CN204631440U - 用于高速摄影的激光时标信号发生器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于高速摄影的激光时标信号发生器，属一种光学瞬态测试配套装置，激光时标信号发生器包括声光调制组件与信号光传输组件；声光调制组件中至少包括连续激光器与声光调制器，连续激光器与声光调制器均安装在底座上，信号光传输组件中至少包括聚光透镜、光纤准直器与漫反射靶，聚光透镜通过传导光纤与光纤准直器的入射端相连接，且光纤准直器与漫反射靶相对应；使用连续激光器与声光调制器配合产生的脉冲激光作为时标信号(即信号光)，安全性高，操作安全；且脉冲激光目视可见，试验前可预判其工作是否正常，可完全避免时标信号丢失，可靠性高；声光调制产生的脉冲激光频率稳定，精度高，提高了时标信号精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光学瞬态测试配套装置，更具体的说，本实用新型主要涉及一种用于高速摄影的激光时标信号发生器。
背景技术
时间标准是高速摄影中关键的技术指标，其精准度直接关系到高速摄影所拍摄的瞬态过程起始时刻是否准确，特别在爆轰物理研究领域中，关系到起爆时刻是否准确，对试验结果的判读起到了至关重要的作用。伴随着高速摄影技术的发展，特别是高速摄影技术与其他光电测试技术的联合诊断技术的应用越来越广泛，对高速摄影时间标准的需求越来越普遍，对时间标准的精度要求也越来越高。目前在高速摄影中获取时间标准信号主要使用的是传统的时标雷管的方法，其原理是在进行高速摄影时，使用同步触发器在固定时延时刻触发时标雷管和被起爆装置，使二者同时起爆，时标雷管爆炸使其周围气体瞬间电离发出强光，高速摄影拍摄该瞬间的强光，通过读取强光出现在高速摄影照片序列中的第几幅来标定起爆时刻，即将时标雷管发出的强光作为时标信号，其出现时刻作为时间标准进行标定。该时间标准从获取方法到实现手段，都存在一些瑕疵，具体如下：一是使用危险系数高的雷管作为时标，安全性差，操作危险；二是雷管的起爆稳定性不佳，常导致时标信号丢失；三是时标雷管只能产生一次脉冲信号，不能满足多次时标信号获取的需求；四是时标雷管由高压电信号引爆，对电磁环境要求较高，易受外界条件干扰。鉴于以上所提到的不足，实用新型一种能安全、可靠、精度高、鲁棒性强、可满足多次时标信号获取需求的新型激光时标信号发生器，弥补现有时标获取方法的缺陷，就显得格外重要。
实用新型内容
本实用新型的目的之一在于针对上述不足，提供一种用于高速摄影的激光时标信号发生器，以期望解决现有技术中以雷管在高速摄影中获取时间标准信号的方式存在雷管起爆稳定性不佳，对电磁环境要求较高，不能满足多次时标信号获取需求，操作危险，安全性差等技术问题。
为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型所提供的一种用于高速摄影的激光时标信号发生器，所述的激光时标信号发生器包括声光调制组件与信号光传输组件；所述声光调制组件中至少包括连续激光器与声光调制器，所述连续激光器与声光调制器均安装在底座上，所述声光调制器上设有声光晶体，所述声光晶体的通光光轴与连续激光器射出的连续激光光轴，在水平方向上呈固定的布拉格夹角；所述信号光传输组件中至少包括聚光透镜、光纤准直器与漫反射靶，所述聚光透镜通过传导光纤与光纤准直器的入射端相连接，且所述光纤准直器与漫反射靶相对应，用于使信号光从出射端出射后聚焦在漫反射靶上；所述聚光透镜的轴心与声光调制器调制后的信号光中轴线相重合。
作为优选，进一步的技术方案是：所述的声光调制组件中还包括射频驱动器与信号发生器，所述射频驱动器安装在底座上，所述射频驱动器的输出端通过输出电缆与所述声光调制器的输入端相连接，所述射频驱动器的输入端通过输入电缆与所述信号发生器的输出端相连接。
更进一步的技术方案是：所述的激光时标信号发生器还包括同步触发器，所述同步触发器接入信号发生器，用于由同步触发器产生同步触发信号触发信号发生器，信号发生器产生调制信号发送给射频驱动器，射频驱动器驱动声光调制器调制连续激光，进而产生信号光。
更进一步的技术方案是：所述信号光传输组件中的聚光透镜安装在底座上，并置于所述声光调制器的前端。
更进一步的技术方案是：所述的信号光传输组件中还包括转接法兰，所述传导光纤穿过转接法兰后与光纤准直器的入射端相连接。
与现有技术相比，本实用新型的部分有益效果是：
1、使用连续激光器与声光调制器配合产生的脉冲激光作为时标信号(即信号光)，安全性高，操作安全；且脉冲激光目视可见，试验前可预判其工作是否正常，可完全避免时标信号丢失，可靠性高；
2、脉冲激光可产生任意波形强度变化特征的脉冲信号，可满足多次时标信号获取以及更复杂试验的时标信号需求；
3、声光调制产生的脉冲激光频率稳定，精度高，提高了时标信号精度；
4、使用脉冲激光作为时标信号，光电隔离，对电磁环境无要求，不受外界条件干扰，稳定性强；且使用光纤传导激光信号，传输效率高，信号衰减小，可超长距离传输信号。
附图说明
图1为用于说明本实用新型一个实施例的结构示意图；
图2为用于说明本实用新型另一个实施例的结构示意图；
图3为用于说明本实用新型再一个实施例的结构示意图；
图4为用于说明本实用新型一个优选实施例的使用参考图；
图中，1为声光调制组件、11为连续激光器、12为声光调制器、13为底座、14为射频驱动器、15为信号发生器、2为信号光传输组件、21为聚光透镜、22为光纤准直器、23为漫反射靶、24为传导光纤、25为转接法兰、3为同步触发器、4为转镜式高速分幅相机。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。
参考图1所示，本实用新型的一个实施例是一种用于高速摄影的激光时标信号发生器，该激光时标信号发生器中包括声光调制组件1与信号光传输组件2两部分；其中声光调制组件1中至少包括连续激光器11与声光调制器12，将连续激光器11与声光调制器12均安装在底座13上，调整声光调制器12上的声光晶体，将声光晶体的通光光轴与连续激光器11射出的连续激光光轴，在水平方向上呈固定的布拉格夹角；更为重要的是，前述的信号光传输组件2中至少需要包括聚光透镜21、光纤准直器22与漫反射靶23，其中聚光透镜21通过传导光纤24与光纤准直器22的入射端相连接，同时光纤准直器22与漫反射靶23相对应，用于使信号光从出射端出射后聚焦在漫反射靶23上；在前述的基础上，为保证调制后的信号光能随被传导光纤24进行传输，前述聚光透镜21的轴心需与声光调制器12调制后的信号光中轴线相重合。正如图1所示出的，前述信号光传输组件中的聚光透镜21安装在底座13上，并置于所述声光调制器12的前端。
在本实施例中，使用连续激光器与声光调制器配合产生的脉冲激光作为时标信号(即信号光)，安全性高，操作安全；且脉冲激光目视可见，试验前可预判其工作是否正常，可完全避免时标信号丢失，可靠性高；并且声光调制产生的脉冲激光频率稳定，精度高，提高了时标精度；同时使用脉冲激光作为时标信号，光电隔离，对电磁环境无要求，不受外界条件干扰，稳定性强；且使用光纤传导激光信号，传输效率高，信号衰减小，可超长距离传输信号。
参考图2所示，为使脉冲激光可产生任意波形强度变化特征的脉冲信号，满足多次时标信号获取以及更复杂的试验时标信号需求；发明人还对上述实施例技术方案的基础上进行了改进，即在本实用新型的另一实施例中，具体为在声光调制组件1中增设射频驱动器14与信号发生器15，并将射频驱动器14安装在底座13上，将射频驱动器14的输出端通过输出电缆与所述声光调制器12的输入端相连接，再将射频驱动器14的输入端通过输入电缆与所述信号发生器15的输出端相连接。
更进一步的，为了提升装置的同步触发性能，便于操作，正如图2中所示出的，还可在上述实施例中的激光时标信号发生器中增设同步触发器3，并将该同步触发器3接入信号发生器15，用于由同步触发器3产生同步触发信号触发信号发生器15，信号发生器15产生调制信号发送给射频驱动器14，射频驱动器14驱动声光调制器12调制连续激光，进而产生信号光。
正如上述所提到的，本实施例中激光时标信号发生器的特点是：使用声光调制器调制连续激光器产生了稳定的高频脉冲激光作为时标信号，时间精度高；脉冲激光的形式由信号发生器驱动射频驱动器由声光调制器产生，可根据实验需要调制出多种信号，且可满足多次时标信号获取以及更复杂的试验时标信号需求；时标信号光采用目视可见的激光，试验前可预判其工作是否正常，可完全避免时标信号丢失，可靠性高；使用光信号作为时标信号，光电隔离，对电磁环境无要求，不受外界条件干扰，稳定性强；使用光纤传导激光信号，传输效率高，信号衰减小，可超长距离传输信号。
基于本实用新型上述的实施例，发明人在试验过程中还发现，光纤准直器22由于距离被起爆装置近，爆炸后即被破坏，并且数十米长的光纤也受到爆炸后的损坏，从而增大了获取实验的消耗，为提升传导光纤24的利用率；发明人在上述实施例的基础上还做了进一步的改进，参考图3所示，具体为在信号光传输组件2中增设转接法兰25，将上述的传导光纤24通过转接法兰25与光纤准直器22的入射端的自带尾纤相连接。如此一来，使用转接法兰25转接光纤准直器22是因为其离被起爆装置近，爆炸后就被破坏了，而数十米长的传导光纤24则完好无损，可在下一次实验中更换光纤准直器22继续反复使用；
参考图4所示，本实用新型上述优选的一个实施例在实际使用时的爆轰实验测试中，由于需要获取起爆时间与转镜式高速分幅相机4拍摄时间起点之间的相互关系，需要进行时间标准标定；为了获取所需时标信号，采用上述的激光时标信号发生器，用以产生激光时标信号被转镜式高速分幅相机1所获取。
测试前，将上述激光时标信号发生器与转镜式高速分幅相机4安放在防爆测试间中，被起爆装置放置在场外数十米远处，以防爆炸产生碎片将装置破坏；漫反射靶23放置在场外与被起爆装置相邻处，保证其在转镜式高速分幅相机4的视场内以便获取信号光；信号光由连续激光器11产生，经声光调制器9调制成脉冲信号光，由聚光透镜7聚焦，从数十米长的传导光纤24传输并经转接法兰25转接，最后由带尾纤的光纤准直器22准直后，信号光光斑照射在漫反射靶23上，形成信号光，再由在数十米远处的转镜式高速分幅相机4拍摄到；通过转接法兰25使传导光纤24在起爆装置爆炸后不被损坏，进而可在下一次实验中更换光纤准直器3继续反复使用；前述的漫反射靶23采用漫反射表面是为了在不同的方向都能拍摄到其反射光光斑。
转镜式高速分幅相机4是由其转镜的高速旋转来获得超高速的幅频,转镜式高速分幅相机4首先启动并逐步达到所需转速,转速稳定后达到曝光周期为T,向同步触发器3发出触发信号,由于机械结构原因，自身转速不够稳定，时间漂移大,所以转镜式高速分幅相机4拍照时刻与同步触发器3的零时相对关系不稳定,需要通过时标信号来标定。
测试时，同步触发器3在获取到转镜式高速分幅相机4的触发信号后,在t0时刻发出第一个触发信号触发起爆装置,在一固定时延t1后触发信号发生器15启动激光时标信号发生器，起爆装置在t0时刻后一个固定时延t2后起爆，激光时标信号发生器在t0+t1时刻后一个固定时延t3后在漫反射靶23上产生第一个脉冲光信号；t2由起爆系统自身硬件决定，t3由激光时标发生器系统自身硬件决定，且t2、t3在实验前事先通过示波器精确标定出；时标信号在t0+t1+t3时刻点亮,通过同步触发器3控制固定时延t1的大小，使t1+t3-t2≈T,则在高速摄影照片序列中时标信号出现在其中的第n幅,可判定被起爆装置起爆时刻t0+t2在转镜式高速分幅相机4的第幅相片曝光时段内，其中int表示取整；而前述所有间间隔都是以同步触发器3的触发零时t0为起始时间基准的，从而将转镜式高速分幅相机4拍摄时刻与同步触发器3的触发零时t0关联起来，完成转镜式高速分幅相机4的时间标准标定。
除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本实用新型的范围内。
尽管这里参照本实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (5)
1.一种用于高速摄影的激光时标信号发生器，其特征在于：所述的激光时标信号发生器包括声光调制组件(1)与信号光传输组件(2)；
所述声光调制组件(1)中至少包括连续激光器(11)与声光调制器(12)，所述连续激光器(11)与声光调制器(12)均安装在底座(13)上，所述声光调制器(12)上设有声光晶体，所述声光晶体的通光光轴与连续激光器(11)射出的连续激光光轴，在水平方向上呈固定的布拉格夹角；
所述信号光传输组件(2)中至少包括聚光透镜(21)、光纤准直器(22)与漫反射靶(23)，所述聚光透镜(21)通过传导光纤(24)与光纤准直器(22)的入射端相连接，且所述光纤准直器(22)与漫反射靶(23)相对应；所述聚光透镜(21)的轴心与声光调制器(12)调制后的信号光中轴线相重合。
2.根据权利要求1所述的用于高速摄影的激光时标信号发生器，其特征在于：所述的声光调制组件(1)中还包括射频驱动器(14)与信号发生器(15)，所述射频驱动器(14)安装在底座(13)上，所述射频驱动器(14)的输出端通过输出电缆与所述声光调制器(12)的输入端相连接，所述射频驱动器(14)的输入端通过输入电缆与所述信号发生器(15)的输出端相连接。
3.根据权利要求2所述的用于高速摄影的激光时标信号发生器，其特征在于：所述的激光时标信号发生器还包括同步触发器(3)，所述同步触发器(3)接入信号发生器(15)，用于由同步触发器(3)产生同步触发信号触发信号发生器(15)，信号发生器(15)产生调制信号发送给射频驱动器(14)，射频驱动器(14)驱动声光调制器(12)调制连续激光，进而产生信号光。
4.根据权利要求1所述的用于高速摄影的激光时标信号发生器，其特征在于：所述信号光传输组件中的聚光透镜(21)安装在底座(13)上，并置于所述声光调制器(12)的前端。
5.根据权利要求1所述的用于高速摄影的激光时标信号发生器，其特征在于：所述的信号光传输组件(2)中还包括转接法兰(25)，所述传导光纤(24)穿过转接法兰(25)后与光纤准直器(22)的入射端相连接。
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| CN201520324391.2U CN204631440U (zh) | 2015-05-19 | 2015-05-19 | 用于高速摄影的激光时标信号发生器 |
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2015
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| CN104793459B (zh) * | 2015-05-19 | 2017-06-20 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 用于高速摄影的激光时标信号发生器 |
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