高速扫描相机时间测量不确定度分析

    0 引言

    高速转镜扫描相机,在爆轰物理和冲击波物理实验测试工作中,主要用于测量被摄事件各部分间的微小时间差异或几个独立事件之间的时间间隔1相机像面上的扫描速度是时间测量的基准1不同转速时的扫描速度,通常取设计名义值1对于一台相机来说,由于结构尺寸是一定的,因此,扫描度值唯一地随转速而变化1现代实验科学研究中,对时间间隔测量的准确度,提出了极为严格的要求,例如当被测时间间隔值为20Ls以上时,相对扩展不确定度应在012%以下1此外,也要求校正像面上扫描速度的位置误差1本文将以国内普遍使用的SJZ-30型高速扫描相机为例,分析转速、时间测量的不确定度和位置误差的大小,降低测速不确定度和校正位置误差的方法。

    1 转镜转速的测量不确定度

    SJZ-30型高速扫描相机中的转速测量不确定度,主要应从符合测速原理进行分析1符合测速框图见图11来自转镜传感器的信号,经整形后称为瞬时脉冲,它们分两路,一路直接送至符合电路,另一种经幻象延时电路延时后,再送去符合电路1幻象延时电路按预定拍摄转速安置延时时间1例如要求以1@103rps转速拍摄时,则延时间间为1000Ls1当直接来的瞬时脉冲和转镜前一周经幻象延时后的脉冲,同时到达符合电路时,后者才有输出1输出脉冲一路送至固定门宽的门电路,称为精测电路,另一路经适当延时后再送至精测电路1由于精测电路的门宽略大于幻象延时时间,因此精测电路只允许两个瞬时脉冲通过,并送至计数器测出周期值1由以上转速的精测过程可知,转速测量的不确定度主要包含以下各项:

    1.1 瞬时脉冲计时零点漂移

    转镜传感器原始信号类似于连续正弦波形,但波形和幅度随转速而异1整形过程中,因阈值电平的变化和外加干扰信号的叠加等原因,造成瞬时脉冲计时零点漂移,估算u1(t0)=61ns,t0为反射镜转动周期值。

    1.2 幻象延时电路校准标准的不确定度

    试验前,控制台中的幻象延时,都可用晶振电路校核1如以10KC晶体经4和2分频后,校正2500rps和5000rps所需延时1由于分频电路引起的相对不确定度,实际检测结果均在0101%以下,可以忽略不计。

    1.3 符合电路的实验标准差

    瞬时脉冲底宽为017Ls,前后沿011Ls,故其半高宽2a=500ns1两个瞬时脉冲的符合,可以发生在2a范围内任一时刻1因此,符合过程的概率分布可视为均匀分布,它的标准不确定度u2(t0)=a/3=144ns。

    1.4 计数器测量不确定度

    计数器E324A的示值分辨力为10ns,按均匀分布处理,它的不确定度u3(t0)=10/2 3=3ns1