Последний своим высоковольтным импульсом инициирует исследуемый объект с датчиками 14, от которых возникают управляющие сигналы, а также синхронно запускает импульсный источник света 1.

Пучок света от импульсного источника 1 проходит через многоканальный модулятор света 2, 3, 4, где он разделяется конденсаторами Керра и модулируется поступающими на их входы управляющими сигналами от датчиков 14 и кварцевого генератора 16. Все информационные оптические сигналы проходят через собирающую линзу 5, входной объектив фоторегистратора 7, открытый оптический затвор 8, внутренний объектив фоторегистратора 9 и, отражаясь вращающимся зеркалом 10, проецируются в фокусе на неподвижную фотопленку 11.

Экспонирование фотопленки 11 производится одним оборотом зеркала 10, после чего импульсный источник света 1 гаснет, оптический затвор 8 закрывается, а электропривод 12 отключается.

На проявленной фотопленке 11 регистрируются информационные оптические сигналы от датчиков 14 вместе с метками времени от кварцевого генератора 16. В этом случае по фотопленке или отпечатку можно не только качественно судить о зарегистрированной информации с датчиков, но и количественно измерить временные интервалы между информационными оптическими сигналами, пользуясь метками времени как делениями масштабной линейки.

Преимущества применения данного способа это:
- значительное быстродействие электрооптического преобразования сигналов за счет применения многоканального модулятора Керра;
- многоканальность с независимой регистрацией информационных оптических сигналов;
- более высокая точность измерения временных интервалов между зарегистрированными информационными оптическими сигналами;
- возможность построения многоканальных измерительных устройств для исследования быстропротекающих, однократных процессов.

При создании устройства, реализующего описываемый способ, были применены:
- в качестве импульсного источника - трубчатая импульсная лампа ИФП-800;
- в качестве многоканального модулятора света - 52-х канальный модулятор Керра специальной разработки, заполненный нитробензолом;
- в качестве фоторегистратора - скоростная фотокамера типа СФР;
- в качестве источников информационных сигналов - контактные, резистивные или пьезоэлектрические датчики.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что предлагаемый способ обеспечивает многоканальные измерения временных интервалов быстропротекающего процесса в диапазоне от 1000 до 100 мкс с приведенной погрешностью не более плюс/минус 0,1% при доверительной вероятности 0,95.

Использование: для исследования быстропротекающих процессов (быстрое горение, взрыв, распространение ударных волн) и позволяет измерять в диапазоне от 100 до 1000 мкс с приведенной погрешностью не более 0,1% временные интервалы между информационными сигналами от датчиков, зарегистрированных на светочувствительном носителе. Технический результат заключается в повышении точности измерений за счет повышения быстродействия электрооптического преобразования сигналов. Электрооптический способ измерения временных интервалов заключается в том, что подают свет, осуществляют его поляризацию путем подачи управляющих сигналов непосредственно на каждый канал модулятора, пропускают информационные оптические сигналы через объективы и оптический затвор на зеркало, осуществляют фоторегистрацию на светочувствительный носитель, в качестве источника света используют трубчатую импульсную лампу, которую устанавливают вдоль многоканального модулятора, предварительно до момента фоторегистрации стабилизируют скорость вращения зеркала, после чего включают источник света и инициируют исследуемый объект синхронно с вращением зеркала, подают, по крайней мере, на один из входов многоканального модулятора стабилизированный по частоте управляющий сигнал от кварцевого генератора для получения меток времени, одновременно производят регистрацию на неподвижный светочувствительный носитель информационных сигналов и меток времени и по полученному изображению измеряют временные интервалы между информационными сигналами с использованием временных меток, период следования которых обратно пропорционален частоте их следования. 1 ил.

Электрооптический способ измерения временных интервалов, заключающийся в том, что подают свет, осуществляют его модуляцию путем подачи управляющих сигналов непосредственно на каждый канал модулятора, пропускают информационные оптические сигналы через объективы и оптический затвор на зеркало, осуществляют фоторегистрацию на светочувствительный носитель, отличающийся тем, что используют вращающееся зеркало, а в качестве источника света применяют трубчатую импульсную лампу, которую устанавливают вдоль многоканального модулятора, предварительно до момента фоторегистрации стабилизируют скорость вращающегося зеркала, подают, по крайней мере, на один из входов многоканального модулятора стабилизированный по частоте управляющий сигнал от кварцевого генератора для получения меток времени, после чего включают источник света и синхронно с вращением зеркала инициируют исследуемый объект с датчиками, от которых возникают управляющие сигналы, производят одновременно регистрацию на неподвижный светочувствительный носитель информационных оптических сигналов и меток времени и по полученному изображению измеряют временные интервалы между информационными оптическими сигналами с использованием временных меток, период следования которых обратно пропорционален частоте их следования.