СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИМПУЛЬСА СВЕТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF GENERATING LIGHT PULSE AND DEVICE FOR REALISING SAID METHOD

Изобретение относится к импульсной технике, а именно к созданию импульсных источников света, и может быть использовано при газодинамических и баллистических исследованиях для получения световых импульсов и в задачах скоростного фотографирования.
Известен способ (аналог) получения световых импульсов /Герасимов С.И. и др., патент на полезную модель 22700, 20.04.02/, включающий инициирование шашки взрывчатого вещества (ВВ), способствующее разбрасыванию и поджигу фотосмеси в камере. Способ позволяет реализовать при свечении фотосмеси относительно длительный (3 мс) источник света для киносъемки.
Недостаток способа состоит в невозможности наряду с этим (в рамках одного рабочего импульса от этого же источника энергии) создания интенсивного короткого точечного источника для построения, например, теневых картин исследуемого процесса, что существенно снижает информативность способа в пределах одного опыта.
Известно устройство (аналог) /Герасимов С.И. и др., патент на полезную модель 22700, 20.04.02/, при помощи которого реализуется указанный способ. Устройство представляет собой камеру, заполненную фотосмесью, граничащую с шашкой ВВ. Шашка ВВ инициируется с торца, противоположного расположению камеры, с помощью капсюля-детонатора.
Недостаток данного устройства состоит в отсутствии условий создания точечного короткого импульса света высокой интенсивности, что ограничивает функциональные возможности устройства режимом киносъемки. Дополнительный недостаток - воздействие на аппаратуру, сопровождающую регистрацию (например, на датчики давления, используемые для параллельного изучения исследуемого процесса) из-за «фоновых» возмущений, присутствующих при реализации такого светового импульса.
Известен способ (прототип) получения световых импульсов с помощью импульсной лампы на основе разрядника /К.Фольрат. Искровые источники света и высокочастотная кинематография. Сб. «Физика быстропротекающих процессов» под ред. Н.А.Златина, М., Мир, 1971, т.1, стр.152, фиг.51 г/. Способ состоит в возбуждении в рабочем объеме первичного излучателя базового оптического излучения путем инициирования от импульсного источника питания разряда между катодом и анодом в объеме излучателя, заполненном рабочим газом, ограничении распространения разряда узким зазором между двумя оптически прозрачными стенками, образующими рабочий объем излучателя (для уменьшения времени свечения), и выведении сформированного при этом в результате разряда выходного светового импульса через окно для вывода излучения.
Недостаток способа состоит в том, что он не позволяет в пределах одного рабочего импульса реализовать условия подсветки исследуемых процессов, обеспечивающие наиболее информативный результат регистрации. Может быть реализован только базовый световой импульс, позволяющий зарегистрировать отдельный «мгновенный» кадр, например, в теневом режиме (методом светящейся точки).
Известно устройство (прототип) /Герасимов С.И. и др. патент на изобретение 2195746, 27.12.02/ газоразрядного источника света, позволяющее реализовать световой импульс по способу, описанному выше. Это устройство представляет собой накопитель энергии и электрически связанную с ним газоразрядную камеру, в газоразрядном промежутке которой, образованном зазором шириной 0,1-0,2 мм между двумя диэлектрическими оптически прозрачными стенками (окнами), размещены электроды. При этом одно из окон снабжено диафрагмой.
Недостаток устройства состоит в том, что оно не позволяет последовательно (в рамках одного опыта) реализовать в одном рабочем импульсе комплексную подсветку, совмещая режим с характеристиками, которые присущи аналогу, для построения теневой картины и режим (после построения теневой картины в том же опыте) длительной подсветки, позволяющий осуществить скоростную кинорегистрацию, дающую дополнительную информацию о регистрируемом процессе.
Задача получения комбинированных световых импульсов сложной формы, в частности последовательного в пределах одного выходного импульса света получения точечных коротких мощных световых импульсов с последующей длительной подсветкой от одного источника света, значительно повышает его кпд в опыте и позволяет реализовать большие возможности применяемых схем оптической диагностики, что повышает информативность всего опыта в целом. Это существенно, например, в задачах, связанных с прониканием метаемых тел в преграды, когда требуется получение мгновенной теневой картины обтекания проникателя, подходящего к преграде, в сочетании с последующей регистрацией процесса его взаимодействия с преградой.
Технический результат для способа состоит в повышении его информативных возможностей в пределах одного выходного импульса света.
Технический результат для устройства заключается в обеспечении условий оптимального использования энергетических возможностей накопителя энергии и, по сути, увеличении коэффициента преобразования энергии этого накопителя в энергию светового импульса.
Технический результат для способа достижим за счет того, что, в отличие от известного способа получения выходного импульса света, состоящего в возбуждении в рабочем объеме первичного излучателя базового оптического излучения и формировании соответствующего ему импульса света, в предлагаемом способе увеличивают длительность выходного импульса света путем передачи посредством оптического канала связи части энергии базового оптического излучения в энергию инициирования в рабочем объеме вторичного излучателя дополнительного оптического излучения с формированием при этом выходного импульса света комбинированной заданной формы.
Технический результат для устройства достижим за счет того, что, в отличие от известного импульсного источника света, содержащего связанную с накопителем электрической энергии газоразрядную камеру с окном из оптически прозрачного материала, в предлагаемом устройстве источник света содержит дополнительно вторичный излучатель света с рабочим объемом, заполненным способным к свечению газом, вторичный излучатель света оптически связан с первичным излучателем света посредством по меньшей мере одного светопередающего канала со спектром пропускания соответствующим газоразрядному свечению первичного излучателя, причем светопередающий канал установлен в контакте с окном первичного излучателя вне диафрагмы, на выходе светопередающего канала размещен преобразователь переданного по каналу светового импульса в импульс, инициирующий свечение газа в рабочем объеме вторичного излучателя света.
В частности, в импульсном источнике света, может быть в качестве светопередающего канала использован световод, преобразователем светового импульса в инициирующий может служить светодетонатор, камера может быть заполнена газовзрывчатой смесью (ГВС).
Использование части энергии базового свечения (прототип) для получения в рабочем объеме вторичного излучателя дополнительного светового импульса с образованием комбинированного выходного импульса света позволяет сочетать преимущества режимов подсветки, каждый из которых обеспечивает регистрацию определенных стадий исследуемого процесса (в частности, аналога и прототипа), и обеспечить энергетически экономное потребление энергии источника питания в пределах одного рабочего импульса с возможностью повышения за счет формируемого профиля импульса света информативности регистрации исследуемого процесса.
В частном варианте воплощения способа наряду с инициированием разряда в первичном излучателе (в узком разрядном промежутке, ограниченном пластинами) из части (частей) светящейся зоны осуществляется трансляция световой энергии за счет полных внутренних отражений через выход(ы) светопередающего(их) канала(ов) на вход(ы) светодетонатора(ов) (преобразователей светового импульса в инициирующий свечение вторичного излучателя), при этом происходит инициирование этого(этих) светодетонатора(ов), который(ые), в свою очередь, инициирует(ют) детонацию газовзрывчатой смеси в неразрушаемом прозрачном рабочем объеме вторичного излучателя, сопровождающуюся дополнительным излучением. Несколько каналов трансляции позволяют одновременно увеличить площадь вторичного излучателя за счет сложения излучения в одновременно инициируемых через эти каналы нескольких соответствующих каждому из каналов частей рабочего объема с ГВС.
В отличие от известного устройства для получения импульса света, содержащего накопитель электрической энергии и газоразрядную камеру (лампу) с электродами, размещенными в зазоре шириной 0,1-0,2 мм между двумя диэлектрическими оптически прозрачными стенками (окнами), одна из которых снабжена диафрагмой, в предлагаемом устройстве содержится, по меньшей мере, один световод (светопередающий канал со спектром пропускания соответствующим газоразрядному свечению), входной торец которого соединен с газоразрядной камерой так, что излучение светящейся зоны входит в него, а на выходном торце световода содержится в качестве варианта преобразователя светодетонатор, выходящий в оптически прозрачный рабочий объем (вторичный излучатель), заполненный способным к свечению газом, в частности газовзрывчатой смесью. Диафрагма определяет размеры первичного излучателя для соответствия требованиям реализации точечного источника света (для построения теневой картины) и в случае значительного удаления источника от регистрируемого процесса (когда отношение размеров зоны свечения лампы к расстоянию до регистрируемого объекта много меньше единицы) может отсутствовать. Количество каналов определяется требуемой формой и амплитудой вторичного излучателя и ограничивается геометрией схемы, например не может превышать отношения площади зоны свечения лампы за минусом размеров диафрагмы к входной площади световода.
Общая зона свечения лампы, превышает на несколько порядков размеры диафрагмы. Поэтому такая схема может содержать большое количество световодов, не препятствующих получению исходного точечного импульса и эффективно забирающих световую энергию, необходимую для инициирования миниатюрного светодетонатора.
На чертеже схематично изображено устройство импульсного источника света (ИИС), с помощью которого экспериментально показана осуществимость способа.
Устройство включает в себя:
- накопитель электрической энергии, включая блоки управления, синхронизации, хронографирования (1),
- первичный излучатель (плоская газоразрядная лампа) (2) с рабочим объемом, образованным оптически прозрачными стенками (3), установленными с зазором (4), в котором размещены электроды (5),
- оптически прозрачная стенка (окно) снабжена диафрагмой (6),
- световод (светопередающий канал) (7),
- светодетонатор (8),
- вторичный излучатель света в виде замкнутой оптически прозрачной камеры (9) с рабочим объемом (10), заполненным газовзрывчатой смесью.
Способ реализован с помощью устройства, изображенного на чертеже.
Устройство работает следующим образом. В требуемый момент времени заряженный накопитель (1) разряжается через образованный оптически прозрачными стенками (окнами) (3) разрядный промежуток (4) шириной 0,1-0,2 мм с электродами (5) первичного излучателя света (2). В результате на входе контактирующего с окном в области диафрагмы световода формируется точечный короткий импульс света, который даст через диафрагму (6) пик базового свечения на изображении зарегистрированного выходного импульса. При этом часть световой энергии попадает в приемный торец световода (7) и проходит через световод. На выходном торце световода находится светодетонатор (8), встроенный в камеру вторичного излучателя света (9) с газовзрывчатой смесью (10) в рабочем объеме, выполняющий функцию преобразователя переданного по каналу светового импульса в импульс, инициирующий свечение газа в рабочем объеме вторичного излучателя с получением дополнительного оптического излучения в рабочем объеме вторичного излучателя. Результат свечения газа в рабочем объеме вторичного излучателя отразится на зарегистрированном импульсе света в виде второго пичка значительно большей протяженности и амплитуды, чем первый. Таким образом, увеличена длительность выходного импульса света. Полученный выходной импульс имеет сложную форму, комбинирующую полученное сочетание импульсов света: короткого, точечного для получения теневой картины процесса и длительного с большой силой света для обеспечения киносъемки.
Использование полученного импульса повысило информативность способа в отдельном опыте, что важно в задачах, связанных с прониканием метаемых тел в преграды, когда требуется получение мгновенной теневой картины обтекания проникателя, подходящего к преграде, в сочетании с последующей регистрацией процесса его взаимодействия с преградой. При этом оптимально использованы энергетические возможности накопителя энергии и увеличен коэффициент преобразования энергии этого накопителя в энергию светового импульса (отношение кпд получившегося источника к кпд прототипа составляет не менее двух порядков).