超高速转镜扫描相机扫描速度的校准及应用方法

    0 引言

    转镜式高速扫描相机以极高的时间分辨本领(2~3 ns)[1],在爆轰物理和冲击波物理实验研究领域中有着广泛的应用1目前,国内在用的扫描相机的记录像面均为代替圆柱面,近期也有无离焦和等速像面新设计理论的报道[2],但未见有最新应用1记录像面采用代替圆柱面最大的缺点是产生了扫速不均匀性.根据转镜相机的设计理论[3],代替圆柱面上像点的扫速与光轴的入射角U和转镜厚度2a有直接关系1针对国内常用的SJZ-15型转镜扫描相机,a=4 mm,U从9b到39.5b,扫描方向从39.5b到9b,像面上的扫速是逐次增大的1像面上的扫速,始端、末端与中端相比,分别相差-0.17%和0.19%,始端和末端相差-0.36%1这种扫速不均匀性对于普通的物理实验,是可以满足测试要求的1因此,国内外绝大多数实验研究均使用相机的名义扫描速度(设计值),即像面中点附近的扫描速度[4]1随着精至更高)的提出,研究人员对扫描相机提出了更高的要求,准确获知像面上不同扫描位置的扫描速度是最好的方法,这对最大限度减小实验误差具有重要意义。

    我所曾研制过类似的装置,虽然在原理上并无本质的区别,但是其相对测量不确定度较大(0.3%)[6],且检测结果与相机像面扫速趋势(理论计算)自相矛盾,不具有说服力1本文采取了多种必要的措施,使得校准装置的相对测量不确定度达到0.1%,校准结果也符合相机扫描理论。

    1 校准原理及装置

    1.1 校准原理

    要实际测量像面上每一点的扫描速度是非常困难的,实际上也是不必要的1通常的方法是在像面上选定具有代表性的三小段(像面的始端1、中端2和末端3),测量这三小段的平均速度代替像面的始端、中端和末端的扫描速度。

    在相机像面上装有双狭缝金属片,金属片上有三组狭缝(一组包含两条狭缝),一组狭缝对应一只光电倍增管1实现氙灯与相机的同步,当相机达到预设转速时,控制台触发氙灯电源使氙灯发光,三个光电倍增管先后接收到六个光信号,将其转换为六个电信号后,由数字示波器接收,可以测量扫过每一组狭缝的时间,从而计算出扫描速度1像面上扫描速度为

Mi=di/ti(1)

    式中di为标准双狭缝金属片的狭缝间距,ti为狭缝像扫过狭缝间距的时间,i为像面位置的编号,文中规定1为始端(远离入射光轴),2为中端,3为末端1扫速不均匀性$Mi(相对像面中端位置2)为

    1.2 实验装置

    实验装置见图1。

    1.2.1 脉冲氙灯

    氙灯的光脉冲宽度应该大于该转速时的像面记录时间、而小于转速周期时间,氙灯光脉冲的产生应与相机同步1。