Оптический способ измерения временных интервалов при исследовании быстропротекающих процессов и устройство для его реализации Российский патент 2023 года по МПК G06K15/12 G03B39/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для оптической регистрации в видимой части спектра световых сигналов, возникающих в процессе исследования самосветящихся быстропротекающих процессов, в частности при срабатывании электродетонаторов (ЭД), с целью измерения временных интервалов между световыми сигналами, зарегистрированными на светочувствительном носителе.

Известен электрооптический способ измерения временных интервалов, (см. описание изобретения к патенту №2216778 от 08.05.2001, МПК: G06K 15/12. опубликованном 20.11.2003 г. в Бюл. №32, ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», Министерство РФ по атомной энергии «Росатом», Ловягин Б.М., Болотов А.А.), в котором осуществляют оптическую регистрацию на неподвижный светочувствительный носитель световых сигналов, которые формируют при срабатывании объекта испытания, по полученному изображению измеряют временные интервалы между световыми сигналами с использованием временных меток, период которых обратно пропорционален частоте их следования. Устройство, реализующее способ измерения временных интервалов, включает импульсный источник света широкого спектра излучения (импульсная трубчатая лампа), установленную вдоль многоканального модулятора света, узел формирования временных меток, в качестве которого используют кварцевый генератор, подрывную установку для задействования объекта испытания и запуска быстро протекающего процесса, оптический регистратор, в который входит объективы, затвор, вращающее зеркало, электропривод, датчик оборотов, светочувствительный носитель в виде фотопленки, а также пульт управления, содержащий стабилизатор скорости вращения зеркала, схему совпадения и генератор импульсов, обеспечивающий запуск подрывной установки синхронно с вращением зеркала.

Недостаток известного способа заключается в отсутствии возможности оптической регистрации на светочувствительный носитель иных световых сигналов, кроме сигналов с модулятора света.

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

Решаемой технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение в одном эксперименте группового задействования объектов испытания и искровых разрядников, регистрация на светочувствительный носитель световых сигналов от их срабатывания, а также стабилизированных по частоте световых меток времени от калибратора лазерного и измерение времени и разновременности срабатывания объектов испытания по изображению с использованием меток времени.

Технический результат изобретения заключается в расширении эксплуатационных возможностей однократного эксперимента за счет возможности измерять в одном эксперименте не только разновременность, но и времена срабатывания каждого объекта испытания.

Технический результат в оптическом способе измерения временных интервалов при исследовании быстропротекающих процессов достигается тем, что осуществляют оптическую регистрацию на светочувствительный носитель световых сигналов, которые формирую! при срабатывании объекта испытания, по полученному изображению измеряют временные интервалы с использованием временных меток, период которых обратно пропорционален частоте их следования, новым является то, что световые сигналы формируют в видимой части спектра от срабатывания искровых разрядников и объекта испытания, при этом из сформированных сигналов выделяют нулевые сигналы от срабатывания искровых разрядников, которые соответствуют моменту запуска быстропротекающего процесса и следующие за ними световые сигналы от срабатывания объекта испытания, для этого осуществляют подачу инициирующего импульса на искровые разрядники и объект испытания одновременно, передают световые сигналы непосредственно через входной объектив оптического регистратора на светочувствительный носитель, определяют временной интервал от нулевых сигналов до сигнала от срабатывания объекта испытания, используя метки времени.

Кроме этого, при использовании группы объектов испытания дополнительно определяют разновременность их срабатывания по времени прихода световых сигналов.

Технический результат в устройстве для измерения временных интервалов при исследовании быстропротекающих процессов достигается тем, что устройство включает источник света, узел формирования временных меток, подрывную установку для задействования объекта испытания и запуска быстропротекающего процесса, оптический регистратор, в который входят объективы, затвор, вращающееся зеркало, электропривод, датчик оборотов, светочувствительный носитель, а также пульт управления, содержащий стабилизатор скорости вращения зеркала, схему совпадения и генератор импульсов, обеспечивающий запуск подрывной установки синхронно с вращением зеркала, новым является то, что функцию источника света выполняет объект испытания при формировании быстропротекающего процесса, установленный перед входным объективом оптического регистратора на вертикальной планке в одну линию с двумя искровыми разрядниками, размещенными но краям планки и соединенными через контрольный разъем к высоковольтному переходнику, при этом длины соединительных линий от разрядников и объекта испытания до высоковольтного переходника выполняют равными, высоковольтный переходник с контрольным разъемом подключают к подрывной установке, в качестве узла формирования временных меток используют калибратор лазерный, излучение которого с помощью световода передают на вращающее зеркало и светочувствительный носитель.

Также, при исследовании группы объектов испытаний все их соединительные линии используют равными по длине и подключают к высоковольтному переходнику параллельно.

Влияние отличительных признаков патентной формулы способа на технический результат.

Формирование световых сигналов в видимой части спектра от срабатывания искровых разрядников и объекта испытания, позволяет непосредственно регистрировать их на светочувствительный носитель, что расширяет эксплуатационные возможности.

Выделение из сформированных сигналов нулевых сигналов от срабатывания искровых разрядников, которые соответствуют моменту запуска быстропротекающего процесса и следующих за ними световых сигналов от срабатывания объекта испытания, позволяет проводить прямой отсчет временного интервала относительно нулевых сигналов, что упрощает процесс обработки результатов и уменьшает погрешность измерений.

Измерение временного интервала от нулевых сигналов до сигнала от срабатывания объекта испытания, обеспечивают метки времени, которые позволяют определить фактическую скорость развертки и по ней вычислить время срабатывания объекта испытания делением измеренного ранее расстояния между сигналами на скорость развертки, что обеспечивает метрологически значимые результаты измерений с высокой точностью.

Дополнительное определение при использовании группы объектов испытания разновременности их срабатывания по времени прихода световых сигналов, позволяет в одном эксперименте получить дополнительный параметр измерения.

Влияние отличительных признаков патентной формулы устройства на технический результат.

Выбор в качестве функции источника света, объекта испытания при исследовании быстропротекающего процесса, установленного перед входным объективом оптического регистратора на вертикальной планке в одну линию с двумя искровыми разрядникам, размещенными по краям планки и соединенными через контрольный разъем к высоковольтному переходнику, позволяет обеспечить непосредственную оптическую регистрацию.

Выполнение длины соединительных линий от разрядников и объекта испытания до высоковольтного переходника равными, с подключением высоковольтного переходника с контрольным разъемом к подрывной установке, позволяет обеспечить одновременный приход инициирующего импульса на все объекты испытания и искровые разрядники, что является важным критерием системы подрыва для получения качественного технического результата.

Использование в качестве узла формирования временных меток калибратора лазерного, излучение которого с помощью световода передают на вращающее зеркало и светочувствительный носитель, позволяет получить метки времени в заданном интервале длительностей развертки.

Выполнение при исследовании группы объектов испытаний всех соединительных линий к высоковольтному переходнику равными и подключенными параллельно, позволяет получить световые сигналы от искровых разрядников в момент одновременного поступления инициирующего импульса на все объекты испытания.

Устройства, реализующее способ, представлено на фиг. 1 и включает источник света, узел формирования временных меток, подрывную установку 14 для задействования объема испытания и запуска быстропротекающего процесса, оптический регистратор 6, в который входят входной 7 и внутренний объективы 9, затвор 8, вращающееся зеркало 10, электропривод 12, датчик оборотов 13, светочувствительный носитель 11, а также пульт управления 15, содержащий стабилизатор скорости вращения зеркала 19, схему совпадения 18 и генератор импульсов 17, обеспечивающий запуск подрывной установки 14 синхронно с вращением зеркала 10. Функцию источника света выполняет объект испытания 1, установленный перед входным объективом 7 оптического регистратора 6 на вертикальной планке в одну линию с двумя искровыми разрядниками 2, размещенными по краям планки и соединенными через контрольный разъем 4 к высоковольтному переходнику 5. При этом, длины соединительных линий от разрядников 2 и объекта испытания до высоковольтного переходника 5 выполняют равными. Высоковольтный переходник 5 с контрольным разъемом 4 подключают к подрывной установке 14, которая служит для инициирования объекта испытания 1. В качестве узла формирования временных меток используют калибратор лазерный 16, излучение которого с помощью световода передают на вращающее зеркало 10 и светочувствительный носитель 11. В качестве светочувствительного носителя 11 использована неподвижная фотопленка либо ПЗС-матрица.

При исследовании группы объектов испытания все соединительные линии к ним от высоковольтного переходника 5 выполнены равными и подключены параллельно с помощью многоканальной разводки 3.

Используемый высоковольтный переходник с контрольным разъемом обеспечивает получение «нулевых» световых сигналов от срабатывания искровых разрядников, подключенных последовательно к контрольному разъему. Использование двух искровых разрядников, установленных по краям планки, позволяет по двум «нулевым» световым сигналам получить «нулевую» линию от которой должны вестись измерения.

Способ реализуется следующим образом. До начала оптической регистрации включается стабилизатор скорости 19, который с помощью электропривода 12 производит плавный разгон вращающего зеркала 10 до требуемой скорости, которая контролируется датчиком оборотов 13 и подаются зарядные напряжения на подрывную установку 14 и на генератор однократных импульсов 17. При достижения требуемой скорости вращающего зеркала 10 и нажатии пусковой кнопки 20, открывается затвор 8, запускается калибратор лазерный 16, схема совпадения 18 вырабатывает синхроимпульс, которым запускается генератор однократных импульсов 17 и от его импульса запускается подрывная установка 14. от которой инициирующий импульс поступает на высоковольтный переходник 5 и далее через контрольный разъем 4 на искровые разрядники 2. а через многоканальную разводку 3 на все объекты испытания 1 для их инициирования, В частном случае, используются электродетонаторы (ЭД). Световые сигналы от искровых разрядников 2 и ЭД проходят через входной объектив 7 оптического регистратора 6, открытый затвор 8. внутренний объектив 9 и, отражаясь вращающим зеркалом 10, проецируются в фокусе на неподвижную фотопленку 11. Одновременно на фотопленку 11 поступают световые метки времени от калибратора лазерного 16. Экспонирование фотопленки 11 выполняется одним оборотом вращающегося зеркала 10, после чего затвор 8 закрывается, а электропривод 12 отключается.

На проявленной фотопленке 11 регистрируются информационные световые сигналы от искровых разрядников 2 и ЭД 1 вместе с метками времени от калибратора лазерного 16. По фотоотпечатку эксперимента можно измерить временные интервалы от «нулевой» линии, которая определяется двумя «нулевыми» сигналами от искровых разрядников, до каждого светового сигнала ЭД. пользуясь метками времени, как делениями масштабной линейки.

Преимущество применения данного способа состоит в том, что он позволяет измерять в одном эксперименте не только разновременность, но и времена срабатывания каждого ЭД с высокой точностью, поскольку используются метки времени стабилизированные по частоте. Это преимущество достигается за счет использования контрольного разъема в высоковольтном переходнике и искровых разрядников, которые формируют «нулевые» световые сигналы именно в момент поступления инициирующего импульса одновременно на все ЭД, т.е. в момент задействования ЭД.

При создании устройства, реализующего описываемый способ, были применены:

- группа ЭД 1, установленные на планке в одну линию и искровые разрядники 2, установленные по краям планки;

- многоканальная разводка 3 для параллельного подключения всех ЭД к высоковольтному переходнику 5;

- контрольный разъем 4 для подключения последовательно соединенных искровых разрядников к высоковольтному переходнику 5;

- высоковольтный переходник 5 с контрольным разъемом 4 для одновременной передачи инициирующего импульса от подрывной установки 14 на все ЭД и искровые разрядники;

- электрические линии в многоканальной разводке 3 для подачи инициирующего импульса на все ЭД, которые выполнены по длине равными электрической линии с контрольным разъемом 4;

- оптический регистратор 6, оснащенный калибратором лазерным 16, типа КСФ (камера скоростная фоторегистрирующая) для фоторегистрации световых сигналов от срабатывания всех ЭД 1 и искровых разрядников 2, а также световых меток времени от калибратора лазерного 16;

- калибратор лазерный 16 для оптической градуировки развертки световыми метками времени в процессе фоторегистрации;

- фотопленка тип 42 для фоторегистрации световых сигналов в процессе проведения эксперимента.

Проведенный эксперимент показал, что предлагаемый способ обеспечивает групповой подрыв до 20-ти ЭД, фоторегистрацию световых сигналов, возникающих при срабатывании искровых разрядников и всех ЭД.

Фотоотпечаток эксперимента показан на Фиг. 2. На фотоотпечатке проводят «нулевую» линию через начала двух «нулевых» сигналов, измеряют расстояния от «нулевой» линии до начала каждого светового сигнала от сработавших ЭД L_i, определяют по меткам времени фактическую скорость развертки на фотоотпечатке V_p, вычисляют времена срабатывания каждого ЭД делением измеренных ранее расстояний на скорость развертки T_i=L_i:V_p, вычисляют разновременность группового срабатывания ЭД, как разницу между максимальным и минимальным временами срабатывания ΔT=T_max-T_min. Погрешность измерений соизмерима с временным разрешением: скоростной фоторегистрации, которая при скорости развертки 3 км/с составляет 0,02 мкс.

Проведенный эксперимент показал, что предлагаемый способ измерения временных интервалов позволяет, благодаря дополнительным «нулевым» световым сигналам, возникающим в момент группового задействования ЭД, расширить эксплуатационные возможности устройства путем получения в одном, эксперименте двух параметров - времен срабатывания каждого ЭД и разновременности срабатывания испытуемой группы ЭД.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для оптической регистрации в видимой части спектра световых сигналов, возникающих в процессе исследования самосветящихся быстропротекающих процессов. Оптический способ измерения временных интервалов при исследовании быстропротекающих процессов заключается в оптической регистрации на светочувствительный носитель световых сигналов, сформированных при срабатывании объекта испытания, по полученному изображению измеряют временные интервалы с использованием временных меток, период которых обратно пропорционален частоте их следования. Сигналы формируют в видимой части спектра от срабатывания искровых разрядников и объекта испытания, из сформированных сигналов выделяют нулевые сигналы от срабатывания искровых разрядников, соответствующих моменту запуска процесса, и следующие за ними световые сигналы от объекта испытания, осуществляют подачу импульса на искровые разрядники и объект испытания одновременно, передают световые сигналы через объектив регистратора на носитель, определяют временной интервал от нулевых сигналов до сигнала срабатывания объекта испытания, используя временные метки. Технический результат изобретения заключается в расширении эксплуатационных возможностей однократного эксперимента. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Оптический способ измерения временных интервалов при исследовании быстропротекающих процессов, заключающийся в том, что осуществляют оптическую регистрацию на светочувствительный носитель световых сигналов, которые формируют при срабатывании объекта испытания, по полученному изображению измеряют временные интервалы с использованием временных меток, период которых обратно пропорционален частоте их следования, отличающийся тем, что световые сигналы формируют в видимой части спектра от срабатывания искровых разрядников и объекта испытания, при этом из сформированных сигналов выделяют нулевые сигналы от срабатывания искровых разрядников, которые соответствуют моменту запуска быстропротекающего процесса, и следующие за ними световые сигналы от срабатывания объекта испытания, для этого осуществляют подачу инициирующего импульса на искровые разрядники и объект испытания одновременно, передают световые сигналы непосредственно через входной объектив оптического регистратора на светочувствительный носитель, определяют временной интервал от нулевых сигналов до сигнала от срабатывания объекта испытания, используя метки времени.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при использовании группы объектов испытания дополнительно определяют разновременность их срабатывания по времени прихода световых сигналов.

3. Устройство для измерения временных интервалов при исследовании быстропротекающих процессов, включающее источник света, узел формирования временных меток, подрывную установку для задействования объекта испытания и запуска быстропротекающего процесса, оптический регистратор, в который входят объективы, затвор, вращающееся зеркало, электропривод, датчик оборотов, светочувствительный носитель, а также пульт управления, содержащий стабилизатор скорости вращения зеркала, схему совпадения и генератор импульсов, обеспечивающий запуск подрывной установки синхронно с вращением зеркала, отличающееся тем, что функцию источника света выполняет объект испытания при формировании быстропротекающего процесса, установленный перед входным объективом регистратора на вертикальной планке в одну линию с двумя искровыми разрядниками, размещенными по краям планки и соединенными через контрольный разъем к высоковольтному переходнику, при этом длины соединительных линий от разрядников и объекта испытания до высоковольтного переходника выполняют равными, высоковольтный переходник с контрольным разъемом подключают к подрывной установке, в качестве узла формирования временных меток используют калибратор лазерный, излучение которого с помощью световода передают на вращающее зеркало и светочувствительный носитель.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что при исследовании группы объектов испытаний все соединительные линии к ним от высоковольтного переходника выполнены равными и подключены параллельно с помощью многоканальной разводки.