一种高速运动过程图像记录装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高速运动过程图像记录装置，包括前端光学耦合模块、选通式近贴聚焦像增强器、选通时序触发和控制模块、选通高压脉冲产生模块、后端光学耦合模块、CCD图像记录模块及主控计算机；被测高速运动目标通过前端光学耦合模块成像到选通式近贴聚焦像增强器的光阴极上，光阴极上的图像由选通高压脉冲产生模块控制在近贴聚焦像增强器的荧光屏上形成高速运动目标的序列分幅图像，该分幅图像再经后端光学耦合模块耦合到CCD图像记录模块输出数字图像，完成一次被摄目标运动过程的分幅记录；本发明专利技术能够为冲击波与爆轰物理测试、常规武器弹丸的弹道分析、材料微喷和界面不稳定性、高速飞行物体的轨迹记录等超快过程的研究提供高质量的数字化图像。

【技术实现步骤摘要】
一种高速运动过程图像记录装置
本专利技术属于高速摄影装置及
，涉及一种能够在一幅图像中完整呈现运动物体运动过程的高速光电分幅成像装置，具体的说就是利用脉冲个数、脉冲宽度和脉冲时间间隔可调的序列高压脉冲串驱动单个选通式近贴聚焦像增强器光电阴极来实现对运动物体运动过程的图像记录。
技术介绍
高速分幅摄影技术是研究高速运动过程的一种重要测试方法，它与一般摄影技术最根本的区别，就是它具有高的时间分辨本领，能够跟踪快速变化或运动过程的发生和发展，并记录下来。高速分幅摄影技术具有时间分辨率高（曝光时间短）、摄影频率高等优点，其拍摄的图像可直观形象地反映高速瞬变过程发展趋势，从而为研究高速运动现象的发生机理和规律提供可靠数据，具有其它测试手段不可替代的优点。高速分幅摄影技术按成像方式可分为光学机械结构高速分幅摄影技术和高速光电分幅摄影技术。前者通常采用电动或气动控制的高速旋转反射镜成像，由于高速旋转反射镜在一定转速下工作稳定性下降甚至会发生变形，这导致进一步提高摄影频率非常困难，目前每幅图像时间分辨在亚微秒量级，摄影频率在106幅/秒左右；此外，光学机械结构的高速摄影设备结构复杂、体积庞大、操作繁琐，也大大限制其应用领域。为克服光学机械结构的高速摄影技术时间分辨和摄影频率很难进一步提高的缺点，高速光电分幅摄影技术应运而生，主要包括微波传输型光电分幅摄影技术、交叉点扫描多光栏分幅成像技术、多通道光学分幅光电摄影技术。微波传输型光电分幅摄影技术首先采用光学针孔成像方法将运动物体目标像面分成空间上分离的多个像面，在后端的近贴聚焦像增强器的微通道板上制作有微波传输线，被光学针孔成像方法分离的多个成像像面沿微波传输线分布，当一个高压脉冲沿微波传输线传输时，沿微波传输线分布的多个像面就会被该脉冲依次选通成像，从而得到运动目标像面在不同时刻的记录图像。由于此方法所得到的运动过程图像时间间隔与脉冲沿微波传输线的传输时间有关，通常在数十皮秒量级，所以该类系统无法得到纳秒以上时间间隔的分幅记录图像。交叉点扫描多光栏分幅成像技术采用扫描管电子偏转方式实现高速分幅成像，其单幅时间分辨可以达到亚纳秒量级，但其主要缺点是时间分辨与画幅间隔相关联，无法实现独立调节，而且其全程记录时间只有数纳秒，无法满足运动过程在微秒或毫秒时间范围的多幅记录。多通道光学分幅光电摄影技术首先采用棱镜或平面分光方式将运动物体目标像面分成多个空间上分离的像面，然后每个像面用一个选通式近贴聚焦像增强器进行高速选通成像，最后再由CCD记录。此种技术的记录画幅数由分光后像面数量和对应的选通式近贴聚焦像增强器个数决定。虽然可以实现单幅数纳秒到毫秒以上曝光时间的调节，应用领域也非常广，但该技术采用了复杂的光学分光系统将被测物体成像在不同的像增强器上，设计中不可避免因每个分光系统的不一致性所引入的成像畸变和像差，也不能在同一幅图像上显示被测物体的运动轨迹。此外，每个分离像面需要对应一个选通式近贴聚焦像增强器，势必增加系统复杂度和成本，降低了系统稳定性和可靠性。在高速分幅成像技术中还有利用自聚焦透镜阵列分光成像、激光脉冲照明成像等方式。自聚焦透镜阵列分光成像基本原理与多通道光学分幅光电摄影相同，也是将目标像面分成多个空间上分离的像面然后利用后端CCD记录成像；激光脉冲照明成像利用脉冲激光照亮目标形成短曝光时间，然后利用CCD记录成像，该高速成像技术只能在背景环境光较暗的场所应用，而且对激光光束的光斑均匀性要求较高，否则曝光不均匀，成像质量较差。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足之处，本专利技术的主要目的是提出一种结构简单，仅用一个通道光学耦合模块和一个选通式近贴聚焦像增强器，就可以实现对高速运动过程进行快速分幅图像记录的装置。由于该装置未使用多路分光系统，避免了多路成像时引入的成像畸变和像差，而且其以非常简单的结构实现对运动目标的多次成像。每次成像的曝光时间在数纳秒到毫秒以上可调，多次成像间隔也可在十纳秒到毫秒以上可调。该装置的上述特点使其特别适用于时间范围在数十纳秒到毫秒量级运动过程的图像记录。本专利技术采用如下技术方案：一种高速运动过程图像记录装置，包括前端光学耦合模块、选通式近贴聚焦像增强器、选通时序触发和控制模块、选通高压脉冲产生模块、后端光学耦合模块、CCD图像记录模块及主控计算机，所述前端光学耦合模块的输出端与选通式近贴聚焦像增强器的输入端连接，选通式近贴聚焦像增强器输出到后端光学耦合模块并通过CCD图像记录模块输出到主控计算机；所述选通时序触发和控制模块完成与主控计算机通讯的同时，控制CCD图像记录模块、选通高压脉冲产生模块连接和前端光学耦合模块中的电磁快门，所述选通高压脉冲产生模块与选通式近贴聚焦像增强器连接。在上述技术方案中，所述前端光学耦合模块包括主物镜、分划板、电磁快门和前中继物镜，所述选通时序触发和控制模块与电磁快门连接。在上述技术方案中，所述选通高压脉冲产生模块采用互补MOSFET输出及其驱动电路结构，所述电路包括低压脉冲高低电平检测及振荡电路、MOSFET驱动器、驱动脉冲整形和驱动加速电路、一对P沟道场效应管和N沟道场效应管。在上述技术方案中，所述选通时序触发和控制模块的电路结构包括通讯接口模块、延时计数器、高频时钟模块、时钟计数器、CCD积分时间计数及判别模块、多个比较器以及脉冲合成模块。在上述技术方案中，所述方法包括以下步骤：步骤一：初始化数据，通过主控计算机设定CCD图像记录模块、选通时序触发和控制模块的各项指标，并等待外触发输入信号；步骤二：被测运动目标经前端光学耦合模块成像到选通式近贴聚焦像增强器的光阴极上，该光阴极与选通高压脉冲产生模块相连接；步骤三：在外触发信号到来时，选通时序触发和控制模块控制选通高压脉冲产生模块输出序列高压脉冲，使目标物体成像到光阴极上的图像被依次序列选通，转换成电子图像；步骤四：电子图像经施加在选通式近贴聚焦像增强器的微通道板上的高压加速后轰击在选通式近贴聚焦像增强器的荧光屏上形成与运动物体位置相关联的物体运动过程图像；步骤五：图像经过后端光学耦合模块耦合到CCD图像记录模块并按设定时间进行积分后输出，通过以太网通讯接口将图像信息传输到主控计算机显示或处理。在上述技术方案中，所述选通时序触发和控制模块控制选通高压脉冲产生模块输出幅值在＋60V到-180V之间交替变化的高速序列脉冲串。在上述技术方案中，输出常态电压为＋60V，开通电压为-180V。在上述技术方案中，所述交替变化的受控高速序列脉冲串实现选通式近贴聚焦像增强器的多次打开和关闭，将运动目标成像在选通式近贴聚焦像增强器荧光屏的不同位置。所述选通式近贴聚焦像增强器由可高速重复选通的光阴极、微通道板和荧光屏组成，在序列高压脉冲控制下将运动目标图像高速选通成像在其荧光屏上，该选通式近贴聚焦像增强器单次最窄选通时间可达到十纳秒，最长选通时间可达到十毫秒以上。所述选通高压脉冲产生模块由低压脉冲整形部分、低压驱动和对称高频场效应管组成。其主要作用是产生控制选通式近贴聚焦像增强器的脉冲，具体为由5V脉冲信号控制的+60V到-180V峰峰值的高压序列脉冲。该高压序列脉冲常态输出电平为+60V，脉冲输出低电平-180V，输出最短低电平脉冲宽度10ns，最长低电平脉冲宽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速运动过程图像记录装置，其特征为包括前端光学耦合模块、选通式近贴聚焦像增强器、选通时序触发和控制模块、选通高压脉冲产生模块、后端光学耦合模块、CCD图像记录模块及主控计算机，所述前端光学耦合模块的输出端与选通式近贴聚焦像增强器的输入端连接，选通式近贴聚焦像增强器输出到后端光学耦合模块并通过CCD图像记录模块输出到主控计算机；所述选通时序触发和控制模块完成与主控计算机通讯的同时，控制CCD图像记录模块、选通高压脉冲产生模块和前端光学耦合模块中的电磁快门，所述选通高压脉冲产生模块与选通式近贴聚焦像增强器连接。

【技术特征摘要】
1.一种高速运动过程图像记录装置，其特征为包括前端光学耦合模块、选通式近贴聚焦像增强器、选通时序触发和控制模块、选通高压脉冲产生模块、后端光学耦合模块、CCD图像记录模块及主控计算机，所述前端光学耦合模块的输出端与选通式近贴聚焦像增强器的输入端连接，选通式近贴聚焦像增强器输出到后端光学耦合模块并通过CCD图像记录模块输出到主控计算机；所述选通时序触发和控制模块完成与主控计算机通讯的同时，控制CCD图像记录模块、选通高压脉冲产生模块和前端光学耦合模块中的电磁快门，所述选通高压脉冲产生模块与选通式近贴聚焦像增强器连接；所述前端光学耦合模块由主物镜、分划板、电磁快门和前中继物镜组成，且延光路方向依次为主物镜、分划板、电磁快门和前中继物镜，且电磁快门设置在分化板和前中继物镜之间，所述选通时序触发和控制模块与电磁快门连接。2.根据权利要求1所述的一种高速运动过程图像记录装置，其特征为所述选通高压脉冲产生模块采用互补MOSFET输出及其驱动电路结构，所述电路包括低压脉冲高低电平检测及振荡电路、MOSFET驱动器、驱动脉冲整形和驱动加速电路、一对P沟道场效应管和N沟道场效应管。3.根据权利要求1所述的一种高速运动过程图像记录装置，其特征为所述选通时序触发和控制模块的电路结构包括通讯接口模块、延时计数器、高频时钟模块、时钟计数器、CCD积分时间计数及判别模块、多个比较器以及脉冲合成模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：温伟峰，熊学仕，何徽，陶世兴，李泽仁，彭其先，田建华，吴廷烈，赵新才，刘宁文，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：