CN102902152A - 高速弹丸成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属聚变弹丸加料领域，涉及一种高速弹丸成像系统。本发明的目的是：针对高速飞行弹丸成像提供一种简单而有效的拍摄方式。包括：CCD摄影机、光源、观察窗，其中，所述的高速弹丸成像系统还包括：一个“十”字形的真空室，弹丸的飞行轨迹垂直于“十”字形，“十”字形的真空室的2个观察窗采用法兰加光学玻璃密封，其中一个观察窗安装CCD摄影机，用于飞行弹丸拍照；在与CCD摄影机相对应的另一个观察窗上安装闪光灯提供光源。优点在于：对于高速飞行的透明小物体能及时扑捉到物象，且能从多角度拍照和对连续多发弹丸拍照。

Description

高速弹丸成像系统
技术领域
本发明属聚变弹丸加料领域，涉及一种物体成像系统，尤其涉及到的是聚变领域中高速飞行弹丸的诊断。
背景技术
在聚变装置的弹丸加料物理实验中，通过监测和分析高速弹丸飞行过程中速度和照片，已成为判断弹丸生成情况及破碎与否的有效的手段，同时也是研究弹丸发射压力与弹丸飞行速度之间关系必不可少的数据；弹丸照片可以定性测算弹丸大小，同时可以摸索弹丸制备条件。
在以往的弹丸拍照中只能实现单一位置拍照，不能实现多角度拍摄弹丸和连续多发弹丸拍照。
多角度和连续多发弹丸拍照能更好的分析飞行的弹丸的特性，如外形的完整性，体积(利用后期制作的数据分析软件)等。
发明内容
本发明的目的是：针对高速飞行弹丸成像提供一种简单而有效的拍摄方式。
本发明是这样实现的：一种高速弹丸成像系统，包括：CCD摄影机、光源、观察窗，其中，所述的高速弹丸成像系统还包括：一个“十”字形的真空室，弹丸的飞行轨迹垂直于“十”字形，“十”字形的真空室的2个观察窗采用法兰加光学玻璃密封，其中一个观察窗安装CCD摄影机，用于飞行弹丸拍照；在与CCD摄影机相对应的另一个观察窗上安装闪关灯提供光源。
如上所述的一种高速弹丸成像系统，其中，在“十”字形的真空室的中间部分设置有光路调节系统：
光路调节系统包括：光线进口分光棱镜、光线进口处的2个棱镜、光线出口处的2个棱镜、光线出口处聚光棱镜；
光线进口分光棱镜具有2个反光面，2个反光面所成角度大于180度，使得光源发出的平行光线分为2个部分，分别反射到光线进口处两侧的2个棱镜；光线进口处两侧的的2个棱镜分别将照射到各自反光面上的光线反射至“十”字形的真空室的中心部分，从2个方向上对飞行过程中经过穿过此处的弹丸进行照射；穿过“十”字形的真空室的中心部分的2部分的光线，分别照射到光线出口处两侧的2个棱镜上；光线出口处两侧的2个棱镜分别将照射到各自反光面上的光线反射至光线出口处聚光棱镜；光线出口聚光棱镜与光线进口分光棱镜结构一致，区别在于光线出口处聚光棱镜反光面面向CCD摄影机；如此，弹丸飞过时，在光线出口处聚光棱镜上形成2个物象，利用CCD摄影机捕捉2个不同位置的飞行中的弹丸照片，各个棱镜采用棱镜支架固定支撑。
如上所述的一种高速弹丸成像系统，其中，所述的高速弹丸成像系统还包括：计数器和光栅；
光栅位于弹丸成像系统之前，检测弹丸穿过光栅的信息以及穿过的弹丸的速度；计数器对弹丸通过光栅后进行计数记录，为闪光灯提供触发信号，闪光灯提供拍摄弹丸所需的光源，闪光灯采用发光二极管组成。
本发明的优点在于：对于高速飞行的透明小物体能及时扑捉到物象，且能从多角度拍照和对连续多发弹丸拍照，对直径和长度为毫米量级的高速飞行弹丸的成像提供了一种简单而有效的拍摄方式，成功率90％以上，连续多发弹丸照片清晰可见，能有效分析高速飞行弹丸的特性。
附图说明
图1是高速弹丸成像系统结构示意图；
图2是两角度弹丸成像原理图；
图3是间隔100ms连续发射5颗弹丸。
具体实施例
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
高速弹丸成像系统包括：CCD摄影机、闪关灯(光源)、镜像系统、计数器、真空观察窗、视频采集卡等。利用该成像系统能进行高速弹丸拍照，对高速飞行弹丸提供了一种很好的监测方法，安装结构示意图如图1所示。在一个“十”字形的真空室内，各个棱镜固定在棱镜支架上，“十”字形真空室的四个口采用法兰加光学玻璃密封，一个观察窗口安装有一部CCD摄影机，用于飞行弹丸拍照；另一个观察窗安装闪关灯提供光源；其余观察窗便于观察真空室内的成像系统位置。
在“十”字形的真空室的中间部分设置有光路调节系统：
光路调节系统包括：光线进口分光棱镜12、光线进口处的2个棱镜13、20、光线出口处的2个棱镜19、15、光线出口处聚光棱镜16；
光线进口分光棱镜12具有2个反光面，2个反光面所成角度大于180度，使得光源发出的平行光线分为2个部分，分别反射到光线进口处两侧的2个棱镜13、20；光线进口处两侧的的2个棱镜13、20分别将照射到各自反光面上的光线反射至“十”字形的真空室的中心部分，从2个方向上对飞行过程中经过穿过此处的弹丸进行照射；穿过“十”字形的真空室的中心部分的2部分的光线，分别照射到光线出口处两侧的2个棱镜19、15上；光线出口处两侧的2个棱镜19、15分别将照射到各自反光面上的光线反射至光线出口处聚光棱镜16；光线出口聚光棱镜16与光线进口分光棱镜12结构一致，区别在于光线出口处聚光棱镜16反光面面向CCD摄影机；如此，弹丸飞过时，在光线出口处聚光棱镜16上形成2个物象，利用CCD摄影机捕捉2个不同位置的飞行中的弹丸照片，各个棱镜采用棱镜支架固定支撑。
CCD摄影机垂直扫描频率50Hz，对于弹丸注入最高频率30Hz来说，此摄影机足够扑捉到飞行中的高速弹丸；摄影机分辨率为0.06mm，像素768x576。
闪光灯提供拍摄弹丸所需光源，闪光灯采用发光二极管组成。
高速弹丸成像系统，拍摄对象为高速飞行弹丸，此高速飞行弹丸是透明的，直径在毫米量级，速度在150m/s-800m/s。
真空观察窗，能直观观察成像系统内部结构。
高速弹丸成像系统还包括：计数器和光栅；
光栅位于弹丸成像系统之前，检测弹丸穿过光栅的信息以及穿过的弹丸的速度；计数器对弹丸通过光栅后进行计数记录，为闪光灯提供触发信号，闪光灯提供拍摄弹丸所需的光源，闪光灯采用发光二极管组成。
此高速弹丸成像系统结构简单，能满足高速飞行弹丸的拍摄。
利用该高速弹丸成像系统扑捉到的高速飞行弹丸照片如图3所示。
上述棱镜采用的是三角棱镜，但是并不限于使用三角棱镜，在实现本发明所需要的反射光线的功能的情况下，可以采用其它反光镜替代。

Claims (3)

1.一种高速弹丸成像系统，包括：CCD摄影机(4)、光源(7)、观察窗，其特征在于：所述的高速弹丸成像系统还包括：一个“十”字形的真空室，弹丸的飞行轨迹垂直于“十”字形，“十”字形的真空室的2个观察窗采用法兰加光学玻璃密封，其中一个观察窗安装CCD摄影机，用于飞行弹丸拍照；在与CCD摄影机相对应的另一个观察窗上安装闪关灯提供光源。
2.如权利要求1所述的一种高速弹丸成像系统，其特征在于：在“十”字形的真空室的中间部分设置有光路调节系统：
光路调节系统包括：光线进口分光棱镜(12)、光线进口处的2个棱镜(13、20)、光线出口处的2个棱镜(19、15)、光线出口处聚光棱镜(16)；
光线进口分光棱镜(12)具有2个反光面，2个反光面所成角度大于180度，使得光源发出的平行光线分为2个部分，分别反射到光线进口处两侧的2个棱镜(13、20)；光线进口处两侧的的2个棱镜(13、20)分别将照射到各自反光面上的光线反射至“十”字形的真空室的中心部分，从2个方向上对飞行过程中经过穿过此处的弹丸进行照射；穿过“十”字形的真空室的中心部分的2部分的光线，分别照射到光线出口处两侧的2个棱镜(19、15)上；光线出口处两侧的2个棱镜(19、15)分别将照射到各自反光面上的光线反射至光线出口处聚光棱镜(16)；光线出口聚光棱镜(16)与光线进口分光棱镜(12)结构一致，区别在于光线出口处聚光棱镜16反光面面向CCD摄影机；如此，弹丸飞过时，在光线出口处聚光棱镜(16)上形成2个物象，利用CCD摄影机捕捉2个不同位置的飞行中的弹丸照片，各个棱镜采用棱镜支架固定支撑。
3.如权利要求2所述的一种高速弹丸成像系统，其特征在于：所述的高速弹丸成像系统还包括：计数器和光栅；
光栅位于弹丸成像系统之前，检测弹丸穿过光栅的信息以及穿过的弹丸的速度；计数器对弹丸通过光栅后进行计数记录，为闪光灯提供触发信号，闪光灯提供拍摄弹丸所需的光源，闪光灯采用发光二极管组成。
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