[发明专利]多序列激光阴影照相系统的外形结构

说明书

技术领域

本发明属于超高速瞬态成像领域，涉及一种多序列激光阴影照相系统的外形结构。

背景技术

随着我国航天技术、武器装备和基础学科的发展，涉及超高速空气动力学、超高速碰撞、爆炸与冲击、燃烧与化学反应等领域的研究不断深入。在这些研究工作中，许多现象是持续时间仅为微秒甚至纳秒级的超高速瞬态变化过程，需要有一种照相系统能够对这一过程进行清晰、连续地成像记录，以便掌握物理现象的本质。这种照相系统除了幅频要求达到1000万幅/秒(即曝光成像时间最短100ns)，能够对超高速瞬态变化过程进行序列成像外，还必须确保每幅图像的分辨率足够高，曝光时间足够短，从而提高成像清晰度，减小超高速运动引起图像的模糊失真。

目前国内只有中科院西安光机所、深圳大学能生产序列数量大于8个、曝光成像时间大于200纳秒的转镜式分幅胶片成像系统，由于采用机械旋转的方式，每幅图像的曝光时间难以小于100ns。国内数字式序列成像系统在研制和生产上还不成熟，难以满足工程化的需要。国外序列数量大于8个，曝光时间小于100ns的超高速数字成像系统技术比较成熟，通常采用昂贵的纳秒级光电快门实现序列成像，但这类高端产品对我国实行禁运和技术封锁。

为了满足超高速目标变化过程多序列成像，发展了多序列激光阴影照相系统，系统主要包括光源系统、准直系统、成像系统及数据采集与处理系统。在一次测试中，系统可以实现2序列到8序列激光阴影成像。

系统涉及到多种光路结构和机械结构，由于光路调试复杂，一方面要求调试光学元件的精密度较高，同时要求在完成光路调试后性能稳定可靠；根据不同测试对象需要选择不同序列方式成像，因此系统各部件需要模块化；为了对不同测试区域进行成像，系统中的准直系统口径应在100mm、200mm、300mm、400mm和500mm之间任选。为了便于系统的运输和安装，其体积尽量小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种性能稳定可靠、序列数量和准直系统口径可选择的多序列激光阴影照相系统的外形结构。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种多序列激光阴影照相系统的外形结构，包括光源系统、光纤耦合器、光纤、多光源空间分离装置、准直系统、成像系统和数据采集与处理系统，光源系统发出的光束到达光纤耦合器，光纤的一端和光纤耦合器连接，另一端和多光源空间分离装置连接，多光源空间分离装置出口光束位于准直系统的焦点位置，准直系统把光束汇聚后进入成像系统，成像系统获得测试目标的阴影图像后，传输至数据采集与处理系统进行数据处理。

进一步，光源系统的组件包括多台激光光源、多个序列光纤耦合器，序列光纤耦合器包括第一列序列光纤耦合器、第二列序列光纤耦合器、控制电源、第一高压电源、第二高压电源、光源水箱和箱体；

多台激光光源放置在箱体内部的平台中，激光光源的出口与光纤耦合器连接，第一列序列光纤耦合器放置于箱体上侧，第二列序列光纤耦合器放置于第一列序列光纤耦合器下侧，所有光源的控制电源放置于机箱体的中上部，光源的第一高压电源和第二高压电源位于箱体中下侧，光源水箱位于箱体的下侧。

进一步，光纤的输入端与第一列序列光纤耦合器连接，光纤输出端与多光源空间分离装置连接。

进一步，光纤内芯直径为1.5mm，外面包裹铠甲，其高能量阈值大于40毫焦。

进一步，成像系统包括成像准直镜、光束分束装置和箱体结构；

光束经准直系统后汇聚进入成像准直镜后把成像光束变为成像平行光束，成像平行光束由光束分束装置分为8个成像光路，分别为第一成像光路、第二成像光路、第三成像光路、第四成像光路、第五成像光路、第六成像光路、第七成像光路、第八成像光路，所有成像光路皆固定在滑槽中，成像系统所有的光学器件放置在箱体结构中。

进一步，准直系统的调节支架实现构成准直系统的光学元件上下、左右、前后和俯仰调节。

本发明具有以下有益效果：

1.光源系统不同序列激光光源放置在一个箱体内，根据光源序列数量设置不同数量的光源放置平台，光纤耦合器放置在每台激光光源发出的光束输出口，实现了激光光源的集成和不同序列激光光源可选。

2.光纤一端连接光纤耦合器，另一端连接多光源空间分离装置，实现了不同光束的灵活集成，结构相对于采用反射镜方式实现光束集成简单和空间结构小。

3.准直系统的调节支架实现光学元件上下、左右、前后和俯仰调节，不同尺寸的光学元件支撑架下端接口设计为一致，可灵活更换不同口径的光学元件。