Способ получения изображения быстропротекающего процесса и система для его осуществления
METHOD OF IMAGING HIGH-SPEED PROCESS AND SYSTEM FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретения относятся к регистрации быстропротекающих процессов, в частности к многокадровой теневой визуализации процессов.
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.
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.
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.
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.