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 на базе 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, G04F 13/02, 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 генератор модулированного оптического излучения и устройство ввода излучения, генератор импульсов оптического излучения с разветвителем, формирователь задержанного импульса, детектор оптического излучения, расположенный на фокальной поверхности фотокамеры, 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 электромагнитного затвора соединен с информационным входом пульта управления, выход генератора 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 с источниками излучения, расположенной перпендикулярно оптической оси, проходящей через центры входного и выходного объективов фотокамеры и геометрический центр подвижного зеркала, детектор оптического излучения выполнен на базе преобразователя матричного типа оптического изображения в электрический сигнал, выход детектора оптического излучения соединен с входом регистратора оптического излучения, выход регистратора оптического излучения соединен с входом персонального компьютера.
Недостатком прототипа является небольшая длина области регистрации в направлении развертки изображения, и как следствие, малый объем зарегистрированной информации.
Длина области регистрации определяется размером преобразователя матричного типа оптического излучения в электрический сигнал, на базе которого выполнен детектор оптического излучения, расположенный на фокальной поверхности СФР. В прототипе длина преобразователя матричного типа оптического излучения в электрический сигнал в направлении развертки изображения составляет ~1 см.
Техническим результатом является увеличение длины области регистрации в направлении развертки изображения, что приводит к увеличению объема зарегистрированной информации.
Технический результат достигается тем, 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, детектор оптического излучения, выполненный на базе преобразователя матричного типа оптического сигнала в электрический, регистратор оптического излучения и персональный компьютер, информационный вход пульта управления соединен с выходом датчика положения зеркала, выходы пульта управления соединены с управляющим входом исследуемого объекта, электрическим двигателем, электромагнитным затвором и генератором модулированного оптического излучения, выход генератора 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 с источниками излучения, расположенной перед входным объективом и расположенной своей рабочей поверхностью перпендикулярно оптической оси, проходящей через центры входного и выходного объективов фотокамеры и геометрический центр подвижного зеркала, выход детектора оптического излучения соединен с входом регистратора оптического излучения, выход регистратора оптического излучения соединен с входом персонального компьютера, дополнительно содержит блок фоконов, состоящий из двух склеенных по боковым поверхностям фоконов, блок фоконов имеет общее входное окно, поверхность которого принимает излучение исследуемого объекта, поверхность входного окна расположена на фокальной поверхности СФР, блок фоконов имеет также и два выходных окна, детектор оптического излучения включает два преобразователя оптического сигнала в электрический матричного типа, каждый из которых оптически контактно соединен с одним из выходных окон блока фоконов.
Полезная модель поясняется чертежом, где:
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 - разветвитель;
16 - детектор оптического излучения;
17 - генератор импульсов оптического излучения;
18 - блок фоконов;
19 - регистратор оптического излучения;
20 - персональный компьютер;
21 - формирователь задержанного импульса.
Устройство содержит СФР, в состав которого входит пульт 14 управления и фотокамера 3, в качестве которой может быть использована фотокамера с зеркальной разверткой, применяемая в различных модификациях устройств типа СФР, генератор 12 модулированного оптического излучения с устройством 11 ввода излучения, детектор 16 оптического излучения, оптически контактно соединенный с блоком фоконов 18, который расположен на фокальной поверхности 13 фотокамеры 3, регистратор 19 оптического излучения, персональный компьютер 20, формирователь 21 задержанного импульса, генератор 17 импульсов оптического излучения с разветвителем 15.
Фотокамера 3 содержит на одной оптической оси входной объектив 4 и выходной объектив 7, между которыми 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 и датчик 10 положения зеркала.
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.
Входы детектора 16 оптического излучения оптически-контактно соединены с выходными окнами блока 18 фоконов, поверхность входного окна блока 18 фоконов, принимающая излучение исследуемого объекта, расположена на фокальной поверхности 13 СФР, выход детектора 16 оптического излучения соединен с входом регистратора 19 оптического излучения, выход которого соединен со входом персонального компьютера 20.
Выход формирователя 21 задержанного импульса соединен с входом генератора 17 импульсов оптического излучения, выход которого с помощью разветвителя 15 оптически соединен с планкой 2 с источниками излучения, которая расположена на одной оптической оси с входным объективом 4.
Устройство работает следующим образом.
Импульсное оптическое излучение, формируемое исследуемым объектом 1, передается в оптические волокна, расположенные 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 изображение планки 2 с источниками излучения в плоскости 5 промежуточного изображения, объектив 7 и зеркало 8 строят изображение планки 2 в окончательном виде на фокальной поверхности 13, на которой располагается блок фоконов 18. При вращении зеркала 8 изображение планки 2 перемещается по поверхности входного окна блока 18 фоконов, переносится на выходные окна блока 18 фоконов и поступает в оптически контактно связанные с ними преобразователи оптического сигнала в электрический матричного типа, входящие в состав детектора 16 оптического излучения, информация с которого, преобразованная в регистраторе 19 оптического излучения, считывается персональным компьютером 20.
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 1, 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 проверке функционирования устройства для хронографической регистрации оптического излучения импульсное оптическое излучение, формируемое исследуемым объектом 1, имитируется излучением, формируемым генератором 17 импульсов оптического 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 15, выполненного на базе оптоволокна, передает его в угловые точки матрицы источников излучения, находящихся в планке 2.
Увеличение длины области регистрации достигается путем включения в состав устройства для хронографической регистрации оптического излучения блока 18 склеенных между собой фоконов, уменьшающего изображение, сформированное на его входном окне, которое имеет длину в направлении развертки изображения, в несколько раз превышающую длину входного окна детектора 16 оптического излучения в прототипе, и переносящего изображение на его выходные окна, а также замены детектора, выполненного на базе одного преобразователя матричного типа оптического сигнала в электрический, расположенного на фокальной поверхности 13 фотокамеры 3 СФР, детектором, включающим два преобразователя матричного типа, оптически контактно соединенных с выходными окнами блока 18 фоконов, которые расположены на фокальной поверхности 13.
Таким образом, достигается заявленный технический результат, а именно увеличение длины области регистрации в направлении развертки изображения, что приводит к увеличению объема зарегистрированной информации.