工程测试第二讲.ppt

第二讲;内容;一、高速摄影技术; 高速摄影，主要以高的摄影频率或高的时间分辨本领，与普通摄影相区别。一般认为，摄影频率高于100f／s，或时间分辨短干1／1000s，就属于高速摄影研究范围。;1851年，福克斯—塔尔博特(Fox Talbet、W．H．) 用一个莱顿瓶的放电火花作照射光源，拍摄快速旋转固盘上的报纸，获得了清晰图像。从而取得了高速摄影最早的专利。 到20世纪30年代，主要的各种光机式高速接影设备的结构原理都已提出。第二次世界大战后，随着国防尖端科学技术发展的需要，各种各样的光机???高速相机，在50、60牛代获得了高度的发展。 同时，克尔盒相机和变像管相机等超高速摄影设备，以其高的时间分辨本领而获得了广泛重视。特别是变像管相机在等离子体物理和激光核聚变研究中的应用，开创了高速摄影技术的新局面，并使高速摄影与光子学相结合，扩展研究范围。 ;2、高速摄影设备的分类 高速摄影设备的分类方法，迄今并无定论。这里，我们按照时间分辨本领的高低，将它们分成以下10类，并对它们作一简介。;1、间歇式高速电影摄影机;2、光学补偿式相机;3、高速录像;4、鼓轮式高速相机;5、脉冲光源多幅高速相机;6、 转镜式高速相机;7、网格式高速相机;8、克尔盒高速相机;9、高速全息摄影;10、高速变像管相机;几种典型的高速摄影技术1、转镜式高速扫描相机;1、原理;同步式和等待式扫描相机;等待式相机转镜结构与同步式相机不同，如图所示，被摄物体所发出的光束，被多面体转镜分割成几部分，一部分经由多面体的反射面1成像在相机像面的末端B。另—部分经反射面2成像在像面始端A。r为相机像面张角。当多面体继续旋转时，反射面1超出成像范围，反射面2使像由A向B扫描。当它把像成在B点时，反射面3又把像成在A点。因此，只要多面体转镜在旋转，被镊过程不管何时出现，均会成像于相机的像面上。这就是等待式相机的构造原理。;2、转镜式高速分幅相机; 分幅相机记录二维空间信息随时间的变化情况：二维空间信息是连续的，时间信息却是间断的，即获得一幅图像需要一定时间，相邻两幅间有一定的时间间隔。扫描相机则正相反，它的时间信息是连续的，空间信息被限制在一维狭缝方向。;被摄物体经第一物镜1，场镜4成—中继像于转镜6的反射表面。此像经分幅透镜8成像于底片9上。由于转镜6的高速旋转，中继像依次通过各分幅透镜．在底片上得到一系列分幅图像。同时，阶梯光阑2经场镜4和转镜6与分幅光阑7共轭，组成光快门： 5为视场光阑， 3为电磁快门。GSJ型分幅相机即采用这种光学系统。 ;光学共轭成像原理;FJZ—250型分幅相机工作原理; 最终成像光束的光能量远少于物镜O的满口径光能量。若要使参与成像的光能量尽可能多，必须加大阶梯光阑的宽度，相应地也要加大分幅光阑孔的宽度。这样，分幅光阑圆弧上的总通光孔数就会减少，因而转镜每转一周得到的图象数减少，使摄影频率降低。转镜式分幅相机之所以有很高的摄影频率(或高的时间分辨本领)，是牺牲成像光束能量，也就是牺牲图像空间分辨率的结果。;单独从扫描和分幅两种记录都能得到有价值的数据，但也都存在着明显的不足足，例如，单独从扫描照片，无法看出被摄物体在二维空间的运动是否对称。局部奇异现象无法观察。 单独从分幅照片往往很难精确求出各运动参数。 在各种快速现象的研究中，人们希望同时用扫描和分幅相机对同一过程进行记录。 同时分幅扫描相机，所得到的扫描和分幅记录具有同一时间基准，从而可以更准确地得到快速现象的发展和变化过程，以及所需的实验数据。;原理;实例（炸药水下爆炸）; 4、高速电影摄影机;（1）旋转棱镜补偿式高速电影摄影机; LBS—16A型摄影机（西安光机所）原理图 1－主物镜 2一滤光片； 3 －补偿棱镜； 4一胶齿带；5－圆盘决门 ；6—检焦镜；7一胶片；8一直角棱镜；9一输出齿轮;（2）旋转平面反射镜补偿式高速电影摄影机; 变像管是一种宽电子速成像器件，它由光电阴极、电子光学系统和荧光屏组成。光电阴极接收输入光学系统所成的光辐射图像。把它转变成不同电流密度的电子束流，电子束经电子光学系统加速、聚焦、通、断、控制和偏转后，轰击荧光屏，转变成可见光图像。由输出光学系统将图像记录在胶片上或由数据处理系统进行实时数据处理。 以变像管为成像部件组成的相机，即为高速变像管相机。属于光电式高速摄影设备。 光机式高速摄影仪器中，机械部件的高速运动受驱动功率、材料强度、动态像质等多方面的限制。因此、它们的时间分辨本领或摄影频率，在目前条件下很难进一步提高。 变像管中对电子束的控制则是很灵活方便的，因此．它能达到的性能指标．远远超过了光机式相机。;历史和分类;特点;几种典型的变像管相机; 这种变像管的结构简单，屏上边缘图