基于两台转镜式超高速摄影仪同步工作的控制装置及方法
【专利摘要】本发明涉及高速摄影【技术领域】，尤其是一种基于两台转镜式超高速摄影仪同步工作的控制装置及方法。本发明针对现有技术存在的问题，获得同一高速过程的不同位置、不同发展阶段的状态特性，本发明提供一种基于两台转镜式超高速摄影仪同步工作的控制装置及方法，通过两台转镜式超高速摄影仪同步运行的控制装置可以满足武器研究中高速过程测试的需要。本发明包括处理器、两路摄影仪转镜电路、两路电磁快门电路以及其它辅助电路。本发明适用于转镜式超高速摄影技术应用领域。
【专利说明】基于两台转镜式超高速摄影仪同步工作的控制装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高速摄影【技术领域】，尤其是一种基于两台转镜式超高速摄影仪同步工作的控制装置及方法。
【背景技术】
[0002]高速摄影是爆轰物理、冲击波物理、加速器物理和等离子体实验等研究领域中重要的光学测试手段之一，由于转镜式超高速摄影仪的拍摄频率从几万幅每秒至IO7幅/秒，空间分辨率为20?30 lp/mm，它所具有的这些性能是目前数字式摄影仪或变像管摄影仪都无法替代的，转镜是超高速摄影仪中光学系统里重要的光学器件，转镜在超高速摄影仪工作时处于高速旋转状态。但是转镜式超高速摄影仪，单独使用时，也不能解决爆轰试验研究中多点、多方位高速过程的测试问题。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是:针对现有技术存在的问题，获得同一高速过程的不同位置、不同发展阶段的状态特性，本发明提供一种基于两台转镜式超高速摄影仪同步工作的控制装置及方法，通过两台转镜式超高速摄影仪同步运行的控制装置精确控制摄影仪电磁快门的开启时间，同时采用处理器控制摄影仪转镜达到照相速度，在摄影仪底片很短时间内，能有效获得动作目标的图像信息，满足武器研究中高速过程测试的需要；摄影仪转镜速度的升速全过程均可显示在屏幕上，实现了可视化操作。并通过对转镜式高速摄影仪的相关控制流程实现了武器研究中高速过程测试的需求。
[0004]本发明采用的技术方案如下:
基于两台转镜式超高速摄影仪同步工作的控制装置包括:
PC机，用于发送转镜转速控制字、延时时间控制字；
处理器，用于接收及解析PC机发送的转镜转速控制字、延时时间控制字；分别发送对应驱动信号、转镜转速控制字给第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路；读取第一摄影仪转镜、第二摄影仪转镜周期数信号，同时分别读取第一电磁快门电路、第二电磁快门电路状态信号；当处理器测得摄影仪转镜转速分别对应达到第一摄影仪电磁快门、第二摄影仪电磁快门开启速度时，分别控制第一电磁快门电路、第二电磁快门电路的摄影仪电磁快门开启；当处理器测得第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路的摄影仪转镜信号分别达到并且稳定在设定的照相速度，并且第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路的摄影仪转镜输出触发脉冲相位相同时，处理器发送延迟时间控制字，引爆拍摄目标，同时第一摄影仪、第二摄影仪同时进行拍摄目标图像拍摄；
第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路，用于对应接收处理器发送的摄影仪转镜电路周期数读取信号，通过第一信号处理电路、第二信号处理电路对应返回摄影仪转镜周期数状态，并接收处理器发送的转镜转速控制字，控制其摄影仪转镜的转镜周期使得摄影仪转镜分别对应达到摄影仪电磁快门开启的速度和设定的照相速度； 第一信号处理电路、第二信号处理电路，用于对应接收第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路输出的周期数，进行信号调节，并将调节后的信号输出至处理器；
第一电磁快门电路、第二电磁快门电路，用于接收处理器发送的电磁快门读取信号，返回状态信号给处理器，并接收处理器发送的电磁快门控制信号，并开启其摄影仪电磁快门。
[0005]所述的第一电磁快门电路、第二电磁快门电路分别包括放大器、继电器、供电电源、摄影仪电磁快门，光电耦合器，
放大器，用于接收处理器输出的电磁快门控制信号，进行信号放大；
继电器，用于接收放大器的放大信号，控制电磁快门通断；
供电电源，通过继电器发出的控制信号，给相机电磁快门供电；
摄影仪电磁快门，用于接收供电电源提供的电源，打开相机电磁快门，准备拍摄目标； 光电耦合器，用于接收电磁快门打开的反馈信号，并发送信号至处理器。
[0006]所述第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路分别包括:
驱动单元，用于接收处理器发送摄影仪转镜控制信号后，控制摄影仪转镜工作；
摄影仪转镜，用于接收驱动单元信号，达到摄影仪快门开启速度和摄影仪照相速度，其中摄影仪照相速度大于摄影仪快门开启速度。
[0007]所述第一信号处理电路、第二信号处理电路分别包括:去噪电路和脉宽调整电路，所述第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路输出信号分别对应与去噪电路输入端连接，去噪电路输出端分别对应与脉冲调整电路输入端连接，脉冲调整电路输出端与处理器连接。
[0008]基于两台转镜式超高速摄影仪同步工作的控制装置还包括延迟电路，在第一电磁快门电路、第二电磁快门电路的摄影仪电磁快门开启，并且对应的第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路的摄影仪转镜速度达到照相速度时，所述延迟电路将处理器输出的延迟信号进行处理后，发送给目标，控制目标进行动作。
[0009]基于两台转镜式超高速摄影仪同步工作的方法包括:
步骤1:PC上位机发送控制信号，处理器接收PC上位机发送的控制信号；
步骤2:处理器接收及解析PC机发送的转镜转速控制字、延时时间控制字；分别发送对应驱动信号、转镜转速控制字给第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路；读取第一摄影仪转镜、第二摄影仪转镜周期数信号，同时分别读取第一电磁快门电路、第二电磁快门电路状态信号；当处理器测得摄影仪转镜转速分别对应达到第一摄影仪电磁快门、第二摄影仪电磁快门开启速度时，分别控制第一电磁快门电路、第二电磁快门电路的摄影仪电磁快门开启；当处理器测得第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路的摄影仪转镜信号分别达到并且稳定在设定的照相速度，并且第一摄影仪转镜电路和第二摄影仪转镜电路的摄影仪转镜输出触发脉冲相位相同时，处理器发送延迟时间控制字，引爆拍摄目标，同时第一摄影仪、第二摄影仪同时进行拍摄目标图像拍摄；
步骤4:拍摄完成后，处理器发送关闭电磁快门电路信号，停止拍摄目标。
[0010]所述第一电磁快门电路、第二电磁快门电路，用于接收处理器发送的电磁快门读取信号，返回状态信号给处理器，并接收处理器发送的电磁快门控制信号，并开启其摄影仪电磁快门；第一电磁快门电路、第二电磁快门电路分别包括放大器、继电器、供电电源、相机电磁快门，光电I禹合器，放大器、继电器、供电电源、摄影仪电磁快门，光电I禹合器， 放大器，用于接收处理器输出的电磁快门控制信号，进行信号放大；
继电器，用于接收放大器的放大信号，控制电磁快门通断；
供电电源，通过继电器发出的控制信号，给相机电磁快门供电；
摄影仪电磁快门，用于接收供电电源提供的电源，打开相机电磁快门，准备拍摄目标； 光电耦合器，用于接收电磁快门打开的反馈信号，并发送信号至处理器。
[0011]所述第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路，用于对应接收处理器发送的摄影仪转镜电路周期数读取信号，通过第一信号处理电路、第二信号处理电路对应返回摄影仪转镜周期数状态，并接收处理器发送的转镜转速控制字，控制其摄影仪转镜的转镜周期使得摄影仪转镜分别对应达到摄影仪电磁快门开启的速度和设定的照相速度；第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路分别包括摄影仪转镜、驱动单元，所述电磁阀接收处理器发送的摄影仪转镜控制信号，进而控制摄影仪转镜。
[0012]所述第一信号处理电路、第二信号处理电路分别包括:去噪电路和脉宽调整电路，所述第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路输出信号分别对应与去噪电路输入端连接，去噪电路输出端分别对应与脉冲调整电路输入端连接，脉冲调整电路输出端与处理器连接。
[0013]所述步骤2中处理器发送延迟时间控制字，引爆拍摄目标的过程:通过延迟电路，在第一电磁快门电路、第二电磁快门电路的摄影仪电磁快门开启，并且对应的第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路的摄影仪转镜速度达到照相速度时，所述延迟电路将处理器输出的延迟信号进行处理后，发送给目标，控制目标进行动作。
[0014]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:
1)实现了任意两台转镜式超高速摄影仪的同步控制，达到了如下指标:测速精度(相对于标准源)±0.1% ;稳速精度±1% ;延时精度0.1微S ;
2)采用本发明可以实现两台转镜式超高速摄影仪同步工作，采用两台摄影仪的同步符合脉冲进行自由碰撞的理论，使得两台转镜式超高速摄影仪能以不同的转速进行同步式拍摄工作，解决多点、多方位的高速过程测试的需要，获得同一高速过程的不同位置、不同发展阶段的目标图像采集。
[0015]3)通过PC机显示器发送控制命令，进而通过处理器精确控制摄影仪转镜的升速、摄影仪电磁快门打开、摄影照相、电磁快门关闭等全过程。有效实现目标图像的拍摄。同时极大的方便操作者。
[0016]4)当然也设置了保护措施，在摄影仪电磁快门未成功开启时，处理器接收到此状态信息，并停止后续控制动作。同时进行操作失败情况记录下，方便后续对故障原因进行分析。
[0017]5)本装置中转镜式高速摄影仪可以是气控式摄影仪，也可以是电控式摄影仪。本装置中两台转镜式摄影仪可以是相同类型的摄影仪或者不同类型摄影仪；例如:相同类型指的是两台电控式摄影仪或者两台气控式摄影仪；不同类型指的是一台气控式转镜式摄影、一台电控式摄影仪。
[0018]6)本设计中摄影仪转镜的转速可以不相同，摄影仪转镜角度可以不相同。
【专利附图】
【附图说明】[0019]本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
图1本发明工作原理框图。
[0020]图2是本发明中第一电磁快门电路、第二点此快门电路原理框图。
[0021]图3是本发明中第一信号处理电路、第二信号处理电路原理框图。
[0022]图4是第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路原理框图。
[0023]图5是本发明彳目号流不意图。
【具体实施方式】
[0024]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0025]本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0026]一、本发明相关说明:
I)转镜式超高速摄影仪(本专利简称为摄影仪)中的转镜(本专利简称为摄影仪转镜)与转镜式超高速摄影仪的电磁快门(本专利简称为摄影仪电磁快门)是转镜式超高速摄影仪两部件，本发明为了说明工作原理将其中摄影仪转镜与摄影仪电磁快门及相机分开表示。摄影仪转镜角度与转镜式超高速摄影仪中的底片曝光位置相对应。摄影仪转镜转一圈出一个脉冲，则底片曝光一次。当摄影仪快门打开后，很短时间内(ls)，底片在常态光强度下不足以让底片曝光，当目标爆炸时，产生强光信号就会让底片曝光，进行目标图像采集。
[0027]2)转镜式超高速摄影仪分为气控式和电控式，拍摄图像的方式分为分幅式和扫描式。
[0028]3)显示屏工作方式为:操作控制界面即可控制整个装置，包括摄影仪工作方式、转镜速度、延时时间等数据，同时实时接处理器传来的其他部件状态信息并显示，完成实验数据的处理和输出，如拍摄过程曲线、存储实验结果报告、打印实验结果报告等。
[0029]5)基于两台转镜式超高速摄影仪同步工作的控制装置，还包括、存储器或打印机，所述显示器、存储器、打印机分别与处理器连接。
[0030]二、各部件说明:
如图1所示，本发明包括处理器、第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路、第一电磁快门电路、第二电磁快门电路、第一信号处理电路、第二信号处理电路，
1.电磁快门电路结构图。
[0031]如图2所示，本发明包括两路电磁快门电路，每一个电磁快门电路包括放大器、继电器、供电电源、相机电磁快门，光电I禹合器。放大器，用于接收处理器输出的电磁快门控制信号，进行信号放大；继电器，用于接收放大器的放大信号，控制电磁快门通断；供电电源，通过继电器发出的控制信号，给相机电磁快门供电；摄影仪电磁快门，用于接收供电电源提供的电源，打开相机电磁快门，准备拍摄目标；光电耦合器，用于接收电磁快门打开的反馈信号，并发送信号至处理器。
[0032]工作原理:处理器检测到第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路的摄影仪转镜的转速分别对应达到第一电磁快门电路、第二电磁快门电路中的摄影仪电磁快门开启速度时，发送电磁快门控制信号(电磁快门开启信号)，通过放大器进行信号放大，并触发继电器，使得电源给摄影仪电磁快门供电后，控制电磁快门打开，同时将此时的状态信号通过光电耦合器反馈到处理器。
[0033]3、信号处理电路
如图3所示，第一信号处理电路、第二信号处理电路分别包括去噪电路和脉宽调整电路，其中去噪电路的作用是分别对第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路的摄影仪转镜输出的周期数信号和触发脉冲信号进行去噪处理。脉宽调整电路对触发脉冲信号进行脉宽调整，以达到符合要求的脉冲信号。摄影仪转镜的周期数信号通过处理器内部自带的计数器进行计数。
[0034]4、摄影仪转镜电路
如图4所示，包括:摄影仪转镜、驱动单元，驱动单元，用于接收处理器发送摄影仪转镜控制信号后，控制摄影仪转镜工作；摄影仪转镜，用于接收电磁阀驱动，使得摄影仪转镜达到预定快开门的速度。当测到两路摄影仪转镜周期数分别满足照相速度并稳定在照相速度，并且第一摄影仪转镜电路和第二摄影仪转镜电路的摄影仪转镜输出触发脉冲相位相同时，实现多路摄影仪转镜的同步，处理器发送延迟时间控制字，引爆拍摄目标，同时第一摄影仪、第二摄影仪同时进行拍摄目标图像拍摄。
[0035]对于两台同步控制的超高速摄影仪，最重要的参数是摄影仪转镜同步的精确度，其同步时间E(21用以下公式来描述:
【权利要求】
1.基于两台转镜式超高速摄影仪同步工作的控制装置，其特征在于包括: PC机，用于发送转镜转速控制字、延时时间控制字； 处理器，用于接收及解析PC机发送的转镜转速控制字、延时时间控制字；分别发送对应驱动信号、转镜转速控制字给第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路；读取第一摄影仪转镜、第二摄影仪转镜周期数信号，同时分别读取第一电磁快门电路、第二电磁快门电路状态信号；当处理器测得摄影仪转镜转速分别对应达到第一摄影仪电磁快门、第二摄影仪电磁快门开启速度时，分别控制第一电磁快门电路、第二电磁快门电路的摄影仪电磁快门开启；当处理器测得第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路的摄影仪转镜信号分别达到并稳定在设定的照相速度，且第一摄影仪转镜电路和第二摄影仪转镜电路的摄影仪转镜输出触发脉冲相位相同时，处理器发送延迟时间控制字，引爆拍摄目标，同时第一摄影仪、第二摄影仪同时进行拍摄目标图像拍摄； 第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路，用于对应接收处理器发送的摄影仪转镜电路周期数读取信号，通过第一信号处理电路、第二信号处理电路对应返回摄影仪转镜周期数状态，并接收处理器发送的转镜转速控制字，控制其摄影仪转镜的转镜周期使得摄影仪转镜分别对应达到摄影仪电磁快门开启的速度和设定的照相速度； 第一信号处理电路、第二信号处理电路，用于对应接收第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路输出的周期数，进行信号调节，并将调节后的信号输出至处理器； 第一电磁快门电路、第二电磁快门电路，用于接收处理器发送的电磁快门读取信号，返回状态信号给处理器，并接收处理器发送的电磁快门控制信号，并开启其摄影仪电磁快门。
2.根据权利要求1所述的基于两台转镜式超高速摄影仪同步工作的控制装置，其特征在于所述的第一电磁快门电路 、第二电磁快门电路分别包括放大器、继电器、供电电源、摄影仪电磁快门和光电耦合器， 放大器，用于接收处理器输出的电磁快门控制信号，进行信号放大； 继电器，用于接收放大器的放大信号，控制电磁快门通断； 供电电源，通过继电器发出的控制信号，给相机电磁快门供电； 摄影仪电磁快门，用于接收供电电源提供的电源，打开相机电磁快门，准备拍摄目标； 光电耦合器，用于接收电磁快门打开的反馈信号，并发送信号至处理器。
3.根据权利要求1所述的基于两台转镜式超高速摄影仪同步工作的控制装置，其特征在于所述第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路分别包括: 驱动单元，用于接收处理器发送摄影仪转镜控制信号后，控制摄影仪转镜工作； 摄影仪转镜，用于接收驱动单元信号，达到摄影仪快门开启速度和摄影仪照相速度，其中摄影仪照相速度大于摄影仪快门开启速度。
4.根据权利要求1所述的基于两台转镜式超高速摄影仪同步工作的控制装置，其特征在于所述第一信号处理电路、第二信号处理电路分别包括:去噪电路和脉宽调整电路，所述第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路输出信号分别对应与去噪电路输入端连接，去噪电路输出端分别对应与脉冲调整电路输入端连接，脉冲调整电路输出端与处理器连接。
5.根据权利要求1至4之一所述的基于两台转镜式超高速摄影仪同步工作的控制装置，其特征在于还包括延迟电路，在第一电磁快门电路、第二电磁快门电路的摄影仪电磁快门开启，并且对应的第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路的摄影仪转镜速度达到照相速度时，所述延迟电路将处理器输出的延迟信号进行处理后，发送给目标，控制目标进行动作。
6.根据权利要求1所述的所述的基于两台转镜式超高速摄影仪同步工作的控制方法，其特征在于包括: 步骤1:PC上位机发送控制信号，处理器接收PC上位机发送的控制信号； 步骤2:处理器接收及解析PC机发送的转镜转速控制字、延时时间控制字；分别发送对应驱动信号、转镜转速控制字给第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路；读取第一摄影仪转镜、第二摄影仪转镜周期数信号，同时分别读取第一电磁快门电路、第二电磁快门电路状态信号；当处理器测得摄影仪转镜转速分别对应达到第一摄影仪电磁快门、第二摄影仪电磁快门开启速度时，分别控制第一电磁快门电路、第二电磁快门电路的摄影仪电磁快门开启；当处理器测得第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路的摄影仪转镜信号分别达到并且稳定在设定的照相速度，并且第一摄影仪转镜电路和第二摄影仪转镜电路的摄影仪转镜输出触发脉冲相位相同时，处理器发送延迟时间控制字，引爆拍摄目标，同时第一摄影仪、第二摄影仪同时进行拍摄目标图像拍摄； 步骤4:拍摄完成后，处理器发送关闭电磁快门电路信号，停止拍摄目标。
7.根据权利要求6所述的基于两台转镜式超高速摄影仪同步工作的控制方法，其特征在于所述第一电磁快门电路、第二电磁快门电路，用于接收处理器发送的电磁快门读取信号，返回状态信号给处理器，并接收处理器发送的电磁快门控制信号，并开启其摄影仪电磁快门；第一电磁快门电路、第二电磁快门电路分别包括放大器、继电器、供电电源、相机电磁快门，光电耦合器，放大器、继电器、供电电源、摄影仪电磁快门，光电耦合器， 放大器，用于接收处理器输出的电磁快门控制信号，进行信号放大； 继电器，用于接收放大器的放大信号，控制电磁快门通断； 供电电源，通过继电器发出的控制信号，给相机电磁快门供电； 摄影仪电磁快门，用于接收供电电源提供的电源，打开相机电磁快门，准备拍摄目标； 光电耦合器，用于接收电磁快门打开的反馈信号，并发送信号至处理器。
8.根据权利要求6所述的基于两台转镜式超高速摄影仪同步工作的控制方法，其特征在于所述第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路，用于对应接收处理器发送的摄影仪转镜电路周期数读取信号，通过第一信号处理电路、第二信号处理电路对应返回摄影仪转镜周期数状态，并接收处理器发送的转镜转速控制字，控制其摄影仪转镜的转镜周期使得摄影仪转镜分别对应达到摄影仪电磁快门开启的速度和设定的照相速度；第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路分别包括摄影仪转镜、驱动单元，所述电磁阀接收处理器发送的摄影仪转镜控制信号，进而控制摄影仪转镜。
9.根据权利要求8所述的基于两台转镜式超高速摄影仪同步工作的控制方法，其特征在于所述第一信号处理电路、第二信号处理电路分别包括:去噪电路和脉宽调整电路，所述第一摄影仪转镜电路、第二摄影仪转镜电路输出信号分别对应与去噪电路输入端连接，去噪电路输出端分别对应与脉冲调整电路输入端连接，脉冲调整电路输出端与处理器连接。
10.根据权利要求8所述的基于两台转镜式超高速摄影仪同步工作的控制方法，其特征在于所述步骤2中处理器发送延迟时间控制字，引爆拍摄目标的过程:通过延迟电路，在第一电磁快门电路、第二电磁快门电路的摄影仪电磁快门开启，并且对应的第一摄影仪转镜电路、第二摄影 仪转镜电路的摄影仪转镜速度达到照相速度时，所述延迟电路将处理器输出的延迟信号进行处理后，发送给目标，控制目标进行动作。
【文档编号】G01C11/02GK103575256SQ201310559531
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2013年11月12日
【发明者】刘宁文, 肖正飞, 赵新才, 吴云峰, 田建华, 李剑, 畅里华, 尚长水, 温伟峰, 王旭, 汪伟 申请人:中国工程物理研究院流体物理研究所