超高速转镜式扫描相机的时间分辨率测量
1 引 言
超高速转镜相机广泛应用于爆炸力学和高压物理的研究,如壳体膨胀断裂、炸药爆轰参数、波形、冲击波速度、自由面速度、射流大小及速度、波后粒子速度、飞片速度等的测量以及实验室等离子体、火花放电等快速过程的研究,随着相机记录光谱范围的扩大,也可用于新型激光光源和激光光谱学的研究工作。而转镜扫描相机与转镜分幅相机相比,由于前者的测试精度比后者高出约5倍,并且所得试验图像的时间分辨率相差近3个数量级,因此在现代精密物理实验中多用转镜扫描相机作为测试设备[1-5]。本文分析了影响转镜扫描相机时间分辨率的各种因素,给出了极限时间分辨率和基于相机动态摄影分辨率计算的时间分辨率的理论计算公式和结果。
2 相机工作原理
相机系统工作原理示意图如图11为被摄对象;2为第一物镜;3为狭缝;4为电磁快门;5为第二物镜;6为转镜;7为相机像面;8为相机;9为控制台;10为测速单元;11为延迟时间单元;12为电磁快门控制单元。被摄对象经第一物镜成像在狭缝上,狭缝经第二物镜和转镜成像在相 机像面上。控制台的测速单元、延迟时间单元和电磁快门控制单元分别控制转镜、被摄对象和电磁快门,使狭缝像在相机像面上扫描。
对于转镜扫描相机而言,时间分辨率是检验相机质量的一项主要技术指标,它是选择相机的一项依据,也是测试结果误差分析中的重要参量。转镜扫描相机时间分辨率的实际测定,文献[6]等采用脉宽30ps的532nm脉冲激光、光学延时器并用内插法测得了ZSK-29型转镜扫描相机在狭缝宽度0.025mm、像面扫描速度26.4 mm/μs(铍转镜,转速7 000rps)的时间分辨率为2.4ns该测试方法使用单色激光,回避了光学系统的色差。文献[]利用光纤传输像点和两台转镜扫描相机同步工作来获得被测相机像面上不同位置的像点,通过测量像点的距离计算出被测相机的时间分辨率,这种方法运用白光照明,但测试过程极为繁琐,且测试结果易受照明光源强度的影响。本文利用自研的动态像质检查仪和皮秒脉冲激光照明两种方法,测量出国内常用的SJZ-15型转镜扫描相机各转速下的动态摄影分辨率,从而计算出相机的时间分辨率。此种方法简便、试验条件更加接近实际应用,因此数据真实可靠[6-7]。
3 转镜扫描相机时间分辨率理论研究
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