RU2224276C2

RU2224276C2 - Laser method for optical calibration of rapid photodetector

Info

Publication number: RU2224276C2
Application number: RU2001126074/28A
Authority: RU
Inventors: гин Б.М. Лов; Б.М. Ловягин; Ю.Н. Аксенов; Л.Л. Кочкин
Priority date: 2001-09-24
Filing date: 2001-09-24
Publication date: 2004-02-20

Abstract

FIELD: measuring equipment applicable in study of fast processes (quick burning, blast, shock wave propagation). SUBSTANCE: the method consists in the following: the image of the process under study in the plane of the slot, which cuts out the useful part of the image under study is formed by the inlet objective, at the same time modulated light is projected by the lens to the rotary mirror, and both light beams are transmitted through the inner objective and the scanning mirror to a fixed photographic film, modulated light is produced by an impulse laser generator with an optical light conduit, from whose end face the light is focused by a lens and directed to the rotary mirror located near the plane of the slot, the frequency of the impulse laser generator is stabilized by a quartz resonator, and the duration of calibration is proportional the duration of scanning of the photodetector. EFFECT: simplified technical realization of production of modulated radiation, reduced power consumption, reduced overall dimensions of the device, enhanced service life and reliability, expanded calibration range. 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике оптической градуировки развертки скоростного фоторегистратора, которая осуществляется одновременно с фоторегистрацией исследуемого быстропротекающего процесса (быстрое горение, взрыв, распространение ударных волн) и измерения временных интервалов на изображении, зарегистрированном на светочувствительном носителе (фотопленке). The invention relates to a technique for optical calibration of a sweep of a high-speed photographic recorder, which is carried out simultaneously with the photographic recording of the investigated fast-flowing process (fast burning, explosion, propagation of shock waves) and measuring time intervals on an image recorded on a photosensitive medium (film).

Известен способ оптической градуировки, реализованный в устройстве (см. статью А. А. Болотов, Б.М.Ловягин, Н.В.Ильин "Датчик времени ДВ-2 к фоторегистратору типа СФР", опубликованный в ЖНиПФиК 6, 1977г, стр. 415-419) в котором в качестве модулятора света, с целью нанесения меток времени на фотопленку, используется ячейка Керра совместно с импульсным источником света. Модулированный ячейкой Керра световой поток передается через собирающую линзу на поворотное зеркало, установленное в плоскости узла щели фоторегистратора и затем вместе с основным излучением от входного объектива фоторегистратора, поступает через внутренний объектив и развертывающее зеркало одновременно на неподвижную фотопленку. A known method of optical calibration, implemented in the device (see article A. A. Bolotov, B. M. Lovyagin, N. V. Ilyin, “DV-2 Time Sensor to SFR-type Photoregistrator”, published in ZhNiPFiK 6, 1977, p. 415-419) in which a Kerr cell is used in conjunction with a pulsed light source as a light modulator to apply time stamps on film. The luminous flux modulated by the Kerr cell is transmitted through a collecting lens to a rotary mirror mounted in the plane of the slit node of the photorecorder and then, along with the main radiation from the input lens of the photorecorder, enters through the internal lens and the deploying mirror simultaneously to a stationary film.

Данное решение является наиболее близким по технической сущности к заявленному способу и взято в качестве прототипа. This solution is the closest in technical essence to the claimed method and is taken as a prototype.

Недостатком известного способа является сложность в управлении модулятором Керра, требующего большого напряжения и значительной мощности управляющего сигнала, а также ограниченный ресурс работы нитробензола в конденсаторе Керра, который к тому же требует тщательной герметизации, поскольку нитробензол является ядовитой жидкостью. The disadvantage of this method is the difficulty in controlling the Kerr modulator, which requires high voltage and significant control signal power, as well as the limited life of nitrobenzene in the Kerr capacitor, which also requires careful sealing, since nitrobenzene is a toxic liquid.

Решаемой технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение оптической градуировки скоростного фоторегистратора с повышенной надежностью при значительно меньших потребляемой мощности и габаритах, за счет применения импульсного лазерного генератора с оптическим светопроводом, частота модуляции которого стабилизирована кварцевым резонатором. The technical problem of the present invention is solved by providing optical calibration of a high-speed photorecorder with increased reliability with significantly lower power consumption and dimensions due to the use of a pulsed laser generator with an optical fiber, the modulation frequency of which is stabilized by a quartz resonator.

Технический результат достигается тем, что в лазерном способе оптической градуировки развертки скоростного фоторегистратора формируют входным объективом изображение исследуемого процесса в плоскости щели, которая вырезает полезную часть исследуемого изображения, одновременно модулированный свет линзой проектируют на поворотное зеркало и оба световых потока передают через внутренний объектив и развертывающее зеркало на неподвижную фотопленку. The technical result is achieved by the fact that in the laser method for optical calibration of the sweep of a high-speed photorecorder, an image of the process under study is formed by the input lens in the slit plane, which cuts out the useful part of the studied image, simultaneously the lens modulated light is projected onto a rotating mirror and both light fluxes are transmitted through an internal lens and a developing mirror on a fixed film.

Новым является то, что модулированный свет создают импульсным лазерным генератором с оптическим светопроводом, с торца которого свет фокусируют линзой и направляют его на поворотное зеркало, расположенное вблизи плоскости щели, при этом частота импульсного лазерного генератора стабилизирована кварцевым резонатором, а длительность градуировки пропорциональна длительности развертки фоторегистратора. What is new is that modulated light is created by a pulsed laser generator with an optical fiber, from the end of which the light is focused by a lens and directed to a swivel mirror located near the slit plane, while the frequency of the pulsed laser generator is stabilized by a quartz resonator, and the graduation time is proportional to the duration of the scan of the photorecorder .

Устройство, реализующее способ, представлено на Фиг.и содержит импульсный лазерный генератор 1, создающий модулированное, монохроматическое излучение из торца оптического светопровода 2, собирающую линзу 3, поворотное зеркало 4 и скоростной фоторегистратор, состоящий из входного объектива 5, узла щели б, в котором содержится оптический затвор, внутреннего объектива 7, развертывающего зеркала 8 и неподвижной фотопленки 9. The device that implements the method is shown in Fig. And contains a pulsed laser generator 1 that generates modulated, monochromatic radiation from the end of the optical fiber 2, collects the lens 3, a rotary mirror 4, and a high-speed photo recorder, consisting of an input lens 5, a slot unit b, in which contains an optical shutter, an internal lens 7, a deploying mirror 8 and a fixed film 9.

Используемый импульсный лазерный генератор синхронизован со скоростным фоторегистратором и обеспечивает нормальное экспонирование цветных и сенсибилизированных черно-белых фотопленок с чувствительностью порядка 400 ед. ГОСТ-085, модулированным излучением, создавая оптическую градуировку при высоких (до 3,7 км/с) скоростях развертки. The used pulsed laser generator is synchronized with a high-speed photorecorder and provides normal exposure of color and sensitized black and white films with a sensitivity of about 400 units. GOST-085, modulated by radiation, creating optical calibration at high (up to 3.7 km / s) scan speeds.

Способ реализуется следующим образом. The method is implemented as follows.

В момент достижения требуемой скорости развертывающего зеркала 8, пульт управления фоторегистратора вырабатывает синхроимпульс от которого запускается импульсный лазерный генератор 1, при этом частота лазерного генератора стабилизирована кварцем, а длительность излучения пропорциональна длительности развертки фоторегистратора. Модулированное излучение передается через оптический светопровод 2 и с его торца оно фокусируется собирающей линзой 3 на поворотном зеркале 4, которое расположено в непосредственной близости от узла щели 6. Входной объектив 5 формирует изображение исследуемого процесса в плоскости щели 6, которая вырезает полезную часть исследуемого изображения. Оба световых потока передаются через внутренний объектив 7 и развертывающее зеркало 8 на неподвижную фотопленку 9. Экспонирование фотопленки 9 производится одним оборотом зеркала 8, после чего излучение импульсного лазерного генератора 1 прекращается, а электропривод развертывающего зеркала отключается (на Фиг. не показан). На проявленной фотопленке 9 регистрируется исследуемый процесс 10 одновременно с метками времени 11, частота которых пропорциональна модулированному излучению лазерного генератора 1. В этом случае, по фотопленке или ее фотоотпечатку можно с большой точностью измерять временные интервалы между определенными фазами исследуемого процесса, пользуясь метками времени, как делениями масштабной линейки. When the required speed of the developing mirror 8 is reached, the control panel of the photorecorder generates a sync pulse from which the pulsed laser generator 1 is launched, while the frequency of the laser generator is stabilized by quartz, and the radiation duration is proportional to the scan time of the photorecorder. Modulated radiation is transmitted through an optical fiber 2 and from its end it is focused by a collecting lens 3 on a rotary mirror 4, which is located in the immediate vicinity of the slit 6. The input lens 5 forms an image of the process under study in the plane of the slit 6, which cuts out the useful part of the studied image. Both light fluxes are transmitted through the internal lens 7 and the expanding mirror 8 to the stationary film 9. The film 9 is exposed with one revolution of the mirror 8, after which the radiation of the pulsed laser generator 1 is stopped and the electric drive of the deployment mirror is turned off (not shown in Fig.). On the developed film 9, the investigated process 10 is recorded simultaneously with time stamps 11, the frequency of which is proportional to the modulated radiation of the laser generator 1. In this case, the time intervals between certain phases of the studied process can be measured with the help of the film using the time stamps as scale line divisions.

Преимущества применения данного способа это:
- значительно упрощена техническая реализация получения модулированного излучения;
- уменьшена в 5 раз потребляемая мощность, по сравнению с прототипом;
- сокращены габариты устройства градуировки;
- расширен диапазон градуировки от 0,25 до 20 МГц.The advantages of using this method are:
- greatly simplified the technical implementation of obtaining modulated radiation;
- reduced power consumption 5 times, compared with the prototype;
- reduced dimensions of the calibration device;
- expanded the calibration range from 0.25 to 20 MHz.

При создании устройства, реализующее заявляемый способ были применены:
- лазерный модуль типа IDL-670 с длиной волны 670 нм и мощностью излучения 0,03 ВА, с оптическим светопроводом для вывода монохроматического излучения;
- кварцевый генератор с частотой 20 МГц и делителями частоты с коэффициентом деления от 2 до 80;
- усилитель мощности для управления лазерным модулем;
- одновибратор, формирующий длительность излучения лазерного модуля в пределах от 0,2 до 8 мс;
- в качестве скоростного фоторегистратора - скоростная фотокамера типа СФР или ВФУ.When creating a device that implements the inventive method were applied:
- a laser module of type IDL-670 with a wavelength of 670 nm and a radiation power of 0.03 VA, with an optical fiber for outputting monochromatic radiation;
- a crystal oscillator with a frequency of 20 MHz and frequency dividers with a division ratio from 2 to 80;
- a power amplifier for controlling the laser module;
- one-shot, forming the duration of the radiation of the laser module in the range from 0.2 to 8 ms;
- as a high-speed photographic recorder - a high-speed camera such as SFR or VFU.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что заявленный способ обеспечивает оптическую градуировку скоростных фоторегистраторов в диапазоне длительностей развертки от 8000 до 100 мкс при соответствующих скоростях развертки от 0,075 до 3,7 км/с и частоте следования меток от 0,25 до 20 МГц. Experimental studies have shown that the claimed method provides optical calibration of high-speed photorecorders in the range of scan durations from 8000 to 100 μs at corresponding scan speeds from 0.075 to 3.7 km / s and a tag repetition rate of 0.25 to 20 MHz.

Оптическая градуировка снижает погрешность измерений временных интервалов до 0,1% при доверительной вероятности 0,95. Optical calibration reduces the measurement error of time intervals to 0.1% with a confidence level of 0.95.

Claims

The laser method for optical calibration of the sweep of a high-speed photorecorder, which consists in generating an image of the process under study in the slit plane that cuts out the useful part of the image under study, simultaneously modulating the light with a lens, projecting it onto a rotary mirror and transmitting both light fluxes through an internal lens and a developing mirror to fixed film, characterized in that the modulated light is generated by a pulsed laser generator with an optical fiber m, with the end face of which light is focused by a lens and directed at the rotatable mirror placed near the gap plane, the frequency of the laser pulse generator is stabilized by a quartz resonator, and the length is proportional to the duration of the photographic calibration scan.