КОМБИНИРОВАННЫЙ ФОТОПОСТ ДЛЯ ОПТИЧЕСКОЙ РЕГИСТРАЦИИ БЫСТРОПРОТЕКАЮЩИХ ПРОЦЕССОВ

Полезная модель относится к системам, основанным на оптических схемах регистрации, а именно, схемах фотографической регистрации быстропротекающих процессов, и может быть использована для оптической диагностики при исследованиях в области аэродинамики, газодинамики, баллистики и т.д.
Известен аналог - система, в основе которой лежит схема фотографирования в отраженном свете при использовании импульсной подсветки (А.В.Фомин Общий курс фотографии, М. «Легкая индустрия», 1974). Недостаток - невозможность визуализации оптических неоднородностей, сопровождающих высокоскоростное движение исследуемых моделей.
Известна схема теневой фоторегистрации камерой с электронно-оптическим затвором (ЭОП), лежащая в основе системы оптической регистрации (С.И.Герасимов Ю.И.Файков, С.А.Холин Кумулятивные источники света, Саров, 2002, стр.78 рис.1.68), где импульсный точечный источник света, синхронизируемый с моментом регистрации объекта исследования, строит теневое изображение на диффузно-рассеивающем экране, а запускаемая с началом его работы камера с электронно-оптическим преобразователем (ЭОП) (фотокамера с ЭОП-затвором) фиксирует это изображение (фотографирование в проходящем свете).
Недостаток системы заключается в ограничении информации о состоянии поверхности регистрируемого объекта.
Известна система (прототип-патент на ПМ №76165, 10.09.08) оптической фоторегистрации быстропротекающего процесса, сопутствующего высокоскоростному движению объекта исследования (ОИ), содержащая точечный импульсный источник света, связанный с системой синхронизации момента его запуска с моментом появления объекта исследования в зоне регистрации, создаваемой источникам, диффузно-рассеивающий полупрозрачный экран, камеру с ЭОП, расположенную от источника за экраном, перед экраном со стороны импульсного источника света размещена дополнительная камера с ЭОП, установленная с возможностью одновременного запуска с источником света и основной камерой с ЭОП посредством блока синхронизации, причем светотехнические параметры источника света выбраны из условия обеспечения регистрации в проходящем и отраженном свете.
Несмотря на устранение основных недостатков аналогов, система может быть доработана, что позволит ей увеличить возможности определения динамических характеристик движения ОИ и повысить информационную отдачу в одном сечении регистрации.
Для ряда задач, прежде всего в практике баллистического эксперимента, требуется, например, одновременно с информацией о расхождении в процессе движения крупногабаритных элементов баллистической установки, в частности, поддона с размещенной в его стволе испытываемой баллистической моделью (эта часть задачи решается теневым методом), получить информацию о состоянии поверхности этой модели, а также после дешифрования полученных фотографий определить динамические характеристики ОИ.
Технический результат заявляемой полезной модели состоит в повышении информативности схемы регистрации в одном эксперименте.
Данный технический результат достижим за счет того, что в отличие от известного фотопоста, содержащего диффузно-рассеивающий полупрозрачный экран, связанные с блоком синхронизации точечный импульсный источник света, установленный перед экраном, камеру с ЭОП, расположенную от источника за экраном, перед экраном со стороны импульсного источника света размещена дополнительная камера с ЭОП, причем светотехнические параметры источника света выбраны из условия обеспечения фоторегистрации в проходящем и отраженном свете, в предлагаемый фотопост введен, по меньшей мере, один дополнительный импульсный источник света, расположенный перед экраном вдоль траектории движения объекта исследований и обладающий светотехническими параметрами, обеспечивающими фоторегистрацию ОИ в процессе его высокоскоростного движения в отраженном свете, причем включение основных и дополнительных источников света и камер с ЭОП согласовано посредством блока синхронизации с обеспечением возможности фоторегистрации в режиме многокадровой экспозиции.
Введение в систему помимо основной камеры с ЭОП-затвором, расположенной за экраном от источника света с выбранными в соответствии с заявляемыми светотехническими характеристиками, и регистрирующей теневую картину в проходящем свете дополнительной камеры, установленной перед экраном, работающей в режиме многокадровой экспозиции с возможностью одновременного открытия затвора с работой дополнительного источника света, причем первое открытие затвора синхронизировано по времени с открытием затвора основной камеры и первого (основного) источника света, а также выбор светотехнических характеристик источников в совокупности позволяют регистрировать процесс комбинированно в отраженном и проходящем свете. Работа всех элементов схемы в единой шкале времени управляется блоком синхронизации. Количество затворных импульсов и соответствующее число источников света может быть увеличено.
Таким образом, сочетание результатов фоторегистрации в проходящем и отраженном свете с реализацией режима многокадровой экспозиции с работой нескольких импульсных источников света дает возможность в одном эксперименте повысить информативность системы, а именно после дешифрования полученных фотографий определить динамические характеристики ОИ.
∗
∗
∗
1
2
На фиг. изображена схема фоторегистрации, лежащая в основе заявляемого комбинированного фотопоста, где 1 - основная фотокамера с ЭОП-затвором, 1 - дополнительная фотокамера с ЭОП-затвором, работающая в режиме многокадровой экспозиции, 2 - импульсный источник света с точечным излучателем (для построения теневой картины), 2 - дополнительный импульсный источник света, 3 - блок синхронизации, 4 - положение ОИ в момент времени T, 4 - положение ОИ в момент времени Т, 5 - лавсановый экран (диффузно-рассеивающий полупрозрачный экран).
При проведении аэробаллистического эксперимента, а именно - эксперимента по метанию испытываемой модели со скоростью 0.5…3.0 км/с из баллистической установки (БУ), одной из важнейших задач баллистики является исследование процессов взаимодействия элементов сложной системы: собственно модели, ведущих элементов (поддонов, обкладок, обтюраторов), ствола БУ, продуктов горения порохового заряда, ударных волн, формируемых движущимися телами.
Для решения задачи фотографической регистрации таких процессов была разработана схема фотографирования (фиг.), в которой в одном сечении производилось как теневое фотографирование ОИ в проходящем свете, так и съемка нескольких изображений объекта исследований в отраженном свете.
2
∗
∗
0.8
1
2
2
1
2
1
При выстреле БУ, в области дульного среза появляется светящаяся зона, на которую ориентирован фотоприемник, определяющий момент выхода ОИ из канала ствола, который запускает блок синхронизации (3). Точечный импульсный источник (2) газоразрядный с ограничением распространения разряда сконструирован таким образом, что, с одной стороны, он обладает необходимыми светотехническими параметрами, достаточными для построения изображения модели в отраженном свете (яркость ≈6.2 Мсб, тело свечения 0.785 см, при чувствительности фотопленки S=1000 ед. ГОСТ), а с другой, имеет достаточно малое тело свечения (⌀ 10 мм) для того, чтобы являться точечным источником теневой схемы и строить на матовом экране теневые спектры удовлетворительного качества. Источник света (2) генерирует световой импульс по команде блока синхронизации (3) в момент времени Т, когда ОИ находится в зоне регистрации основной фотокамеры (1) и в начальной области регистрации дополнительной фотокамеры (1). В момент времени Т, когда ОИ переместится в конечную область регистрации дополнительной фотокамеры, блок синхронизации выдает команду запуска на дополнительный источник света (2). После испытания, получаем теневую картину газодинамического обтекания ОИ с основной фотокамеры, и двойное изображение ОИ, исходное и смещенное относительно исходного на расстояние L, зарегистрированное основной и дополнительной фотокамерами. Расстояние L определяется через масштаб полученного изображения из соотношения фактических внешних размеров ОИ к размеров ОИ на фотографии. С учетом разницы времен Т и Т определяем скорость, с которой пролетел ОИ расстояние L, с использованием классической зависимости V=L/(T-T) Количество источников света, исходя из технических параметров камер, может быть увеличено до 14 штук.
Схема позволяет в одном эксперименте визуализировать различные фазы раскрытия поддона с размещенной в его стволе испытываемой баллистической моделью, получить информацию о состоянии поверхности модели на начальном участке траектории движения от дульного среза и определять среднюю скорость на участке регистрации дополнительной фотокамеры.
Таким образом, в результате усовершенствования фотопоста повышена информативность схемы за счет получения дополнительных динамических характеристик ОИ в одном эксперименте.