УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХРОНОГРАФИЧЕСКОЙ РЕГИСТРАЦИИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Полезная модель относится к области высокоскоростной фотосъемки при исследовании однократных быстропротекающих физических процессов с использованием скоростного фотохронографического регистратора с зеркальной разверткой.
В настоящее время для фотохронографической регистрации быстропротекающих процессов, сопровождающихся оптическим излучением, используют фотохронографы с зеркальной разверткой типа СФР, на фокальной поверхности которых расположен детектор, выполненный в виде преобразователя матричного типа оптического изображения в электрический сигнал.
Наиболее близким техническим решением к полезной модели (прототипом) является устройство для хронографической регистрации оптического излучения, описанное в патенте РФ №2485566, МПК G03B 39/02 и G04F 13/02, опубликованном 20.06.2013.
Устройство содержит скоростной фотохронографический регистратор (СФР), в состав которого входят пульт управления и фотокамера с электромагнитным затвором, электрическим двигателем и датчиком положения зеркала, датчик меток времени, в состав которого входят источник модулированного оптического излучения и устройство ввода излучения, генератор импульсов оптического излучения с разветвителем, формирователь задержанного импульса, детектор оптического излучения, регистратор оптического излучения и персональный компьютер, информационный вход пульта управления соединен с выходом датчика положения зеркала, выходы соединены с управляющим входом исследуемого объекта, электрическим двигателем, электромагнитным затвором и генератором модулированного оптического излучения, выход источника модулированного оптического излучения оптически соединен с входом устройства ввода излучения, управляющие входы формирователя задержанного импульса и регистратора оптического излучения соединены с информационными выходами пульта управления, управляющий вход генератора импульсов оптического излучения соединен с выходом формирователя задержанного импульса, оптический выход генератора импульсов оптического излучения с помощью разветвителя соединен с планкой, содержащей матрицу оптических волокон, выводящих оптическое излучение из исследуемого объекта, детектор оптического излучения выполнен в виде преобразователя матричного типа оптического изображения в электрический сигнал и расположен на фокальной поверхности фотокамеры СФР, выход детектора оптического излучения соединен с входом регистратора оптического излучения, выход регистратора оптического излучения соединен с входом персонального компьютера.
Недостатком прототипа является небольшая область регистрации в направлении развертки изображения, определяемая размером преобразователя матричного типа оптического излучения в электрический сигнал, на базе которого выполнен детектор оптического излучения из состава устройства для хронографической регистрации оптического излучения, который расположен на фокальной поверхности СФР. В прототипе размер преобразователя матричного типа, составляет ~1 см.
Техническим результатом является увеличение области регистрации в направлении развертки изображения, что приведет к увеличению объема зарегистрированной информации.
Технический результат достигается тем, что устройство для хронографической регистрации оптического излучения, содержащее скоростной фотохронографический регистратор (СФР), в состав которого входят пульт управления и фотокамера, в состав которой входят последовательно расположенные на одной оптической оси входной объектив, электромагнитный затвор, выходной объектив и подвижное зеркало, фотокамера также содержит электрический двигатель, соединенный с подвижным зеркалом, и датчик положения зеркала, также устройство содержит формирователь задержанного импульса, генератор импульсов оптического излучения, разветвитель, устройство ввода излучения, генератор модулированного оптического излучения, компьютер, информационный вход пульта управления соединен с выходом датчика положения зеркала, выходы пульта управления соединены с управляющим входом исследуемого объекта, электромагнитным затвором, электрическим двигателем, формирователем задержанного импульса, генератором модулированного оптического излучения и регистратором оптического излучения, вход которого соединен с выходом детектора оптического излучения, а выход соединен со входом компьютера, детектор оптического излучения выполнен в виде преобразователя матричного типа оптического изображения в электрический сигнал, оптический выход генератора модулированного оптического излучения оптически соединен со входом устройства ввода излучения, выход формирователя задержанного импульса соединен со входом генератора импульсов оптического излучения, оптический выход которого с помощью разветвителя соединен с планкой с источниками излучения, которая расположена на одной оптической оси с входным объективом, дополнительно содержит волоконно-оптическую пластину (ВОП), расположенную на фокальной поверхности фотокамеры, и объектив регистратора, который расположен на одной оптической оси с ВОП и детектором оптического излучения, ВОП расположена в предметной плоскости объектива регистратора, а детектор оптического излучения расположен в плоскости изображения объектива регистратора.
Структурная схема устройства для хронографической регистрации оптического излучения представлена на чертеже.
Принятые обозначения:
1 - исследуемый объект;
2 - планка с источниками излучения;
3 - фотокамера;
4 - входной объектив;
5 - плоскость промежуточных изображений источников излучения;
6 - электромагнитный затвор;
7 - выходной объектив;
8 - подвижное зеркало;
9 - электрический двигатель;
10 - датчик положения зеркала;
11 - устройство ввода излучения;
12 - генератор модулированного оптического излучения;
13 - фокальная поверхность;
14 - пульт управления;
15 - объектив регистратора;
16 - детектор оптического излучения;
17 - генератор импульсов оптического излучения;
18 - ВОП;
19 - регистратор оптического излучения;
20 - компьютер;
21 - формирователь задержанного импульса;
22 - разветвитель.
Устройство содержит СФР, в состав которого входит пульт 14 управления и фотокамера 3, в качестве которой может быть использована фотокамера с зеркальной разверткой используемая в различных модификациях устройств типа СФР, генератор 12 модулированного оптического излучения с устройством 11 ввода излучения, объектив 15 регистратора, расположенный на одной оптической оси с ВОП 18 и детектором 16 оптического излучения, выполненный в виде преобразователя матричного типа оптического изображения в электрический сигнал, регистратор 19 оптического излучения, компьютер 20, формирователь 21 задержанного импульса, генератор 17 импульсов оптического излучения с разветвителем 22.
Фотокамера 3 содержит на одной оптической оси входной объектив 4, выходной объектив 7, электромагнитный затвор 6, подвижное зеркало 8, между входным объективом 4 и выходным объективом 7 расположена плоскость 5 промежуточных изображений источников излучения и электромагнитный затвор 6, подвижное зеркало 8, расположенное между выходным объективом 7 и фокальной поверхностью 13, электрический двигатель 9, соединенный с подвижным зеркалом 8, и датчик 10 положения зеркала. Плоскость 5 промежуточных изображений источников излучения расположена между входным объективом 4 и электромагнитным затвором 6.
Информационный вход пульта 14 управления соединен с выходом датчика 10 положения зеркала, выходы - с управляющим входом исследуемого объекта 1, электромагнитным затвором 6, электрическим двигателем 9, формирователем 21 задержанного импульса, генератором 12 модулированного оптического излучения и регистратором 19 оптического излучения.
Выход детектора 16 оптического излучения соединен с входом регистратора 19 оптического излучения, выход которого соединен со входом компьютера 20. Входное окно объектива 15 регистратора оптически соединено с ВОП 18, а выходное окно оптически соединено со входом детектора 16 оптического излучения.
Выход формирователя 21 задержанного импульса соединен с входом генератора 17 импульсов оптического излучения, выход которого с помощью разветвителя 22 оптически соединен с планкой 2 с источниками излучения, которая расположена на одной оптической оси с входным объективом 4.
Устройство работает следующим образом.
Оптическое излучение, формируемое исследуемым объектом 1 и преобразуемое в импульсы излучения с помощью оптических волокон, расположенных в планке 2 в виде матрицы с определенным числом строк и столбцов, принимается оптической системой фотокамеры 3, включающей объективы 4 и 7 и подвижное зеркало 8. Объектив 4 строит промежуточное изображение планки 2 с источниками излучения в плоскости 5, объектив 7 и зеркало 8 строят изображение планки 2 в окончательном виде на фокальной поверхности 13 на которой располагается ВОП 18, в случае вращения зеркала 8, данное изображение перемещается по поверхности ВОП 18, объектив 15 регистратора, расположенный на одной оптической оси с ВОП 18, принимает изображение, сформированное на ВОП 18, уменьшает его и строит на входном окне детектора 16 оптического излучения, который имеет размер меньший, чем ВОП 18 и передает информацию в регистратор 19 оптического излучения, информация с которого считывается на компьютер 20. За счет уменьшения изображения сформированного на ВОП 18 и его оптического переноса на меньшее по размеру входное окно детектора 16 оптического излучения достигается увеличение области регистрации и как следствие увеличение объема регистрируемой информации.
Пульт 14 управления обеспечивает заданную скорость вращения зеркала 8, регулируя питание электродвигателя 9, для чего используются электрические сигналы, поступающие в пульт 14 от датчика 10 при каждом обороте зеркала 8. При достижении требуемой скорости вращения пульт 14 формирует на выходе одновременные электрические сигналы, один из которых поступает в исследуемый объект 1 и инициирует изучаемый физический процесс, второй - в электромагнитный затвор 6, открывающийся только на время регистрации излучения из исследуемого объекта, третий приводит в состояние готовности регистратор 19, четвертый является пусковым для формирователя 21 задержанного импульса, пятый запускает генератор 12 модулированного оптического излучения, который оптически соединен со входом устройства 11 ввода излучения.
При поступлении электрического сигнала на вход формирователя 21 на его выходе с задержкой формируется электрический сигнал, являющийся пусковым для генератора 17, который по этой команде формирует импульс оптического излучения и с помощью разветвителя 22, выполненного на базе оптоволокна, передает его в угловые точки матрицы источников излучения, находящихся в планке 2.
В качестве регистратора оптического излучения с детектором оптического излучения, выполненным на базе ПЗС-матрицы, был применен цифровой регистратор SDU-R205.