СИСТЕМА ТЕНЕВОГО ФОТОГРАФИРОВАНИЯ БЫСТРОПРОТЕКАЮЩЕГО ПРОЦЕССА

Полезная модель относится к оптическим системам регистрации, а именно, к системам фотографической регистрации быстропротекающих процессов и может быть использована для оптической диагностики при исследованиях в области аэродинамики, газодинамики, баллистики и т.д.
Общеизвестно (А.В.Фомин Общий курс фотографии, М. «Легкая индустрия», 1974), что фотографирование на пленку (ПЗС-матрицу), находящуюся в фотоаппарате (камере с объективом), сопровождается как уменьшением размера изображения по сравнению с истинным размером снимаемого объекта (примерно в L/f раз, где L - расстояние до объекта, f - фокусное расстояние), так и уменьшением разрешения (лин (пкс)/мм) за счет собственного разрешения объектива. Между тем, для ряда приложений требуется визуализировать процессы или объекты размером порядка 0,1 мм, что требует фоторегистрации с натурным масштабом изображения.
Известна система теневой фоторегистрации на открытую пленку («метод светящейся точки») (Г.Д.Саламандра. Фотографические методы исследований быстропротекающих процессов. М., «Наука», 1974, с.8, рис.1-2.) в темное время суток в открытых (полевых) условиях. В состав системы входит импульсный источник света, создающий расходящийся или параллельный пучок лучей и синхронизованный по моменту запуска с моментом появления объекта в зоне регистрации, создаваемой источником, а также кассету с широкоформатной открытой фотопленкой.
Работа схемы основана на подаче светового импульса от импульсного источника света в область регистрации объекта исследования (летящей модели) в момент прохождения его около фотоматериала (фотопленки). Возникающее при движении модели в воздухе изменение показателя преломления возмущенного газа (закон Лорентца-Лоренца) приводит к изменению траектории лучей источника и перераспределению освещенности в зоне регистрации. Это позволяет визуализировать на теневом изображении оптические неоднородности и получать спектр обтекания модели.
Недостатком является отсутствие возможности реализации схемы при режимах испытаний, сопровождающихся фоновой подсветкой, т.е. при регистрации процессов, сопровождающихся самосвечением и происходящих вне зоны действия излучения, сопутствующего работе, в частности, разгонного устройства (например, выхлоп пороховой баллистической установки, разлет продуктов взрыва взрывного метающего устройства и т.д.).
Известна система теневого фотографирования быстропротекающего процесса, сопутствующего высокоскоростному движению объекта исследования (патент РФ №76166, 10.09.08), содержащая точечный импульсный источник света, момент запуска которого синхронизован с моментом появления объекта исследования в зоне регистрации, создаваемой источником, а также кассету с широкоформатной открытой пленкой. В данной системе кассета с пленкой помещены в светонепроницаемый кожух с входным и выходным окнами для сквозного движения объекта в зоне регистрации и отверстием, обеспечивающим точечность источника света, в контакте с фоточувствительным слоем фотопленки установлен пленочный светофильтр, спектральная кривая пропускания которого выбрана из условия экспонирования пленки фоновой подсветкой до плотностей почернения на уровне 0,2-0,5.
Недостаток системы состоит в том, что, несмотря на исключение влияния фоновой подсветки на результаты фотографирования, наличие светофильтра ограничивает спектральную составляющую светового импульса.
Задача состоит в том, чтобы в момент экспонирования исследуемого объекта импульсным источником света пропустить полный спектр излучения максимально перекрывающий спектр чувствительности фотопленки.
Технический результат полезной модели состоит в исключении влияния светофильтра на спектральные характеристики регистрируемого процесса при отсутствии влияния фоновых подсветок на результаты теневой фоторегистрации.
Технический результат достигается тем, что в отличие от известной системы теневого фотографирования быстропротекающего процесса, сопутствующего высокоскоростному движению объекта исследования, содержащей точечный импульсный источник света, момент запуска которого синхронизован с моментом появления объекта в зоне регистрации, создаваемой источником, а также расположенную напротив источника кассету с широкоформатной открытой фотопленкой, причем кассета с фотопленкой помещена в светонепроницаемый кожух с входным и выходным окнами для сквозного движения объекта в зоне регистрации и отверстием, обеспечивающим точечность источника света, а напротив фоточувствительного слоя фотопленки установлен светофильтр, в предложенной системе в качестве светофильтра использован фотоэлектропреобразователь с возможностью регулирования светового коэффициента пропускания в процессе фотографирования, причем в исходном состоянии чувствительность фотопленки и световой коэффициент пропускания светофильтра согласованы.
Выбор в качестве светофильтра фотоэлектропреобразователя, характеризующегося возможностью регулирования светового коэффициента пропускания при условии согласованности по пропусканию света чувствительности фотопленки и коэффициента пропускания светофильтра в исходном состоянии, позволяет при регистрации быстропротекающих процессов, сопутствующих высокоскоростному движению объектов, движущихся с гиперзвуковыми скоростями, исключить влияние светофильтра на результаты теневой фоторегистрации и избежать ограничения спектра излучения источника света, при этом снизить влияние фоновых подсветок.
Выполнение условия согласования пропускания света позволит повысить качество регистрации при использовании решения для любых широко применяемых в фотографировании типов пленки (панхроматические, изопанхроматические, ортохроматические).
На фиг.1 схематично изображена заявляемая система, где:
1 - импульсный источник света с накопителем энергии;
2 - кассета;
3 - фотопленка;
4 - светонепроницаемый кожух с входным и выходным окнами и отверстием, обеспечивающим точечность излучателя;
5 - фотоэлектропреобразователь (светофильтр);
6 - блок автоматики с источником питания;
7-объект исследования.
Согласно фиг.1, источник света (1) и кассета (2) с фотопленкой (3) помещены в светонепроницаемый кожух (4) с входным и выходным окнами и отверстием, обеспечивающим точечность источника света (1). Импульсный источник света (1) запускается в момент появления движущегося объекта исследования (7) в зоне регистрации. Регистрация сопутствующего движению объекта быстропротекающего процесса производится на фотопленку (3), перед пленкой размещен фотоэлектропреобразователь (светофильтр) (5), подключенный к блоку автоматики (6), по сигналу с которого обеспечивается регулирование светового коэффициента пропускания светофильтра. Время подачи сигнала рассчитывают исходя из условия исключения влияния фоновой подсветки на процесс фоторегистрации. Фотопленка и светофильтр в исходном состоянии согласованы по пропусканию света.
Разработана методика проведения испытаний, ориентированная на использование в качестве разгонного устройства винтовки СВД калибром 7,62 мм с начальной скоростью полета пули 820 м/с. Для оптической регистрации теневым методом спроектирован и изготовлен передвижной стенд теневой фоторегистрации. Кассета (2) с пленкой (3) заключена в деревянный кожух (4), обклеенный черной бумагой. Точечность источника света (1) обеспечена отверстием, выполненным в кожухе напротив фотопленки. При пробитии пленочного контактного датчика, устанавливаемого на входе в стенд, формируется положительный импульс с амплитудой 30 В, который поступает на вход блока дискретных задержек (БДЗ). В БДЗ установлен временной интервал, связанный с расстоянием от контактного датчика до зоны фоторегистрации и скоростью пули на данном участке. БДЗ в установленный временной интервал запускает импульсный источник света (1), который производит фоторегистрацию летящей пули (6) и спектров ее обтекания на фотопленку (3), установленную в специальной кассете (2). Исключение влияния светофильтра на спектральные характеристики регистрируемого процесса при отсутствии влияния фоновых подсветок на результаты теневой фоторегистрации обеспечено в реализованном варианте посредством блока автоматики, настроенного на световое излучение фоновых подсветок, который при этом управляет фотоэлектропреобразователем, затеняющим в заданном режиме в процессе регистрации фоточувствительный слой аэрофотопленки (изопанхроматическая) тип 52.
Фотоэлектропреобразователь в открытом состоянии имеет коэффициент пропускания близкий к единице, позволяет производить экспонирование пленки не ограниченным спектром светового излучения импульсного источника света. В результате теневой фоторегистрации быстропротекающего процесса получено изображение пули калибром 7,62 мм и сопровождающих ее движение ударной волны и турбулентного следа.
Таким образом, выбор типа светофильтра и особенности режима его работы позволяют избежать ограничения спектра светового излучения при исключении влияния фоновой подсветки на фотоизображение исследуемого быстропротекающего процесса.