转镜式高速相机扫描速度及其不均匀性测量

　　1引言

　　在快速流逝现象的研究中,高速相机具有极其重要的地位。通过高速摄影为研究者提供了既可目视观察、又可精确测定所需数据的底片,从而对被研究对象进行理论分析和定量描述。在各种参数中,最基本的是狭缝象在底片上的扫描速度。这个速度在理论上可以由下式计算

　　式中:ν为狭缝象在象面上的扫描速度,km/s;a为转镜的转轴中心到镜面的距离,m;L为扫描半径,m;ω为转镜的角频率,S-1;Φ为光轴与转镜法线的夹角。由(1)式可知,这是一条巴斯卡尔蜗线。因此,当ω恒定时象面上的扫速并不恒定,而与成象位置有关,是Φ角的余弦函数。在相机设计时,为了制造方便,用一条圆弧来代替蜗线,这样就带来误差;此外,在加工中,以及在用控制台调控转速时都会引入误差,这些使得实际扫描速度与(l)式计算出来的速度有偏差。为了测出真实的扫速,并进而判定相机设计和操作控制的准确程度,为测试提供可靠的误差数据,必须在胶片框的几个部位上同时测出扫速。这些扫速的平均值与名义值之差就是设计、加工和控速等引入的误差,而各部位实测值与平均值之差就反映了不均匀性误差。

　　2方法原理

　　为了达到快速、简便、准确的目的,也为了在同一个转速下一次测出三个部位的扫速,采用了光电法,测试示意图如图1。闪光灯L经物镜O₁成象在狭缝K上,再经第二物镜O₂、反光镜M成象在胶片框F上,在胶片框的始端、中间和末端各放一个标准双缝金属片,使各双缝的起始边与狭缝象平行,在双缝后放上光电倍增管T。当转镜转速达到规定值时,控制台C输出高压脉冲,使预先充好电的闪光灯L发光;当狭缝象扫过双缝时,倍增管输出两个形状相同有一定时间间隔的脉冲,经同一根电缆传送到时间间隔测量仪D测出时间。于是扫速可由下式计算

式中:vi为在i处的双缝内的平均扫速,并以此作为该处的真实扫速.km/s;下角标i=1,2，3,分别表示在始端、中端和末端;B,为在i处的双缝间距,km;t,为i处狭缝象扫过双缝的时间,s。

　　整个象面的平均扫速为

　　平均扫速va对名义扫速vn的百分误差δn

　　它代表实际扫速与名义扫速的偏差程度;各测点的扫速v1对平均扫速va的百分误差d,代表了扫速的不均匀性,此百分误差为

　　从理论估算可知,不均匀性误差在士1.2%左右,因此要求扫速的测量误差应比它小5倍即应在士0.24%以内。由于

　　式中:δv为测速的相对误差;δB为测量双缝间距B的相对误差对误差。