用于高速摄影的触发信号源

    高速摄影是研究高速运动过程的一种行之有效的方法,它有很高的时间分辨能力,能跟踪快速变化过程的发生和发展并记录下来.传统的胶片记录方式需要显影、定影等才能对胶片进行判读,或利用胶片扫描仪转移成数字信号后,再由计算机进行处理,这带来诸多不便,尽管如此,但鉴于其分辨率高、动态范围大,许多场合至今沿用这种传统技术.尤其是狭缝胶片摄影,特别适用于超高速运动物体的高速摄影.由于狭缝高速摄影机是等待高速运动物体飞进其视场而进行同步拍摄单幅照片的,因此何时开始拍摄显得尤为重要,也就是说,狭缝高速摄影机使用时,必须要有很好的触发信号源.

    目前,用于高速摄影的触发信号源已有不少产品,如美国Cordin公司生产触发信号源系列产品;KaptureGroup Inc.公司开发生产的触发控制装置系列,太原机械学院(现中北大学)于20世纪80年代末研制的激光测速靶曾作为高速阴影照相的触发信号源,中国兵器工业第203研究所用天幕靶作为狭缝高速摄影触发源.但由于激光触发源只适合于运动轨迹散布不大的场合(如太原机械学院的激光触发信号源有效区域仅为直径100mm的圆,Kapture Group Inc.公司的触发源MD1606激光器发出的仅为一束激光);声触发源不能用于超音速物体的高速照相;天幕靶不能在阴天和夜间使用.因此提出了激光光幕原向反射触发信号源.

    1 信号源组成

    触发信号源由高度可调节的仪器箱和微珠玻璃原向反射器组成.装置结构如图1所示,两者分离,可有较大的距离,形成的有效作用区大,使用方便灵活.仪器箱内安装有电源、半导体激光器及驱动电路、球面反射镜、光电探测器及相应的信号处理电路等.半导体激光光源经准直、扩束形成激光扇形光幕,再经距光幕一定距离(3m)5m)外的具有原向反射特性的微珠玻璃屏反射回来后经球面反射镜的汇聚由光电探测器接收.根据激光扇形光幕的大小,合理设计微珠玻璃屏的有效尺寸为0. 02m@1. 5m,设激光器距地平面的高度为1m,距光幕的距离为3m,则总靶区有效视场角aU28b,靶区有效尺寸(设为位于靶区中心的最大圆)约为1m2.当运动物体飞越该光幕有效区域时,光电探测器把捕捉到的光信号转换成电信号,启动相应仪器,实现对运动物体的拍摄.如果用多台触发信号源组成区截装置,可以进行运动物体速度的测量.

    2 低噪声光电探测装置

    2. 1 工作原理

    半导体激光器发出的单色光经透镜聚焦、柱面镜扩束后展成具有一定发散角的扇型光幕,光幕由微珠玻璃制成的原向屏反射后,再经球面反射镜的会聚到主光电探测器.为了补偿环境光的影响,利用参考探测器获取环境光信号,与主光电探测器的信号在前置放大器进行差分.当运动物体穿过该光幕的有效作用区时,阻挡部分光线,等运动物体穿过后光信号又恢复正常.主光电探测器将变化的光通量转换成电流信号,经放大器放大后得到运动物体通过光幕的电压信号,该信号经过处理输出触发脉冲,启动相应相机开始工作.图2为触发信号源原理框图.