CN103995430A - 一种转镜式高速相机底片火花度数的调节方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高速摄影及光电测量领域，目的是为了提供一种高精度的高速相机底片火花度数的调节方法。本发明提供的转镜式高速相机底片火花度数调节方法，其具体步骤是：首先确定物理实验产生的火花记录于转镜式高速相机底片所需的度数；激光器发出的红外激光经光发射系统扩束、准直后投射到相机中的高速转镜上，光接收系统接收高速转镜反射的激光束，进入光接收系统的激光束成为光同步信号；然后将光同步信号进行光电转换得到电同步信号，电同步信号经处理电路处理生成物理实验产生的火花记录于转镜式高速相机底片的度数所需的火花度数调节脉冲信号；最后根据火花度数调节脉冲信号控制相机快门进行拍摄。本发明适用于高速转镜式相机。

Description

一种转镜式高速相机底片火花度数的调节方法及装置

技术领域

本发明涉及高速摄影及光电测量领域，特别涉及转镜式高速相机底片火花度数的调节。 

背景技术

转镜式高速相机是一种重要的空间-时间分辨光学测试设备，具有1×10⁴～1×10⁷幅/秒的时间分辨本领及良好的图像空间分辨率，它在高速摄影领域占据重要的地位，被广泛应用于实验室等离子体、爆炸力学和火花放电方面的研究。通过反射镜的高速旋转，被摄目标经光学系统在相机底片上扫描，相机底片的空间信息变化对应于被摄目标的时间变化过程。在同步转镜相机中，记录胶片固定不动且记录胶片长度一般不超过九十度，而高速摄影所记录的爆炸、放电等物理实验往往瞬间完成，因此被记录的物理实验发生时刻必须与转镜相机有效同步，即必须找到物理实验的火花记录于相机底片的度数的有效调节方法。 

传统方法主要采用磁电式传感器实现高速转镜相机底片火花度数的调节。磁电式传感器的电压曲线理想波形为正弦波或线性三角波，因此可以通过设置阈值电压触发被摄影目标来实现被摄目标在高速转镜相机底片成像的火花度数调节。而在实际情况中，由于电磁传感器的材料性能、安装工艺等诸多因素的影响，磁电式传感器的实际电压波形并不规则，这会造成被摄目标在高速相机胶片上成像的火花度数产生漂移，高速相机底片火花度数调节的精度较低。 

发明内容

本发明的目的是提供一种转镜式高速相机记录物理实验过程中物理实验所产生火花记录于转镜式高速相机胶片的度数的调节方法，它可以有效控制物理实验记录于转镜式高速相机胶片的度数，且在记录多次重复的物理实验时可以使物理实验的发生与转镜式高速相机的记录同步，从而能使转镜式高速相机能够更好的捕捉记录爆炸、放电等物理实验过程。 

本发明解决其技术问题的技术方案是，提供一种转镜式高速相机底片火花度数的调节方法，包括如下步骤： 

A.确定物理实验产生的火花记录于转镜式高速相机底片所需的度数； 

B.激光器发出的红外激光经光发射系统扩束、准直后投射到相机中的高速转镜上； 

C.光接收系统接收高速转镜反射的激光束，进入光接收系统的激光束成为光同步信号； 

D.将光同步信号进行光电转换得到电同步信号，电同步信号经处理电路处理生成物理实验产生的火花记录于转镜式高速相机底片的度数所需的火花度数调节脉冲信号； 

E.火花度数调节脉冲信号作为触发信号提供给拍摄目标和高速转镜相机的开关快门，拍摄目标的引爆和高速转镜相机的开关快门的开启在触发信号的触发下同时发生。 

具体地，步骤C的具体方法为：调整光发射和光接收系统的相对位置，使得当高速转镜旋转到零度角时，经过反射镜反射的激光束将进入光接收系统。 

较佳地，步骤D中，所述电同步信号在信号处理电路处理之前还需要进行信号放大。 

具体地，步骤D中，信号处理电路生成火花度数调节脉冲信号的处理过程为： 

D1.电同步信号首先经过滤波和整形得到具有陡峭脉冲前沿的脉冲信号然后输入到微机系统中； 

D2.微机系统根据物理实验产生的火花记录于转镜式高速相机胶片所需的度数的大小进行可编程延时，可编程延时的时间 

$t=\frac{\mathrm{\σ}}{360}*T,$

其中T等于接收到前两次电同步信号的时间间隔； 

D3.最后由微机系统生成所需的火花度数调节脉冲信号。 

本发明的一种转镜式高速相机底片火花度数的调节装置，包括激光器、光发射系统、高速转镜、光接收系统、光电探测器及信号处理电路； 

激光器，用于产生红外激光； 

光发射系统，用于将激光器发出的激光扩束、准直，投射到相机中的高速转镜上； 

高速转镜，用于将光发射系统投射的激光反射到光接收系统中； 

光接收系统，用于接收高速转镜反射的激光束，进入光接收系统的激光束成为光同步信号； 

光电探测器，用于将光同步信号转化为电同步信号； 

信号处理电路，用于根据电同步信号生成物理实验产生的火花记录于转镜式高速相机底片的度数所需的火花度数调节脉冲信号； 

生成物理实验产生的火花记录于转镜式高速相机底片的度数所需的火花度数调节脉冲信号； 

所述光发射系统分别与激光器及高速转镜连接，所述光接收系统分别与高速转镜及光电探测器连接，所述信号处理电路与光电探测器连接。 

较佳地，还包括信号放大器，所述信号放大器用于将电同步信号进行放大后传输给信号处理电路。 

具体地，所述光接收系统的安装位置与高速转镜中心的距离接近相机扫描半径。 

具体地，所述信号处理电路包括： 

滤波与整形单元，用于将电同步信号进行滤波和整形得到具有陡峭脉冲前沿的脉冲信号并输入到微机系统中； 

编程延时器，根据微机系统计算得到的延时时间进行延时处理； 

微机系统，根据物理实验产生的火花记录于转镜式高速相机胶片所需的度数的大小进行可编程延时计算并生成所需的火花度数调节脉冲信号； 

所述滤波与整形单元分别与光电探测器及编程延时器连接，所述微机系统与编程延时器连接。 

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：与传统的采用磁电式传感器阈值电压触发来实现高速转镜相机胶片火花度数调节的方法相比，本发明是采用光学传感同步和可编程延时来实现转镜式高速相机底片火花度数的调节，光学传感同步避免了电磁式传感器由于实际波形不规则造成的同步不够准确的问题，而可编程延时相比于电压阈值触发具有更高的可靠性，因而本发明能够更加精确可靠地实现高速转镜相机胶片火花度数的调节。附图说明 

图1为本发明的一种转镜式高速相机底片火花度数的调节装置的原理框图。 

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步描述。 

本发明提供的转镜式高速相机底片火花度数的调节方法，其具体步骤是这样的：首先需要确定物理实验产生的火花记录于转镜式高速相机底片所需的度数；其次，激光器发出的红外激光经光发射系统扩束、准直后投射到相机中的高速转镜上，光接收系统接收高速转镜反射的激光束，进入光接收系统的激光束成为光同步信号；然后，将光同步信号进行光电转换得到电同步信号，电同步信号经处理电路处理生成物理实验产生的火花记录于转镜式高速相机底片的度数所需的火花度数调节脉冲信号；最后，火花度数调节脉冲信号作为触发信号提供给拍摄目标和高速转镜相机的开关快门，拍摄目标的引爆和高速转镜相机的开关快门的开启在触发信号的触发下同时发生。 

为使光接收系统更好地接收高速转镜反射的激光束，可以做如下处理：调整光发射和光接收系统的相对位置，使得当高速转镜旋转到零度角时，经过反射镜反射的激光束将进入光接收系统。由于激光信号在传输及反射过程中存在较大的损耗，经过光电转换后的电同步信号可能比较微弱，因而可以将电同步信号在信号处理电路处理之前还进行信号放大以满足信号处理电路的要求。信号处理电路生成火花度数调节脉冲信号的处理过程为： 

电同步信号首先经过滤波和整形得到具有陡峭脉冲前沿的脉冲信号然后输入到微机系统中，然后微机系统根据物理实验产生的火花记录于转镜式高速相机胶片所需的度数的大小进行可编程延时，可编程延时的时间的具体计算公式为 

$t=\frac{\mathrm{\σ}}{360}*T,$

其中T等于接收到前两次电同步信号的时间间隔； 

最后由微机系统生成所需的火花度数调节脉冲信号。 

本发明提供的一种转镜式高速相机底片火花度数的调节装置，如图1所示，包括激光器、光发射系统、高速转镜、光接收系统、光电探测器及信号处理电路。激光器，用于产生红外激光；光发射系统，用于将激光器发出的激光扩束、准直，投射到相机中的高速转镜上；高速转镜，用于将光发射系统投射的激光反射到光接收系统中；光接收系统，用于接收高速转镜反射的激光束，进入光接收系统的激光束成为光同步信号；光电探测器，用于将光同步信号转化为电同步信号；信号处理电路，用于根据电同步信号生成物理实验产生的火花记录于转镜式高速相机底片的度数所需的火花度数调节脉冲信号；光发射系统分别与激光器及高速转镜连接，光接收系统分别与高速转镜及光电探测器连接，信号处理电路与光电探测器连接。 

光电探测器及信号处理电路之间可以再连接一信号放大器，用于将电同步信号进行放大后传输给信号处理电路。装置在设置过程中，光接收系统的安装位置与高速转镜中心的距离接近相机扫描半径。信号处理电路包括滤波与整形单元、编程延时器及微机系统。滤波与整形单元，用于将电同步信号进行滤波和整形得到具有陡峭脉冲前沿的脉冲信号并输入到微机系统中；编程延时器，根据微机系统计算得到的延时时间进行延时处理；微机系统，根据物理实验产生的火花记录于转镜式高速相机胶片所需的度数的大小进行可编程延时计算并生成所需的火花度数调节脉冲信号。 

Claims (8)

1.一种转镜式高速相机底片火花度数的调节方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.确定物理实验产生的火花记录于转镜式高速相机底片所需的度数；

B.激光器发出的红外激光经光发射系统扩束、准直后投射到相机中的高速转镜上；

C.光接收系统接收高速转镜反射的激光束，进入光接收系统的激光束成为光同步信号；

D.将光同步信号进行光电转换得到电同步信号，电同步信号经处理电路处理生成物理实验产生的火花记录于转镜式高速相机底片的度数所需的火花度数调节脉冲信号；

E.火花度数调节脉冲信号作为触发信号提供给拍摄目标和高速转镜相机的开关快门，拍摄目标的引爆和高速转镜相机的开关快门的开启在触发信号的触发下同时发生。

2.如权利要求1所述的一种转镜式高速相机底片火花度数的调节方法，其特征在于，步骤C的具体方法为：调整光发射系统和光接收系统的相对位置，使得当高速转镜旋转到零度角时，经过高速转镜反射的激光束将进入光接收系统。

3.如权利要求1所述的一种转镜式高速相机底片火花度数的调节方法，其特征在于，步骤D中，所述电同步信号在信号处理电路处理之前还需要进行信号放大。

4.如权利要求1所述的一种转镜式高速相机底片火花度数的调节方法，其特征在于，步骤D中，信号处理电路生成火花度数调节脉冲信号的处理过程为：

D1.电同步信号首先经过滤波和整形得到具有陡峭脉冲前沿的脉冲信号然后输入到微机系统中；

D2.微机系统根据物理实验产生的火花记录于转镜式高速相机胶片所需的度数的大小进行可编程延时，可编程延时的时间

$t=\frac{\mathrm{\σ}}{360}*T,$

其中T等于接收到前两次电同步信号的时间间隔；

D3.最后由微机系统生成所需的火花度数调节脉冲信号。

5.一种转镜式高速相机底片火花度数的调节装置，其特征在于，包括激光器、光发射系统、高速转镜、光接收系统、光电探测器及信号处理电路；

激光器，用于产生红外激光；

光发射系统，用于将激光器发出的激光扩束、准直，投射到相机中的高速转镜上；

高速转镜，用于将光发射系统投射的激光反射到光接收系统中；

光接收系统，用于接收高速转镜反射的激光束，进入光接收系统的激光束成为光同步信号；

光电探测器，用于将光同步信号转化为电同步信号；

信号处理电路，用于根据电同步信号生成物理实验产生的火花记录于转镜式高速相机底片的度数所需的火花度数调节脉冲信号；

所述光发射系统分别与激光器及高速转镜连接，所述光接收系统分别与高速转镜及光电探测器连接，所述信号处理电路与光电探测器连接。

6.如权利要求5所述的一种转镜式高速相机底片火花度数的调节装置，其特征在于，还包括信号放大器，所述信号放大器用于将电同步信号进行放大后传输给信号处理电路，所述信号放大器分别与光电探测器及信号处理电路连接。

7.如权利要求5所述的一种转镜式高速相机底片火花度数的调节装置，其特征在于，所述光接收系统的安装位置与高速转镜中心的距离接近相机扫描半径。

8.如权利要求5或6或7所述的一种转镜式高速相机底片火花度数的调节装置，其特征在于，所述信号处理电路包括：

滤波与整形单元，用于将电同步信号进行滤波和整形得到具有陡峭脉冲前沿的脉冲信号并输入到微机系统中；

编程延时器，根据微机系统计算得到的延时时间进行延时处理；

微机系统，根据物理实验产生的火花记录于转镜式高速相机胶片所需的度数的大小进行可编程延时计算并生成所需的火花度数调节脉冲信号；

所述滤波与整形单元分别与光电探测器及编程延时器连接，所述微机系统与编程延时器连接。