转镜式高速相机控制系统

    1　引　　言

    转镜式高速相机有纳秒级的时间分辨本领、良好的空间分辨率、与被摄目标可以准确同步、使用可靠、操作简单等优点。因此它在高速摄影仪器中占据重要的地位,被广泛应用于爆炸力学和高压物理、实验室等离子体、火花放电以及新型激光光源和激光光谱学的研究。转镜式高速相机控制系统是转镜式高速相机的重要组成部分,它对相机的可靠性起着至关重要的作用,对相机的测试精度及整体性能均有重大影响。由于应用技术的需求,研制了以计算机和多种专用外围单元组成的转镜式高速相机控制系统。

    2　系统应具有的功能

    由于各型转镜式高速相机的控制系统基本相同,这里只介绍同步式相机控制系统。图1是同步扫描型转镜式高速相机的光学原理图。被摄目标经第一物镜成像在狭缝上,狭缝经第二物镜和反射镜成像在底片上。由于反射镜的高速旋转,使狭缝像在底片上扫描,由此记录下被摄目标在狭缝方向的空间位置随时间的变化过程。由此可以看出,扫描速度Vs是转镜式高速相机的一个重要技术指标。由相机结构可得:

Vs=2RQ (1)

    式中:R——相机的名义扫描半径

    Q——反射镜旋转角速度

    而Q就是由控制系统测量得出。在同步型相机中,记录胶片都是固定不动的,而且由于相机结构的限制,胶片的长度也较短,其有效工作角一般不超过90°。因此控制系统必须准确控制被摄目标发生的时刻和适时控制相机中的执行元件的动作。

    根据同步式相机工作原理,其控制系统应具有如下基本功能:控制、测量反射镜旋转速度,控制电磁快门、快开快门、快关快门,适时引爆被摄目标和引发照明光源,安全继电保护。另外,控制系统应具有友好的人机界面和与其他测试仪器协调工作的接口等。

    3　系统的组成和工作原理

    转镜式高速相机计算机控制系统的组成框图如图2所示。系统由PC、逻辑控制单元、转镜转速控制单元、转镜信号处理单元、快门控制单元、多台高压脉冲发生器组成。PC和逻辑控制单元通过RS232串行接口连接。

    系统工作原理如下。PC接收到操作人员发出的启动命令后,根据操作人员输入的预定数据(拍摄转速、各路延时值等),和逻辑控制单元协同完成以下顺序逻辑控制。首先启动转镜转速控制单元,使其控制转镜增速运转。当逻辑控制单元测到相机的转速都达到预定开快门值时,输出开快门信号,触发快门控制单元,打开相机的电磁快门。电磁快门打开后返回已开信号给逻辑控制单元,控制安全继电保护电路开启延时信号通道。当逻辑控制单元测到的转速在预定的转速范围内时,发出同步脉冲触发延时电路,延时信号触发高压脉冲发生器输出高压脉冲,分别依次引爆拍摄目标、照明光源和快关快门。拍摄完毕后自动关闭电磁快门,使转镜停止运转。在上述顺序逻辑控制过程中,PC实时通过转速—时间曲线显示整个逻辑控制发展进程,通过虚拟仪器面板实时显示整个控制系统的运行状态。