Устройство для регистрации быстропротекающих процессов Советский патент 1989 года по МПК G03B39/00 

/3

(Л

сд

о

00

твЛ.

00

|се

фи.(

3 150 Изобретение относится к сверхско- ростной фотографии и может быть использовано для диагностики быстро- протекающих процессов при проведении научных исследований, преимущественно для регистрации процессов длительностью менее с.

Цель: изобретения - расширение функциональных возможностей устрой- ства путем обеспечения возможности регистрации сигналов от объектов в широком спектральном диапазоне, а также по функциональной зависимости от времени.

На фиг. 1 схематически представлено предлагаемое устройство; на фиг.2- схема .гистрации процесса.и его изображение в пространстве, пример.

Устройство для регистрации быстро- протекаюцих процессов (фиг.1) содержит систему объективов, световоды 2, имеющие различную длину, электронно- оптический преобразователь (зон) 3-е волоконно-оптическими дисками 4 и 5 соответственно на входе и выходе и усилителем яркости на МКП 6. Фотокатод 7 нанесен на внутреннюю поверхность входного диска 4, а люми- нисцентный экран 8 - на внутреннюю поверхность диска 5. В состав устройства входит также световод 9, контактный фотоаппарат 10, блок 11 питания ЭОП, генератор 12 затворных им пульсов, устройство 13 синхронизации регулируемая линия задержки (РЛЗ) 14 и кабели 15 связи. Блок питания ЭОП предназначен для создания фокусирующего и ускорянлдего напряжения на фокусирующем электроде 16 ЭОПа. Устрой ство 13 синхронизации предназначено для временной привязки запуска ЭОПа к самому процессу.

Объективы 1 расположены в пространстве на таком одинаковом расстоя- НИИ от объекта съемки, так, чтобы влияние пространственного параллакса или было незначительным или удовлетворяло требованиям эксперимента. .В частности, это условие реализуется при расположении объектийов 1 на поверхности сферы радиусом R при уело- ВИИ , где 1 - линейные размеры области, занимаемой исследуемым процессом, и об « sino, где об - угло- вые размеры системы объективов относительно области процесса. Волновые световоды 2 расположены за объективами 1 на одинаковом расстоянии от

объективов так, чтобы на каждый световод проецировалось изображение всего исследуемого процесса. В этом случае все объективы одновременно строят одно и то же изображение процесса на торце каждого световода. Вторые тор- световодов подсоединены к входному окну ЭОПа, где обеспечен контакт световодов с оптическим диском 4. Выход ЭОПа соединен с контактным фотоаппаратом 10 световодом 9.

Устройство работает следующим образом.

По мере развития процесса во времени изображение процесса строится объективами 1 на торцах световодов. После того, как изображение процесса сформировалось в началах каналов,оно начинает распространяться вдоль световода со скоростью, огфеделяемой диэлектрической проницаемостью материала световода. Импульсом синхронизации от устройства 13 синхронизации через РЛЗ 14 запускается генератор 12 затворных импульсов, который открывает ЭОП на время экспозиции t , . Изображения различных фаз процесса, имеющиеся в этот момент на фотокатоде ЭОПа, преобразуются в электронные усиливаются и передаются на экран 8 ЭОПа, откуда по световоду 9 передаются на контактный фотоаппарат 10. С помощью РЛЗ 14 осуществляется выбор момента включения ЭОПа в зависимости от требований эксперимента. Поскольку длина всех каналов различная, то изображения одной и той же фазы процесса появляются на концах световодов (а соответственно, и на выходе ЭОП) в разное время, т.е. одновременно на концах каналов наблюдаются изображения различных фаз исследуемого процесса. Таким образом, за время экспозиции . на фотоприставке регистрируются п фотографий различ1а1х временных фаз процесса.

Пример. Пусть проведение исследуемого процесса П во времени описывается функцией f(t) в виде треугольника на фиг.2 (t4 - начало процесса, t его конец) и регистрируется системой фоторегистрации, имеющей объектив О, оптический канал передачи изображения от объектива к фоторегистратору ОКПИ и быстродействующий фоторегистратор Ф. Изображение процесса строится объективом О на входе ОКПИ. После того, как изображение сформировалось в начале ОКПИ оно начинает распространяться вдоль канала со скоростью, определяемой диэлектрической проницаемостью ере- ды ОКПИ, При этом за время, равное длительности Т процесса, свет распространился в ОКПИ от начала канала на расстояние Т-с/лГЁ (где с - скорость света в вакууме), т.е. иэобра- жение процесса занимает в этот момент в пространстве канала область длиной L, где

Т --(1)

ла со скоростью V

которая распространяется вдоль канас

W

Разобьем область L на h частей и пронумеруем их от 1 до п, считая от начала канала, тогда каждая часть длиной

Тс

L

ПлГЕ

(2)

несет в себе информацию о ходе процесса за дискретный промежуток времени длительностью

„.ЛЬЖ..., „,

а область пространства, распо/гоженная

на расстоянии диапазоне

1,, от начала ОКПИ в

(К - 1)&L :1|, ,

(4)

содержит в себе информацию о процесса в течение интервала

At -

U с „ -- -

или

-с At,

КТ (6)

Кз1 IT

. п

Таким образом, в различных обласях пространства ОКПИ на длине L одновременно присутствует информация проведении исследуемого процесса в различные моменты времени. Если теперь одновременно произвести фотографирование событий на всех п участках ЛЬ, то получим п фотографий различных временных фаз процесса.

Во избежание искажения информации, получаемой с каждого участка it, время- экспозиции необходимо выбрать таким, чтобы изображения различных фаз процесса, регистрируемых в соседних каналах, не прекрывались, т.е.. время экспозиции ® должно

превышать время, за которое свет проходит участок ОКПИ длиной « , т/е.

эксп

ut

к

(7)

Построив систему фоторегистрации из п каналов, в каждом из которых длина ОКПИ удовлетворяет условию (5), и выбрав время экспозиции согласно условию (7), можно произвести одновременную регистрацию нескольких вре-. менных фаз процесса.

Количество К (К 1,2, ...) каналов, оптические длины ОКПИ 1«, и время экспозиции . выбирают такими.

чтобы обеспечить получение максимальной информации об исследуемом процессе. В частности, для регистрации всего процесса Сфиг.2) необходимо

выбрать длины каналов ОКПИ такими, чтобы разность длин первого и последнего ОКПИ была меньше или равна длине L изображения процесса - расстоянию, которое свет проходит в ОКПИ за

время, равное длительности Т всего процесса:

In , Т

(8)

В этом случае, сфотографировав в момент прихода изображения на конец п-го канала одновременно изображения на концах всех каналов, получим фотографию начала (на п-м канале) и конца, (на первом канале) процесса. Длины промежуточных каналов ОКПИ выбирают в соответствии с (5) так, чтобы зарегистрировать необходимые временнь1е фазы процесса. При этом условие (5) можно использовать с учетом (3) и (4) в виде:

.e.l,..

п- п- . К-Тс,(9)

или (К-ОТ-с

Д5 где К - номер канала;

п - количество каналов.

Наиболее легко реализуемым и позволяющим получить максимальную инфор50 мацию является такой режим съемки, при котором фотографирование процесса производится с одинаковой экспозицией в каждом канале, поскольку в этом случае во всех каналах фоторе,, гистрации можно использовать один канал управления работой фоторегистраторов и один фоторегистратор, а длины ОКПИ выбирают исходя из соотношения

1, - 1„ + KuL

(10)

I 4. n

где 1 , - длина оптической линии задержки, включенной в состав ОКПИ, компенсирующая временную задержку срабатывания фоторегистраторов. Синхронизация фоторегистраторов может осуществляться от любого канаЛа

К, длина условию

l.f которого удовлетворяет

ЗОА

.iullj

(П)

о ,дд с.время задержки срабатывания фоторегистраторов.

Формула изобретения

Устройство для регистрации быстро- протекающих процессов, содержащее входную оптическую систему, электронно-оптический преобразователь с регистрирующим устройством, генератор затворных импульсов, подключенный к электронно-оптическому преобразователю, а также устройство временной развертки сигнала, расположенное между входной оптической системой и электронно-оптическим преобразователем, отличающееся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности регистрации сигналов от объектов в широком спектральном диапазоне, а также по функциональной зависимости от времени, устройство временной развертки сигналов выполнено в виде волоконных световодов различной длины, а входная оптическая система выполнена в виде объективов, установленных на одинаковом расстоянии от объекта съемки непосредственно перед каждым световодом.

Изобретение касается сверхскоростной фотографии и может быть использовано для регистрации процессов длительностью менее 10^-9 - 10^-1° с при проведении научных исследований. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Для этого устройство временной развертки сигнала выполнено в виде волоконных световодов 2 различной длины. В состав предлагаемого устройства входят также контактный фотоаппарат 10, блок питания 11, генератор затворных импульсов 12, подключенный к электронно-оптическому преобразователю. 1 п.ф-лы, 2 ил.

Фик.2

Редактор A. Orap

Составитель Г.Воробьева

Техред М.Ходанич Корректор И.Муска

Заказ 5539/49

Тираж 411

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

4LllFUf.

I I I

I f

I

I I I I I

,, ...I...I

..|. .l..l..|.. .i.t..

t-l-j.. .

«I «

..ГЛ;:...

.. :: :t.

ff7777///7 777rn

Подписное