转镜扫描高速摄影机设计的理论基础

本文讨论了转镜扫描相机的设计和计算方法。对时间分辨率、相机的相对孔径和转镜边缘线速度之间的关系也作了分析。对转镜镜面的加工质量要求,本文也作了较详细的推讨。为了便于了解,用计算实例说明。     

基于动力学性能的超高速摄影仪转镜的设计

为探索超高速摄影仪转镜的设计,提出了系统性的转镜动力学性能设计理论和方法。结合静力学和动力学理论,利用有限元分析软件对初始设计的转镜进行静强度、模态、谐响应、固有频率灵敏度进行数值分析,并对数值分析结果进行试验验证,根据分析结果反复修改相应的转镜的结构尺寸并设计新的转镜,对新设计的转镜进行交变力疲劳分析和试验。结果发现,初始设计转镜的最大应力小于转镜材料的屈服强度,转镜不会出现静强度失效;转镜一阶临界转速落在工作转速以内,其动力学特性不满足要求;镜体外接圆半径与转镜的固有频率负相关且相关程度最高;新转镜的一阶固有频率从459.4 Hz增大到713.6 Hz,变化率55.3%,转镜的一阶临界转速达到42 816 r/min,成功地避开了共振点,且疲劳强度满足设计要求。     

超高速摄影仪转镜动力学性能的研究

对超高速摄影仪转镜动力学特性提出了系统的数值分析方法,包括对转镜分别进行模态、谐响应、灵敏度数值分析和试验研究.首先利用数值方法提取出转镜前5阶固有频率、振型及转镜幅频特性曲线,发现转镜的1阶和2阶共振带出现了叠加现象,在1阶弯曲振动处幅频特性曲线上的峰值远大于其它各阶的峰值,最大应力出现在转轴上,说明转轴的损伤是转镜...     

超高速摄影仪中铝转镜的模态分析

在有限元计算技术基础上,利用动力学理论提出了超高速摄影仪中转镜的模态分析方法,它能够较为精确模拟出任何结构转镜的固有频率及对应的振型.对三面体铝合金转镜的模拟结果表明,运用该方法设计转镜的临界点,可保证实际运转中临界点出现在选定的转速范围.     

共面光路在等待型转镜高速摄影机中实现同时分幅扫描

根据胶片图象形式的不同,转镜相机可分为两类,即扫描摄影机和分幅摄影机。由于它们各有利弊,因此,最好的方法是能用一台摄影机,同时得到现象的扫描和分幅图象。国际上有美国的330A型相机,但它采用空间光路,三面体铍转镜及整体充氦技术,这就给技术、工艺带来许多困难。本文根据我国的具体情况,提出了一种新颖方案来同时实现分幅、扫描,它包括以下内容: 采用两层共面光路可实现同时分幅扫描。研究了几种可能的等待形式,以尽量减少整体尺寸,入口角,增大光力,提高象质。同时,进行了结构优选,对空间光路的实现方式作了比较研究,给出了光学系统的设计参数。 实验中,首先采用了高强度铝合金六面体转镜。用弹性力学理论,对六面体铝转镜的强度及变形进行了精确计算,证明其变形量仅为同样回转半径三面体铍转镜的1.45倍,边缘线速度达816m/s。此外,对铝转镜进行了强度及变形实验,实验结果表明:其性能与理论相符,满足役计要求。 采用了国内较成熟的真空球罩技术,与充氦气相比,大大降低了成本。     

超高速摄影仪转镜谐响应的数值与试验分析

 对超高速摄影仪转镜进行了谐响应数值分析,得到转镜在正弦周期激励下的幅频响应曲线、应力等值线图。转镜的幅频响应曲线在354 Hz处出现峰值,一阶扭转和二阶弯曲共振带出现了叠加,在1 600 Hz处曲线有细微的波动,转镜在一阶弯曲共振点处的幅频曲线幅值远大于其在1 600 Hz处的幅值,共振点处的等效应力是其匀速运转时的358倍。在转镜试验测试系统上测得的转镜幅频曲线在297 Hz 和355 Hz处均出现了峰值,数值解和实验结果能够很好地吻合。这说明转镜的一阶弯曲固有频率共振带是转镜的危险速度带,一阶弯曲是转镜出现动力学破坏的主要原因。仿真结果与实验结果的一致性表明,利用数值方法预测转镜的设计能否成功克服受迫振动引起的破坏是有效的。     

50万转/分电动转镜装置的原理与设计

本文介绍一种高性能、高指标的高速转镜装置—用交流电机驱动、弹性滚动增速机构增速的每分钟50万转的电动摩擦升速高速转镜装置。 在转镜式高速摄影机中,反射镜的转速直接影响摄影机的主要指标—摄影频率和时间分辨率。因此,研制高性能、高指标的高速转镜装置是研制转镜式高速相机的关键。     

基于转镜跟踪目标的分析与计算

基于高速CCD相机主光轴的转镜弹道同步跟踪系统,研究了高速飞行弹丸飞行姿态和飞行速度的问题,利用转镜的反射原理和转镜运动规律,建立了转镜随弹丸运动的时空关系模型和转镜运动参数的数学模型,并推导转镜运动参数与弹丸飞行速度和弹道距转镜中心垂直高度之间的数学关系;在理论分析的基础上,用MATLAB分析了转镜视场内的弹道宽度随时间变化的规律以及转镜转角和角加速度随时间变化的规律,得到在某一时刻转镜视场的大小以及转镜参数的变化曲线;给出了转镜尺寸、扫描速率曲线和最大离散速度等主要参数的计算方法,分析了它们对整个跟踪系统的影响。针对系统设置参数为h=150 m, v=300 m/s时进行仿真,仿真结果表明本系统可实现对高速弹丸的同步跟踪。     

转镜式高速扫描相机SJZ-30型铍转镜部件的研制与试验

本文介绍了转镜式高速扫描相机SJZ——30型铍转镜部件研制与试验情况。 用SJZ——30型铍转镜部件装备SJZ——15型转镜式高速扫描相机,使其转速由15×10~4r/min提高至30×10~4r/min,即转镜的扫描速度提高一倍,且提高了时间分辨本领和动态空间分辨率。     

转镜式干涉光谱仪中的误差容限研究

通过分析可知,转镜的晃动不影响干涉图的调制度,但会带来干涉图周期的变化.通过研究晃动带来干涉图的周期变化,可找到晃动的容限.结果表明：转镜式干涉光谱仪对转镜的晃动不敏感.用同样的方法可以确定转镜转速误差的容限,转镜对转速稳定性有着较高的要求.转镜式干涉光谱仪中的反射镜不是动件,安装时的倾斜对干涉图的调制度和相位都有影响,通过计算,这种影响可得到反射镜的倾斜容限.结果表明,转镜式干涉光谱仪对反射镜的安装准确度有很高的要求.     

超高速转镜式扫描相机的时间分辨率测量

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。结合国内普遍使用的SJZ-15型转镜扫描相机,用自研设备动态像质检查仪和100ps超短脉冲激光照明两种测试方法,计算出了该相机钢转镜和铍转镜在不同转速下的实测时间分辨率值,并对数据进行了分析、比对和讨论。实测数据表明：钢转镜的转速为12×104 r/min,其最高时间分辨率约为8ns;铍转镜的实用最高转速为30×104 r/min,其最高时间分辨率约为4ns。     

超高速摄影仪转镜运转可靠性数值与实验分析

为探讨分析转镜运转可靠性的数值方法,运用Monte Carlo理论并结合ANSYS参量化设计语言,根据小样本原理和可靠性理论建立了转镜运转可靠性分析数学模型.对转镜运转可靠性进行了数值分析,并对数值分析结果进行了实验验证.数值分析结果表明:转镜的功能函数值远大于零,最大应力与转镜转速的线性相关系数达0.9,镜体密度的相关系数值为0.15,最大应力、应变、位移的偏斜度和峭度值均为正值,统计结果服从正态分布呈右偏态,在95%的置信度水平下,转镜可靠度为0.999.这说明在理想状态下转镜的运转可靠性满足要求,转镜的最大应力值取决于转镜转速,并且镜体的密度对转镜最大应力有较大影响.转镜运转可靠性试验中没有转镜出现破坏,表明转镜运转可靠性数值分析方法是正确的,为转镜的运转可靠性分析提供一种可行、高效的数值分析手段.     

激光扫描转镜工作角偏差检测新方法

提出一种检测激光扫描转镜工作角偏差的新方法，该法通过两个激光扫描转镜相应面相互比较和检测，仅用一台自准直仪，可同时检测两个扫描转镜，且两个转镜具有相同的检测精度。介绍了该法的检测原理，导出了计算工作角偏差的公式，给出了检测结果的标准差，最后还给出了检测实例。该法检测仪器单一，检测精度高，不仅适于激光扫描转镜的检测，也可用于多面棱体的检定。     

ME120高速摄影变象管的电控制线路

变象管在高速摄影机里起着一种快门的作用。在变象管中,如果选用不同的光电阴极和萤光屏材料,就可以用它来进行从红外到紫外的各种波段的摄影,充分发挥它波长转换器的作用。一般光学——机械的转镜式高速摄影机只用于可见光波段,变象管高速摄影机比起转镜高速摄影机的优点是扫描速度高和孔径大。如果用转镜可以达到扫描速度3-4公里/秒。     

超高速摄影中三面体转镜力学特性的计算机仿真

基于弹性力学空间问题的基本理论与有限元计算技术，建立了转镜力学分析的数值方法，并与四面体钢转镜的计算结果做了对比，表明它能够较为精确地模拟出转镜的强度及其任意点处的位移.利用该方法，计算了目前常用的三面体金属铍转镜和铝合金转镜的稳态强度，得出了转镜镜面变形量及内部应力分布的定量数值.结果表明,金属铍转镜在强度和镜面变形两方面均优于铝合金转镜.     

高速转镜的试验研究

本文叙述了高速转镜的试验研究所获得的结果和实际应用情况。 该文讨论了高速转镜在高速旋转时遇到的某些难题和解决方法。主要研究了转镜的驱动方法、转镜支撑、开速机构、转镜材料、光学镜面制作、真空技术、滑轮和喷咀、转镜截面形状的选择及测速方法等。     

球面和柱面反射镜的象散及转镜扫描相机中柱面负透镜的计算

在转镜扫描相机中,对高速旋转的转镜的面形质量,提出了较高的要求。由于离心力所造成的转镜面形的变化,使相机在成象光路中产生了象散,从而降低了图象的分辨率。高速旋转中的平面反射镜,其镜面形变量是可以通过计算求得,也可以用特定的装置测定。     

基于特征值灵敏度分析的超高速摄影仪转镜设计

利用数值分析方法,通过建立转镜特征值灵敏度分析模型,根据模态分析计算生成转镜特征值灵敏度循环执行文件,选用Monte Carlo法拉丁超立方抽样对转镜结构尺寸参数在其概率密度分布函数内进行抽样计算,统计分析得到反应转镜结构尺寸与特征值之间的Spearman秩相关系数。根据数值分析结果,修改镜体外接圆半径,并对修改前后的转镜分别进行模态数值分析和试验,结果显示转镜1阶模态增大101.8%,1阶临界转速达到8.7105 r/m,说明根据转镜特征值灵敏度数值分析结果优化转镜结构尺寸是一种实用、有效的方法。     

我国高速转镜研制概况

我国研制高速转镜是从一九五八年开始的。一九六二年建立了我国第一个高速摄影研制机构——中科院西安光机所,并成立了专门研制高速转镜的试制小组,为我国高速转镜的发展提供了有利的条件。随着国防建设和科研对转镜式高速摄影机的需要,浙江大学、天津大学、苏州光学仪器厂和二机部九院等单位也先后开始了高速转镜的研制工作。三十年来,各单位研制成功了几十种高速转镜装置。在这些装置中,有些高速转镜已接     

50万转/分电动摩擦升速高速转镜装置

本文介绍一种用交流电机驱动、用弹性滚动增速机构增速的每分钟50万转的高速转镜装置。