Устройство для импульсного освещения при скоростной киносъемке Советский патент 1981 года по МПК G03B15/05 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОГО ОСВЕЩЕНИЯ ПРИ СКОРОСТНОЙ КИНОСЪЕМКЕ Изобретение относится к фотосъем ке быстропротекающих. процессов, в частности к устройствам скоростной кинорегистрации при визуализации не стационарных газодинамических процес сов путем фиксирования положения изображений однократными вспышками света. Известно устройство для импульсно го освещения при скоростной киносъем ке, содержащее блок питания, газораз рядную лампу, включенную в цепь нако пительного конденсатора, блок синхро низации и запуска. Для формирования длительности свечения газоразрядной лампы в нем и гашения ее в нужный момент времени последовательно с источником света включен электрически взрываемый проводник (плавкий элемент), разрывающий цепь питания 1. Недостатком этого устройства является наличие неопределенности отключения разрядного тока при взрыве из-за шунтирования сопротивления проводника дуговым разрядом. Если возникающие на индуктивности разрядного контура при отключении тока напряжение выше пробивного напряжени в парах металла, оставшегося на накопительной емкости U, Uc , то происходит дуговой разряд. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство, содержащее блок питания, газоразрядную лампу, включенную последовательно с управляемьЕ«1 коммутатором, например, тиратроном, в цепь формирующей линии, замкнутой на волновое сопротивление, блок управления и запуска, выход которого соединен с входом коммутатора 2. Это устройство позволяет получить . на согласованной нагрузке (импульсной лампе) вспышки световой импульс длительностью 2-5. мс с крутым фронтом и отчетливо выраженной вершиной, т.е. позволяет задать форму светового экспонирующего импульса, близко к прямоугольной. Однако с помощью такого устройства сформировать импульс тока точно прямоугольной формы невозможно, так ка схема устройства формирует импульс с наложенными колебаниями на его вершине. Нестабильность амплитуды светового импульса приводит к неравномерному распределению яркости на объекте и к

нестабильности плотности почернения на снимке. В результате значительно снижается качество фотоизображения. Увеличение числа LC -звеньев формирующей схемы устройства приводит лишь к увеличению крутизны переднего и заднего фронтов формируемого импульса, величина же наложенных на вершине колебаний при этом изменяется незначительно. Хотя при увеличении числа ЬС-звейьев в линии амплитуда колебаний в системе несколько уменьшается, но амплитуда же первого выброса навершине импульса остается постоянной. Величина амплитуды выброса практически не зависит от числа звеньев, однако длительност его yMBHbLiaeTCH. Наличие амплитуды первого възброса малой длительности, величина которой может достигать 30-40% от амплитуды основного экспонирукщего импульса, приводит к неравномерной освещенности объекта, а следовательно к неравномерной засветке кадра по длине фотопленки.

Быстрое нарастание тока во время действия короткого выброса большой амплитуды приводит к повреждению лампы. При этом значительно сокращается срок ее службы.

Цель изобретения - стабилизация энергии вспышки путем получения прямоугольного экспонирующего светового импульса с постоянной амплитудой тока, а также повышение надежности.

Указанная цель достигается тем, что в устройство введен блок коррекции экспонирующего светового импульса, включенный между формирующей линией и газоразрядной лампой, соединенной одним электродом с коммутатором, а другим - с источником питания .

Блок коррекции экспонирующего светового импульса выполнен в виде двухполюсника, состоящего из индуктивности, шунтированной сопротивлением и емкостью, и параллельно подключенной к его входу корректиругадей емкости.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит блок 1 питания, блок 2 управления и запуска, вход которого соединен с датчиком синхронизации (не показан), а выходс входом коммутатора 3, выполненного на металлокерамическом импульсном тиратроне,, например, ТГИ1-100/8 или ТГИ1-500/16, газоразрядную лампу 4, соединенную одним электродом с коммутатором 3, а другим - с источником 1 питания и через блок 5 коррекции - с формирующей линией 6.

Блок 5 коррекции выполнен в виде двухполюсника 7-9 (), сост щего из индуктивности 7 (Ь), шунтированной сопротивлением 8 {Вщ) и емкостью 9 (, и параллельно подключенной к его входу корректирующей емкости 10 (С).

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии емкости С.

зв (не показано) формирующей линии б заряжены до полного напряжения от источника 1 питания.

При подаче на вход блока 2 управления запускающего импульса,, снимаемого с датчика синхронизации в момент воздействия начального скачка давления, на.его выходе формируется импульс с достаточно крутым фронтом и подается на вход коммутатора 3, например, тиратрона, В исходном состоянии коммутатор 3 закрыт напря жением- смещения. При воздействии на его вход синхроимпульса он замыкается. В этот момент к лампе 4 прикладывается высокое напряжение и 2-2,2- кВ, превосходящее разрушающее напряжение в постоянном режиме. Емкость 10 (С) блока 5 коррекции,, предварительно заряженная до напряжения питания U, начинает

разряжаться через индуктивность 7

(L

и нагрузку Яц - R -(- R

где RH

- динамические сопротивления газоразрядной лампы 4 и замкнутого коммутатора 3, и лампа 4 вспыхивает Это означает начало экспонирования кадра.

Причем в начальный момент ток

Uo

разряда 1 Если R Rft- To

г -гс- тоР - ,Д Р волновое сопротивление линии, то в момент замыкания коммутатора 3 на нагрузке устанавливается напряжение / ш н равное половине зарядного напряжения Uo.no мере разряда емкости lO(Cj со времени ток 1 уменьшается, а одновременно с этим нарастает общий ток разряда loeui, формирующей линии 6. При разряде формирующей линии 6 на нагрузке p-R формируется импульс с достаточно крутым фронтом, но со значительными колебаниями на его вершине. Поступающий на вход блока 5 коррекции импульс, форма и прямоугольность которого могут быть ис.- кажены наложенным первым выбросом, формируется с помощью включенных в разрядный контур цепи устройства последовательно двухполюсника 7,8 и 9 (1(Кщ-С2) и параллельно подключенной к его входу корректирующей емкости 10 (Q), корректируется, компенсируя осцилляции и заметно уменьшая амплитуду первого выброса. При этом длительность фронта нарастания амплитуды основного импульса изменяется незначительно. В момент окончания формирования среза амплитуды импульса на нагрузке коммутатор 3 запирается и газоразрядная лампа (вспышка) 4 гаснет, экспонирование заканчивается. Величина индуктивности выбирается такой, что ток в не за время действия разрядного тока в линии увеличивается до своего мак симального значения. Это создает на пряжение на R UJ во время действия импульса такой формы, которое компе сирует колебания амплитуды первого выброса на его вершине. Емкость 9 (С2.) компенсирует искажения формы им пульса, создаваемые паразитной емкостью нагрузки С . Она выбирается из условия R ц С у, - щ . Процесс эффективного сглаживания вершины импульса имеет место при значении параметров корректирующей цепи близко к оптимальным, которые выбираются из следующих зависимостей В реальных условиях паразитная емкость нагрузки CH С и если , то Яш --КН-Р-Т/Ц/С, и Ci Последние три равенства позволяют обеспечить постоянство общего тока через нагрузку линии, при кото ром наилучшим образом компенсируютс осцилляции и амплитуда первого выбр са. В результате значительно увелич вается срок службы лампы 4. Время эк спонирования определяется длительно тью и формой основного импульса,- ко торые выбираются из условия согласования параметров формирующей линии и компенсации потерь на активном сопро тивлении разрядного контура в течение формировании плоской вершины импульса .(R.R, , где И число звеньев линии, t n ti8n-v/i,,g(; длительность формируемого импульса, jIjTi максимальный ток в импульсе, чт обеспечивает получение равномерного распределения яркости на объекте, а следовательно, и плотности почернени в кадре на длине фотопленки (не показано) . Для увеличения оптического разрешения объекта в течение реального времени 0,1-3 мс при токе через лампу -250-500 А стабильность формы экспонирующего импульса на нагрузке выдерживается на уровне 0,1-0,6% от амплитуды. Это обеспечивает постоянство энергии вспышки по всей ширине импульса, а также стабильность и сохраняемость снимков, полученных в реальном времени при импульсном экспонированик, В результате повышается качество изображения объекта и надежность результатов. Благодаря включению блока 5 коррекции и получению постоянства тока через нагрузку линии предлагаемое устройство может работать и в стробоскопическом режиме с частотой : 100 вспышек/с без разрушения газоразрядной лампы (с принудительным охлаждением), что расширяет диапазон исследований. Обеспечение стабильности формы экспонирующего светового импульса за счет включения в устройство блока коррекции значительно увеличивает срок службы лампы при работе с повьниенной энергией излучения, что повышает надежность результатов. Формула изобретения 1. Устройство для импульсного освещения при скоростной киносъемке, содержащее блок питания, газоразрядную лампу, включенную последовательно с управляемым коммутатором в цепь формирующей линии, блок управления и запуска, вход которого соединен с датчиком синхронизации, а выход с входом коммутатора, отличающ е е с я тем, что, с целью стабилизации энергии вспымки путем получения прямоугольного светового импульса с постоянной амплитудой тока, а также повышения надежности, в него введен блок коррекции экспонирующего светового импульса, включенный между формирующей линией и газоразрядной лампой, соединенной одним электродом с котимутатором, а другимс источником питания. 2. Устройство по п.1,отличаю щ е е с я тем, что блок коррекции экспонирующего светового импульса выполнен в виде двухполюсника, сосоящего из индуктивности,шунтированой сопротивлением и емкостью, и араллельно подключенной к его входу орректирующей емкости. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1.Авторское свидетельство СССР 209970, кл. G 03 В 15/05, 1966. 2.Каганский М.Г. Адиабатическое жатие плазмы в токомаке. Л., Науа, 1979, с.80-81 (прототип).