高帧频数字相机在高速流动显示中的应用

　　０　引　言　　

　　非定常复杂流动一直是空气动力学研究的重点和难点，作为观察复杂流动现象，研究复杂流动特性，探索复杂流动规律最直观、最有效的流动显示技术，长期以来一直受到人们的高度重视，并在实验空气动力学复杂流动特性研究中发挥了重要作用［１－６］。　　

　　近年来，超声速、高超声速飞行器的研究引发了世界范围内的广泛关注，相应的流动特性成为各国研究的热点［７－９］。由于流场特征随时间变化极快，传统基于工业相机的阴影、纹影等常规流动显示技术，受采集相机拍摄帧频不够高或空间分辨率不够的限制，其流动显示结果远不能反映高速流场复杂的时间、空间特性，为完成此类高速非定常复杂流场的流动显示，迫切需要特殊的高帧频相机获取高时间、高空间分辨率的流场图像用于其流动规律研究。

　　根据高速复杂流动显示的 特点，设计了一 套２ＭＨｚ帧频，最高空间分辨率为１６２８×１２３６像素的高帧频数字相机，结合纹影和片光散射技术，开展了高帧频数字相机在高速流动显示中的应用研究，获取了高时间分辨、高空间分辨高速流场变化的序列图像，清楚观察到运动激波与复杂几何边界相互作用以及高速射流瞬态结构的演变过程。

　　１　高帧频数字相机实现原理　　

　　高帧频数字相机的实现原理如图１所示，利用７片半反半透分光片将被测图像分为光学强度相等、光学信息与被测图像完全一致的８等份，并保持图像的空间信息，对于空间上分离的每一路图像，分别用一个门控选通像增强器和 ＣＣＤ 相机记录，待测流场的影像成像于像增强器的光阴极，当控制像增强器开关的高压脉冲电源送入时，像增强器感光，光阴极受光产生光电子，光电子经微通道板倍增加速后轰击荧光屏形成像。像增强器荧光屏与ＣＣＤ相机之间严格避光，每一路ＣＣＤ相机的实际曝光时间完全由像增强器感光时间确定，像增强器的最小选通工作时间决定了相机的成像快门时间，相邻两路像增强器的感光间隔决定了相机的拍摄帧频。在系统使用过程中，由同步控制系统给出流场和高帧频相机的运行信号。延时触发器收到同步信号后，按照需要的拍摄帧频和快门时间设置高压脉冲电路的工作时序和脉冲宽度，控制各通道像增强器的感光时刻和选通工作时间。结合高速负高压控制电路，设计了一台帧数为８帧，最高帧频２ＭＨｚ的高帧频数字相机，相机的分辨率达到１６２８×１２３６像素。

　　2 在流动显示中的应用