全息相干快门超高速摄影初步研究

本文利用全息飞光记录的方法实现了全息相干快门超高速摄影。用CPM染料激光器输出的亚皮秒级超短激光脉冲,记录了光波聚焦的动态过程,同时提出了这种新技术分幅频率的计算方法,文中所述实验的分幅频率为10¹²f/s,达到了目前高速摄影的最高水平。     

电磁驱动超高速机械快门性能分析

高温高密度等离子体辐射源产生脉冲X射线的同时还产生等离子体碎片,飞散速度分布在0.1~10km/s。研制电磁驱动超高速机械快门,有效通光孔径为40mm×50mm,利用45mm×60mm×100μm的铝膜作为快门叶片,在放电电压20kV、驱动电流80kA、放电周期18μs条件下,获得的快门关门时间小于180μs。将快门放置在距离等离子体X射线源2m处,X射线通过后在180μs时间内关闭光学通道,以阻挡高温高密度等离子体产生的碎片,保护X射线精密探测系统和样品,同时实现等离子体参数的精密测量。     

电磁驱动超高速机械快门性能分析

高温高密度等离子体辐射源产生脉冲X射线的同时还产生等离子体碎片,飞散速度分布在0.1~10 km/s。研制电磁驱动超高速机械快门,有效通光孔径为40 mm50 mm,利用45 mm60 mm100 m的铝膜作为快门叶片,在放电电压20 kV、驱动电流80 kA、放电周期18 s条件下,获得的快门关门时间小于180 s。将快门放置在距离等离子体X射线源2 m处,X射线通过后在180 s时间内关闭光学通道,以阻挡高温高密度等离子体产生的碎片,保护X射线精密探测系统和样品,同时实现等离子体参数的精密测量。     

超高速全息摄影和电影全息摄影

全息摄影术,是拍摄目标及观察目标的象的一种新方法,该方法是基于光的干涉现象,由于这一现象,在感光层上聚焦的并非图象本身,而是由目标散射的光波和某一附加波即所谓参考波相互作用而构成的图案。这样一个记录在感光层上的图案,也就是经过相应处理后的感光层,称为全息图片。欲从全息图片得到目标的象,则用与参考光束同样的光束对全息图进行照明。在这种情况下,这一光束称为还原光束;而这个过程本身则称为图象的还原或重现。     

高速摄影法测定爆炸快门的性能

爆炸快门是高速摄影机中的一种重要部件,它要在10^-6秒左右闸断光路以防止感光材料的重复曝光。快门的关闭速度与快门的通光口径和引爆雷管的个数及爆速有关。不同型式的高速摄影机要求不同速度和通光口径的爆炸快门。例如普通转镜分幅或扫描相机用的爆炸快门直径在40—50毫米时,通光孔切断时间约为10—15微秒,而转镜网格显微相机则要求通光孔径为5毫米,闸光时间越短越好,例如0.6微秒或更小。     

关于超高速摄影中的光速问题

由于光速C的值很大(真空中C=2.9979×10~8m/s),根据我们日常的经验总是直觉光的传播不需要时间,即把光速看成无穷大。在高速摄影中,我们也是做了这样的近似,从而认为同一幅画面对应同一时刻物信息的情况。但严格地说,这样做是不够准确的,因为实际上同一幅画面所对应的并不是同一时刻物信息。只是在通常情况下,     

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...     

超高速扫描摄影测量技术的进展

主要评述目前高技术前沿领域正在发展的直接采用超快速扫描摄影技术进行各种超短光脉冲实时测量的进展情况。现在,测量的时间分辨率正向200飞秒,(即200×10~(-15)秒)的指标推进。     

KTP倍频器件温度适应性扩展研究

针对目前最常用的KTP倍频晶体, 综合考虑其有效非线性系数和温度半宽度, 采用折中设计有效扩展KTP倍频器件适用温度范围. 对大适用温度范围的KTP倍频器件的设计方法进行了详细的理论分析, 并设计了一种温度半宽度为-20 ℃到50 ℃的KTP倍频器件. 实验结果表明该器件在15 ℃时达到峰值转换效率22.7%, 温度半宽度为70 ℃. 和通常情况下设计的KTP倍频器件相比, 尽管倍频转换效率有所下降, 但显著提高了适用温度范围. 且在温度半宽度高达70 ℃情况下, 其有效非线性系数仍大于LBO, BBO等倍频器件. 该方法对于扩展倍频器件的温度适应性具有普适性.     

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.     

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。     

柱面内爆磁通量压缩超高速摄影技术研究

炸药柱面内爆磁通量压缩实验技术具有加载压力高、加载过程温升低及样品体积大等特点,在材料高压物性、新材料高压合成及超强磁场下的凝聚态物理等多个领域都具有广阔的应用前景。叙述了超高速摄影技术在柱面内爆磁能量压缩实验中的研究应用,用超高速分幅摄影和扫描摄影技术首次拍摄到柱面内爆强磁场压缩过程具有高时空分辨的一维和二维图像,成功观察到柱面套筒内爆整个压缩和反弹过程以及压缩过程中的界面不稳定性现象,获得了该过程的压缩直径随时间连续变化曲线,由此计算出柱面套筒内爆强磁场压缩速度。该实验数据对于炸药柱面内爆磁通量压缩实验技术研究具有重要的指导意义。     

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。     

超高速摄影中弹性支撑转镜的模态分析

 提出了超高速摄影仪中弹性支撑转镜模态分析方法,利用有限元法对三面体铝合金转镜刚性支撑和弹性支撑情况下的一、二阶模态进行模拟,结果表明：电驱动转镜在转速工作范围内只有2个临界点,分别位于2.5×10⁵~2.6×⁵ r/min和2.6×10⁵~2.7×10⁵ r/min处, 并且均为一阶弯曲振动,一阶模态振动发生在垂直平面内,二阶发生在水平平面内。将模拟结果与实测值进行了比较,发现假设转镜为弹性支撑与实测值吻合得较好。     

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。     

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...     

超高速摄影中弹性支撑转镜的模态分析

提出了超高速摄影仪中弹性支撑转镜模态分析方法,利用有限元法对三面体铝合金转镜刚性支撑和弹性支撑情况下的一、二阶模态进行模拟,结果表明：电驱动转镜在转速工作范围内只有2个临界点,分别位于2.5×105~2.6×5 r/min和2.6×105~2.7×105 r/min处, 并且均为一阶弯曲振动,一阶模态振动发生在垂直平面内,二阶发生在水平平面内。将模拟结果与实测值进行了比较,发现假设转镜为弹性支撑与实测值吻合得较好。     

用超高速阴影摄影技术研究微喷射现象

以转镜式高速分幅相机作为记录载体,设计并建立了高速阴影系统。用该摄影系统研究在爆轰加载下金属表面的微喷射现象,以及由此产生的波阵面发展过程。通过获取的阴影图像观察到了带有特定形状缺陷（矩形槽、盲孔）锡自由表面的微喷射演变过程,给出了微射流的形状,冲击波阵面以及喷射物头部的运动速度等物理信息。     

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.     

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。