СВЕТОВОЙ ЗАТВОР Российский патент 2010 года по МПК G03B9/08 

Изобретение относится к испытательной технике. Преимущественная область применения - фоторегистрация высокоскоростных аэродинамических объектов и быстропротекающих процессов.

Известно «Устройство для высокоскоростной фотографической съемки», заявка Японии №58-15778, МПК G03B 39/00, опубл. 28.03.83, содержащее между светоприемной плоскостью и оптической системой светонепроницаемый ящик, в котором установлен вращающийся диск, имеющий щель. Диск вращается двигателем, число оборотов которого устанавливается регулятором. На ящике установлены детектор, определяющий число оборотов диска, и детектор, определяющий положение щели. К недостаткам данного устройства следует отнести сложность конструкции и нестойкость к внешним воздействиям (например, ударная волна или попадание осколка).

Известен «Затвор с зарядами взрывчатки и угольного порошка», патент США №3721172, МПК G03B 9/08, G02F 1/28, опубл. 20.03.73, выбранный в качестве прототипа и содержащий рамку из эластичного материала, ограничивающую отверстие, через которое проходят световые лучи. В рамку герметично встроены две параллельно расположенные прозрачные пластины (светоприемные отверстия), закрывающие отверстие с внешней стороны. Между пластинами и рамкой образуется внутренняя камера (полость). В рамку также вмонтированы один или несколько элементов, предназначенных для закрывания затвора (регулирования прохождения света через светоприемные отверстия), причем каждый из них состоит из корпуса или оболочки с открытой боковой стенкой, соединяющей оболочку с камерой, заряда угольного порошка, установленного с открытой стороны оболочки в виде хрупкого слоя, расположенного поперек открытой боковой стороны и предназначенного для изоляции угольного порошка в оболочке до момента срабатывания, и заряда взрывчатки (газогенерирующее устройство), подрываемого с помощью электрического сигнала (разряда). Заряд взрывчатки развеивает угольный порошок по всей камере, тем самым затвор закрывается, так как прекращается дальнейшее прохождение световых лучей через отверстие. К недостаткам данной конструкции можно отнести сложность конструкции и нестойкость к внешним воздействиям (например, ударная волна или попадание осколка).

Решаемой технической задачей является создание простого по конструкции светового затвора для фоторегистрации высокоскоростных аэродинамических объектов и быстропротекающих процессов.

Ожидаемый технический результат заключается в повышении надежности срабатывания затвора, снижении себестоимости и трудоемкости проведения эксперимента, возможности многоразового использования.

Технический результат достигается за счет создания светового затвора, содержащего корпус с внутренней полостью, в котором выполнены напротив друг друга светоприемные отверстия, и газогенерирующее устройство в виде размещенного в оболочке взрывчатого заряда, инициируемого электрическим разрядом, выполненное с возможностью перетекания продуктов взрыва заряда в полость корпуса затвора и предназначенное для регулирования прохождения света через светоприемные отверстия.

В отличие от прототипа в заявляемом устройстве дополнительно в полости корпуса затвора с возможностью продольного перемещения размещен шток. На одном торце корпуса установлены колпачок с демпфером продольного перемещения штока. Газогенерирующее устройство закреплено на другом торце корпуса с образованием герметичной заштоковой полости. В штоке выполнен продольный сквозной светопропускающий паз, длина которого выбрана из условия совмещения на заданное время светоприемных отверстий в корпусе затвора и светопропускающего паза штока при перемещении штока под воздействием давления в заштоковой полости. На боковой поверхности корпуса затвора дополнительно выполнено два сквозных отверстия, а на боковой поверхности штока выполнен второй продольный паз, первое сквозное отверстие предназначено для стравливания газообразных продуктов взрыва заряда, а во второе отверстие ввернут винт с возможностью захода во второй продольный паз на боковой поверхности штока при заданном начальном положении светопропускающего паза на поверхности штока.

Затвор может быть снабжен устройством, препятствующим отскоку штока в обратном направлении.

Размещение в полости корпуса штока со сквозным продольным светопропускающим пазом и с возможностью его продольного перемещения, с длиной светопропускающего паза, выбранной из условия, обеспечивающего совмещение светоприемных отверстий в корпусе и светопропускающего паза штока при его перемещении на заданное время, тем самым регулируя прохождение через них светового потока.

Установка на торце корпуса колпачка с демпфером продольного перемещения штока обеспечивает торможение штока с сохранением его целостности.

Закрепление газогенерирующего устройства на другом торце корпуса обеспечивает создание давления в заштоковой полости, необходимого для перемещения штока.

Герметичность заштоковой полости необходима для постоянства в ней давления, что обеспечивает стабильное время экспозиции. Герметичность заштоковой полости также препятствует попаданию продуктов взрыва в светоприемные отверстия корпуса, что может негативно влиять на прохождение через них светового потока.

Наличие первого сквозного отверстия в корпусе позволяет стравливать в конце работы светового затвора из заштоковой полости продукты взрыва.

Установка винта во второе отверстие корпуса с возможностью его захода во второй продольный паз, расположенный на боковой поверхности штока, обеспечивает постоянную осевую ориентацию светопропускающего паза относительно светоприемных отверстий корпуса.

Снабжение затвора устройством, препятствующим отскоку штока в обратном направлении, позволяет остановить шток в случае его перемещения в обратном направлении и, тем самым, не допустить повторное совмещение светоприемных отверстий корпуса и светопропускающего паза штока.

Совокупность всех признаков обеспечивает надежное срабатывание светового затвора.

Конструкция и принцип действия предлагаемого светового затвора поясняются чертежами. На фиг.1 приведен внешний вид светового затвора, на фиг.2, 3 - последовательные стадии работы светового затвора и на фиг.4 - схема прохождения лучей света через систему светоприемных отверстий корпуса и светопропускающего паза штока светового затвора.

Световой затвор (фиг.1) состоит из корпуса 1 с внутренней полостью 2, в котором выполнены напротив друг друга светоприемные отверстия 3 и 4, газогенерирующее устройство 5 в виде размещенного в оболочке 6 взрывчатого заряда 7, инициируемого электрическим разрядом, выполненное с возможностью перетекания продуктов взрыва заряда 7 в полость 2 корпуса 1.

Во внутренней полости 2 корпуса 1 размещен с возможностью продольного перемещения шток 8, в котором выполнены продольный сквозной светопропускающий паз 9, длина которого выбрана из условия совмещения на заданное время светоприемных отверстий 3 и 4 в корпусе затвора и светопропускающего паза 9 штока 8 и второй продольный паз 10. На одном торце корпуса 1 установлены колпачок 11 с демпфером 12 продольного перемещения штока 8, выполненным в виде втулки из упругого материала. Газогенерирующее устройство 5 закреплено на другом торце корпуса 1 с образованием герметичной заштоковой полости 13. В нашем случае герметичность заштоковой полости 13 обеспечивается путем установки на торце штока 8 манжеты 14 и обжатия проводов линии инициирования 15 уплотнительной втулкой 16, сдавливаемой винтом 17.

На боковой поверхности корпуса 1 затвора дополнительно выполнено два сквозных отверстия, первое сквозное отверстие 18 предназначено для стравливания газообразных продуктов взрывчатого превращения заряда 7, а во второе отверстие 19 ввернут винт 20 с возможностью захода во второй продольный паз 10 на боковой поверхности штока 8 при заданном начальном положении светопропускающего паза 9 на поверхности штока.

Световой затвор может быть снабжен устройством, препятствующим отскоку штока 8 в обратном направлении, которое может быть выполнено в виде дополнительного третьего сквозного отверстия 21 на боковой поверхности корпуса 1 затвора и размещенной в нем втулки 22 с подпружиненным относительно поверхности корпуса затвора фиксатором 23, предназначенным для остановки штока в случае его перемещения в обратном направлении и выполненным в нашем случае в виде стержня.

Световой затвор работает следующим образом.

В момент пролета высокоскоростного аэродинамического объекта подается электрический импульс и происходит инициирование электрическим разрядом взрывчатого заряда 7, продукты взрыва которого создают давление в заштоковой полости 13. Под действием давления происходит перемещение штока 8 в направлении демпфера 12 (фиг.2). За заданное время перемещения штока 8 совмещаются светопропускающий паз 9 штока 8 и светоприемные отверстия 3, 4 корпуса 1, чем обеспечивается прохождение светового потока (фиг.4). Длина светопропускающего паза 9 выбирается исходя из требуемого времени экспозиции при условии знания энергетических характеристик взрывчатого заряда 7. В конце хода штока 8 при перекрытых светоприемных отверстиях 3, 4 происходит стравливание газообразных продуктов взрыва через боковое отверстие 18 в корпусе 1, торможение штока 8 путем его внедрения в конусную часть демпфера 12 и срабатывание устройства, препятствующего отскоку штока 8 в обратном направлении, в нашем случае путем перекрытия внутренней полости корпуса 2 подпружиненным фиксатором 23 (фиг.3).

Изготовлен экспериментальный образец светового затвора, подтверждена его работоспособность. Результаты отработки приведены ниже:

- получено стабильное время экспозиции, равное 3 мс, при длине светопропускающего паза штока 0,05 м;

- световой затвор благодаря своей простой конструкции технологичен в эксплуатации (быстрое переснаряжение, возможность многоразового использования), что снижает трудоемкость и себестоимость эксперимента.

Изобретение может быть использовано при фоторегистрации высокоскоростных аэродинамических объектов и быстропротекающих процессов. Затвор содержит корпус с внутренней полостью, в котором выполнены напротив друг друга светоприемные отверстия, и газогенерирующее устройство для регулирования прохождения света через светоприемные отверстия в виде размещенного в оболочке взрывчатого заряда, инициируемого электрическим разрядом, выполненное с возможностью перетекания продуктов взрыва в полость корпуса. В полости корпуса с возможностью продольного перемещения размещен шток. На одном торце корпуса установлен колпачок с демпфером продольного перемещения штока. Газогенерирующее устройство закреплено на другом торце корпуса с образованием герметичной заштоковой полости. В штоке выполнен продольный сквозной светопропускающий паз для совмещения на заданное время со светоприемными отверстиями в корпусе при перемещении штока в заштоковой полости. На боковой поверхности корпуса дополнительно выполнено два сквозных отверстия, а на боковой поверхности штока выполнен второй продольный паз. Первое сквозное отверстие предназначено для стравливания газообразных продуктов взрывчатого превращения заряда, а во второе отверстие ввернут винт с возможностью захода во второй продольный паз на боковой поверхности штока. Технический результат - получение стабильного времени экспозиции, повышение надежности проведения эксперимента, снижение себестоимости и трудоемкости, возможность многоразового использования. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Световой затвор, содержащий корпус с внутренней полостью, в котором выполнены напротив друг друга светоприемные отверстия, и газогенерирующее устройство в виде размещенного в оболочке взрывчатого заряда, инициируемого электрическим разрядом, выполненное с возможностью перетекания продуктов взрыва заряда в полость корпуса затвора и предназначенное для регулирования прохождения света через светоприемные отверстия, отличающийся тем, что в полости корпуса затвора с возможностью продольного перемещения размещен шток, на одном торце корпуса установлены колпачок с демпфером продольного перемещения штока, газогенерирующее устройство закреплено на другом торце корпуса с образованием герметичной заштоковой полости, в штоке выполнен продольный сквозной светопропускающий паз, длина которого выбрана из условия совмещения на заданное время светоприемных отверстий в корпусе затвора и светопропускающего паза штока при перемещении штока под воздействием давления в заштоковой полости, при этом на боковой поверхности корпуса затвора дополнительно выполнено два сквозных отверстия, а на боковой поверхности штока выполнен второй продольный паз, первое сквозное отверстие предназначено для стравливания газообразных продуктов взрывчатого превращения заряда, а во второе отверстие ввернут винт с возможностью захода во второй продольный паз на боковой поверхности штока при заданном начальном положении светопропускающего паза на поверхности штока.

2. Световой затвор по п.1, отличающийся тем, что дополнительно снабжен устройством, препятствующим отскоку штока в обратном направлении.