Изобретения относятся к регистрации быстропротекающих процессов, в частности к многокадровой теневой визуализации процессов.The invention relates to the registration of fast processes, in particular to multi-frame shadow visualization of processes.
Известны способ получения изображения быстропротекающего процесса и система для его осуществления с использованием импульсного источника света в виде газового лазера на парах меди, оптической системы, формирующей световой пучок, и фоторегистратора (Кудряшов Н.Н. Специальные киносъемки. – М.: Искусство, 1979, с. 28-41, 107). Импульсный газовый лазер на парах меди обеспечивает получение импульсов длительностью 30 нс и длинами волн 511 нм (зеленая) и 578 нм (желтая). Однако съемка быстропротекающих и мелкомасштабных процессов при данных длинах волн не обладает высоким качеством. Данные способ и система позволяют получить один кадр за опыт. Для дальнейшего повышения качества изображения требовалось уменьшить длину волны. Это было достигнуто в «Устройстве для фоторегистрации быстропротекающих процессов», (п. RU №2078364, МПК G03B 41/14 (2006.01), опубл. 27.04.97). Устройство содержит лазерный источник в виде газового лазера, оптическую систему, выполненную в виде рассеивающей и собирающей линз и формирующую световой пучок, и фоторегистратор. Лазерный источник выполнен в виде ультрафиолетового азотного лазера, а оптическая система, формирующая световой пучок, содержит ультрафиолетовые светофильтры, установленные перед фоторегистратором. Для визуализации изображения оптическая система снабжена люминесцирующим экраном. Данные способ и устройство выбраны в качестве прототипа для заявляемых способа и устройства. Недостатком данных способа и устройства остается невозможность осуществления теневой кинорегистрации. Уменьшение длины волны до 337 нм (ультрафиолет) и достигнутое этим повышение качества изображения компенсируется низким разрешением люминесцирующего экрана, на котором строится изображение.A known method of obtaining images of a fast-moving process and a system for its implementation using a pulsed light source in the form of a gas laser using copper vapor, an optical system that forms a light beam, and a photographic recorder (Kudryashov N.N. Special filming. - M .: Art, 1979, pp. 28-41, 107). A pulsed copper vapor gas laser provides pulses with a duration of 30 ns and wavelengths of 511 nm (green) and 578 nm (yellow). However, the survey of fast-moving and small-scale processes at given wavelengths does not have high quality. These method and system allow you to get one frame per experience. To further improve image quality, it was necessary to reduce the wavelength. This was achieved in the "Device for photographic registration of fast processes", (p. RU No. 2078364, IPC G03B 41/14 (2006.01), publ. 04/27/97). The device comprises a laser source in the form of a gas laser, an optical system made in the form of scattering and collecting lenses and forming a light beam, and a photographic recorder. The laser source is made in the form of an ultraviolet nitrogen laser, and the optical system that forms the light beam contains ultraviolet light filters installed in front of the photographic recorder. For visualization of the image, the optical system is equipped with a luminescent screen. These method and device are selected as a prototype for the inventive method and device. The disadvantage of the data of the method and device is the inability to perform shadow cinema recording. A decrease in the wavelength to 337 nm (ultraviolet) and the resulting improvement in image quality are compensated by the low resolution of the luminescent screen on which the image is built.
Техническая задача, на решение которой направлены заявляемые изобретения, заключается в создании способа и устройства, обеспечивающих кинорегистрацию быстропротекающих процессов, сопутствующих высокоскоростному движению объекта исследования. Технический результат состоит в повышении информативности за счет повышения числа кадров.The technical problem to which the claimed inventions are directed is to create a method and device that provides film registration of fast processes associated with the high-speed movement of the object of study. The technical result consists in increasing the information content by increasing the number of frames.
Технический результат достигается за счет того, что в заявляемом способе получения изображения быстропротекающего процесса, включающем формирование пучка света в направлении быстропротекающего процесса, расположенного перед экраном по направлению распространения света, при помощи лазерного источника и оптической системы, регистрацию пучка света, в отличие от прототипа пучок света формируют при помощи полупроводникового лазера, работающего в непрерывном режиме, а регистрацию пучка света, прошедшего через экран из полупрозрачного материала, производят скоростной цифровой камерой. Технический результат достигается также за счет того, что в заявляемой системе для получения изображения быстропротекающего процесса, включающей лазерный источник, оптическую систему, формирующие световой пучок, фоторегистратор, экран, и быстропротекающий процесс, расположенный перед экраном по направлению распространения света, в отличие от прототипа лазерный источник, выполненный в виде полупроводникового лазера, работающего в непрерывном режиме, оптическая система, вертикальный экран из полупрозрачного материала и фоторегистратор в виде скоростной цифровой камеры установлены последовательно на одной оптической оси.The technical result is achieved due to the fact that in the claimed method of obtaining an image of a fast-moving process, including the formation of a light beam in the direction of a fast-moving process, located in front of the screen in the direction of light propagation, using a laser source and an optical system, registration of the light beam, in contrast to the prototype beam light is formed using a semiconductor laser operating in a continuous mode, and the registration of a beam of light transmitted through a screen of a translucent ma terial, produce high-speed digital camera. The technical result is also achieved due to the fact that in the inventive system for obtaining images of a fast-moving process, including a laser source, an optical system that forms a light beam, a photorecorder, a screen, and a fast-moving process located in front of the screen in the direction of light propagation, in contrast to the laser prototype a source made in the form of a semiconductor laser operating in a continuous mode, an optical system, a vertical screen made of a translucent material and a photo register OPs in the form of a high-speed digital camera are mounted sequentially on one optical axis.
Выполнение всей совокупности признаков заявляемого способа и устройства позволяет осуществить кинорегистрацию быстропротекающего процесса, сопутствующего высокоскоростному движению объекта исследования и за счет этого повысить информативность экспериментов. Заявляемые изобретения поясняются чертежом, на котором схематично изображена система для получения изображения быстропротекающего процесса, включающая установленные последовательно на одной оптической оси лазерный источник 1, оптическую систему 2, формирующие световой пучок, вертикальный экран 3 из полупрозрачного материала, фоторегистратор 4 в виде скоростной цифровой камеры. Лазерный сточник 1 выполнен в виде полупроводникового лазера, работающего в непрерывном режиме. Быстропротекающий процесс 5, сопутствующий высокоскоростному движению объекта исследования, расположен перед экраном 3 по направлению распространения света. Для достижения технического результата полупроводниковый лазер 1, оптическую систему 2, вертикальный экран 3 из полупрозрачного материала (ткань, калька, лавсан, диффузно-рассеивающие свет) и фоторегистратор 4 в виде скоростной цифровой камеры устанавливают последовательно на одной оптической оси, формируют расходящийся либо параллельный пучок света в направлении быстропротекающего процесса 5, расположенного перед экраном 3 по направлению распространения света, при помощи лазера 1 и оптической системы 2. Регистрацию пучка света производят скоростной цифровой камерой 4. Регистрацию процесса осуществляют при согласовании моментов начала быстропротекающего процесса 5 перед экраном 3 и момента запуска лазера 1. Благодаря использованию заявляемой системы упрощается синхронизация. Запуск лазера и камеры с достаточным объемом памяти может осуществляться, например, одновременно с выстрелом баллистической установки или запуском ракетного поезда на треке. Не требуется контактных датчиков и оптических сечений запуска, что позволяет организовывать передвижные посты теневой кинорегистрации в заданных точках. Для последовательной визуализации оптической неоднородности (фронт слабой ударной волны) использовались стабилизированный синий лазерный диод 1 большой длительности (450 нм), работающий в непрерывном режиме, и оптическая система 2 в виде плоско-выпуклой линзы, которая обеспечила получение параллельного пучка света. Для стабилизации параметров работы лазерного диода 1 применялись синхронизируемая электронная схема управления, включающая электронный ключ с минимально возможным падением напряжения на нем, и схема для электропитания лазерного диода вместо аккумуляторов стабилизированного источника достаточной мощности, что исключило падение уровня излучения при значительных длительностях свечения. В качестве электронного ключа был применен мощный полевой транзистор с индуцированным каналом типа IRT4905. Управление ключом возможно от любого генератора импульсов в режиме активного выходного сопротивления, например АКИП-3402. Регулируемая длительность импульсов АКИП-3402-в пределах единиц-сотен миллисекунд. Источник питания ЛД типа Б5-90. Источник излучения подключали к блоку питания через схему управления длительностью импульса и генератора импульсов. Длительность импульса генератора импульсов изменяли в пределах от 3 мс до 3 с. Проходя через зону съемки, лучи строят теневое изображение на диффузно-рассеивающем экране. Скоростная камера осуществляет фотографирование в проходящем свете. Был сформирован пучок света в направлении быстропротекающего процесса, расположенного перед экраном 3. Скоростной цифровой камерой «ВидеоСпринт», работающей в режиме 4500 к/с, осуществлена последовательная визуализация оптической неоднородности (фронт слабой ударной волны) в четырех последовательных положениях. Количество кадров определялось зоной съемки.Implementation of the totality of the features of the proposed method and device allows for the filming of a fast-moving process that accompanies the high-speed movement of the object of study and thereby increase the information content of experiments. The claimed inventions are illustrated by a drawing, which schematically shows a system for acquiring an image of a fast-moving process, including a laser source 1 mounted in series on an optical axis, an optical system 2 forming a light beam, a vertical screen 3 made of translucent material, and a photographic recorder 4 in the form of a high-speed digital camera. The laser source 1 is made in the form of a semiconductor laser operating in a continuous mode. The fast-moving process 5 associated with the high-speed movement of the object of study is located in front of the screen 3 in the direction of light propagation. To achieve a technical result, a semiconductor laser 1, an optical system 2, a vertical screen 3 made of a translucent material (cloth, tracing paper, lavsan, diffusely scattering light) and a photo recorder 4 in the form of a high-speed digital camera are mounted sequentially on one optical axis, a diverging or parallel beam is formed light in the direction of the fast-moving process 5, located in front of the screen 3 in the direction of light propagation, using a laser 1 and an optical system 2. Registration of a light beam produces t-speed digital camera 4. The registration process is performed at the starting instants of Harmonization fast processes front of the screen 5 and 3 since the start of the laser 1. By using the inventive system simplifies synchronization. A laser and a camera with sufficient memory can be launched, for example, simultaneously with a shot of a ballistic installation or launch of a rocket train on a track. Contact sensors and optical launch cross sections are not required, which makes it possible to organize mobile shadow cinema recording posts at specified points. For sequential visualization of optical inhomogeneity (front of a weak shock wave), we used a stabilized blue laser diode 1 of long duration (450 nm), operating in continuous mode, and optical system 2 in the form of a plano-convex lens, which provided a parallel beam of light. To stabilize the operation parameters of laser diode 1, a synchronized electronic control circuit was used, including an electronic switch with the lowest possible voltage drop across it, and a circuit for powering the laser diode instead of batteries of a stabilized source of sufficient power, which eliminated a drop in radiation level at significant luminescence durations. As an electronic key, a powerful field-effect transistor with an induced channel type IRT4905 was used. Key management is possible from any pulse generator in the active output resistance mode, for example, AKIP-3402. Adjustable pulse width AKIP-3402-within a few hundred milliseconds. Power supply LD type B5-90. The radiation source was connected to the power supply through a pulse width control circuit and a pulse generator. The pulse duration of the pulse generator was varied from 3 ms to 3 s. Passing through the shooting area, the rays build a shadow image on a diffuse-scattering screen. A high-speed camera takes photos in transmitted light. A light beam was formed in the direction of the fast-moving process located in front of screen 3. The high-speed digital Video Camera Sprint operating in the 4500 fps mode performed sequential visualization of optical inhomogeneity (front of a weak shock wave) in four successive positions. The number of frames was determined by the shooting area.
