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高速摄影的种类

发布日期:2017-12-28 09:15:28 【关闭】
摘要:高速摄影综合使用光、机、电、光电传感器与计算机等一系列技术。高速摄影按其作用技术可以分为光机式、光电子类与可见化技术。

   高速摄影综合使用光、机、电、光电传感器与计算机等一系列技术。高速摄影按其作用技术可以分为光机式、光电子类与可见化技术。
   1. 光机式相机
   所有使用几何光学原理及高速动作的机械机构实现对快速现象观测记录的设备,统称为光机式高速相机。它通常又可以分为以下3类、
   (1) 间歇式高速摄影机
   相机有输片、收片与光学系统。底片在抓片机构的拖动下间歇运动。曝光在底片静止的片刻完成。限于底片两侧齿孔的强度,这类相机的拍摄速度的上限为360幅/S。底片通常长越200~300m。结果可以按放电影的频率放映,使原有现象变化的速度放慢至多15倍,也可以用专门的判读仪测出运动的多种参数。
   (2) 光学补偿式高速摄影机
   在这类相机中,底片连续运动,从静止逐步达到某一稳定速度,为了获得清晰的图像,人们使用移动的透镜、旋转的棱镜或反射镜,式图像在曝光时间内与底片同速运动、相对静止,目前使用最多是旋转棱镜。这类相机的底片长度通常在30~120m之间,最长也有600m的,所得结果可以放电影。由于光学补偿式高速摄影机结构简单,操作方便,体积小而造价低廉,它被广泛地应用于研究各种发光的和不发光的(加照明装置)快速现象,如导弹的发射、工业机器的运转、流体力学、爆轰学、加工工艺研究,材料力学、航空航天技术等领域。

   (3) 转镜式高速摄影机
    在这类相机中,低片固定在暗箱内一个近似圆弧的片架上,用旋转反射镜使成像光速在底片上高速扫过。如在底片前面放置一排小透镜,光速扫过它们时会在低片上形成一幅幅图像,构成所谓分幅相机。如果再光学系统设置一个狭缝,将目标成像在狭缝上,并经转镜成像再底片上,则当转镜旋转时会再底片上形成一个条状图像,条纹的宽度表示目标沿狭缝方向线度随时间的变化,条纹的黑度表示目标的发光强度随时间的变化。由于拍摄结果是一个条带,因此称为条纹相机,有时也按动作称为扫描相机。
    2.光电子类相机
    所有使用电光、光电效应及脉冲电光源的高速相机,我们统统归入光电子类。它们还可以细分为闪光摄影、电光摄影与变像管摄影。

   (1)闪光摄影
     闪光可以是火花放电或氙灯,也可以是脉冲激光。相机的曝光时间就是闪光持续的时间。一般火花放电的持续时间可以短至纳秒,而激光脉冲则可以短至皮秒(10-12S)甚至飞秒(10-15S)。闪光摄影一次获得一幅照片,如果使用依次放电的火花隙阵列或序列激光脉冲,也可以获得多幅照片。
     当使用X射线闪光时,就形成了叫做射线高速摄影的技术。
    (2)电光摄影
      某些液体,例如硝基苯、二硫化碳等,在电场中有双折射现象,电场消失后这种现象也很快消失,称为Kerr电光效应。在一对正交的偏振片中间放置一个能施加电场的充有上述液体的盒子(通常叫克尔盒),就构成一个快门。不加电场时,这个快门是不透光的,当加一合适的电场时,这个快门就透光了。快门打开的持续时间取决于电场存在的时间,即加在克尔盒上的高压电脉冲的宽度,通常为纳秒量级。当使用二硫化碳液体并用脉冲激光的电场驱动时可以达到皮秒量级。
    (3)变像管高速摄影
      变像管由光电阴极、电子光学聚焦系统及荧光屏组成。当光学图像照在它的光电阴极上时,光电阴极即发射出一个电子密度与光强相应的电子图像,这个电子图像经电子光学系统聚焦成像在荧光屏上就重新转换成一个与原来的光学图像相同的可见光图像。
    3.可见化技术
    客观世界中除了物体形态、位置、亮度等等的变化是明显可见之外,还有一些物理量是不可见的,例如温度的分布、密度的分布、压力的分布,等等。然而这些物理量往往对空气动力学、爆轰学、激波等的研究极为重要,于是人们发展了若干技术来显现这些物理量的分布及其变化,我们称之为可见化技术。它的基本原理有的是基于温度或压力的变化会引起空气密度的变化,空气密度的变化导致折射率的变化,从而引起光线传输路径的变化,造成阴影或纹影。这些阴影或纹影反映了温度或压力的分布。有的是基于光的干涉。应力会引起双折射效应,形成干涉花纹。人们可以从干涉图中判断应力的分布及大小。可见化技术方面,以前应用最多的是阴影法和纹影法,近些年发展了剪切干涉与全息干涉。使用硬X射线或y射线的摄影可以使人们看到原本看不到物体内部的情况或被烟雾与火光遮蔽了的事物,因而也可以归入可见化技术。

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