后加速内增强技术条纹相机及其非线性强度修正

为实现X射线条纹相机大动态范围性能和精密化诊断,从光子密度探测阈值出发,研究条纹相机后加速内增强技术理论.降低记录系统灵敏度限制的光子密度探测阈值,有利于提高动态范围性能.研制后加速内增强技术条纹相机,组建超快实验标定系统,实验显示相机动态范围达2578∶1.相比具有饱和效应的微通道板内增强技术,该技术扩展了动态范围性能.方向角各不相同的电子入射栅网时,电子的透过率不同,从而导致电子在荧光屏上信号强度的非线性.给出成像区域强度误差分布及其修正方法,相比较未修正的动态范围,误差在7.7%.后加速内增强技术系统结构紧凑,有利于提高条纹相机动态范围,有助于实现中国激光惯性约束核聚变定量测量和精密化诊断目标.

辐射源压缩感知成像重建算法研究

提出将超快压缩成像技术应用于脉冲功率加速器焦斑图像测量。采用MATLAB软件模拟正向成像过程,实现迭代收缩等3种重建算法。以相关系数作为评价标准,优化重建算法经验参数。采用快速投影梯度算法,迭代次数11次、正则化参数0.5,去噪效果最优。采用两步迭代收缩算法收敛速度快,可调参数(α、β)设置为(1.3,0.5),可获得高质量的重建图像。结果表明,重建算法满足基于压缩感知的脉冲功率加速器焦斑超快成像应用需求。

基于脉冲陡化技术的皮秒分幅相机选通脉冲研究

为获得高幅值和窄半高宽的选通脉冲,基于雪崩三极管Marx脉冲发生器和脉冲陡化技术,设计皮秒高压脉冲电路,对应用于分幅相机的选通脉冲展开研究,并采用蒙特卡洛法建立微通道板通道内的光电子动态倍增研究模型,通过将选通脉冲应用于微通道板增益计算获取时间分辨率。研究结果表明,基于Marx脉冲发生器和脉冲陡化技术相结合产生皮秒选通脉冲的方法是可行的,当Marx脉冲发生器为三级,脉冲陡化电路的两个电感和电容分别为725 nH、7 nH、1 pF时,可获得幅值-2.8 kV和半高宽124 ps的选通脉冲。将该选通脉冲加载于微通道板上进行光电子动态倍增过程研究,通过分析和统计微通道板增益,获得分幅相机的时间分辨率约为53 ps。

熔化极电弧焊熔滴过渡过程的高速摄影

建立了适合拍摄熔化极电弧焊熔滴过渡过程的高速摄影系统。介绍了在光路的设计、背光光源的选择、转向和分幅措施的采用及放大率、摄影频率的确定等方面应采取的措施 ,其结论对熔化极电弧焊熔滴过渡过程的高速摄影技术有较高的参考价值。

超高速摄影中三面体铝合金转镜的空间结构强度数值分析

给出了3维弹性力学空间问题基本方程和有限元结构强度分析原理,分析了三面体铝合金转镜空间结构强度的力学特征,建立了有限元模型,分析了其在轴孔与轴的3种配合关系下的应力分布。结果表明轴孔严重削弱了镜体强度,而配合方式对转镜强度基本无影响。提出了减小转镜内部应力的无轴孔三面体铝合金转镜结构,在该结构下转镜强度提高了1.9倍,极限转速为原结构的1.7倍,适合于分幅式摄影系统。

丝阵负载Z箍缩可见光图像诊断系统

主要介绍了为“强光一号”加速器丝阵负载Z箍缩实验设计的可见光图像诊断系统，系统时间分辨约为5ns，空间分辨约为6．5lp／mm，光谱响应范围365-750nm。系统能够满足从早期单丝电离到等离子体柱飞散整个Z箍缩过程的诊断要求，给出了系统在Z箍缩实验中获得的丝阵负载内爆图像序列，并对其反映的内爆现象进行了初步的唯象分析。

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.

大动态范围长狭缝条纹相机系统

为了满足ICF实验等离子体诊断需要,研制了一种大动态范围长狭缝软X射线条纹相机系统。该系统在保证30 mm的长狭缝的情况下,通过设计一种短聚焦区高压电子光学系统大大缩短电子的渡越时间、提高阳极工作电压至16.5 kV、弃用MCP内增强器、采用光纤面板耦合和使用制冷CCD等一系列措施,达到改善扫描变像管条纹相机动态范围的目的,同时保证具有较高的时间分辨力。动态测试表明,该系统动态空间分辨力为15 lp/mm,时间分辨力优于31 ps,动态范围大于922。

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2．5×10^5～2．6×10^5r／min和2．6×10^5～2．7×10^5r／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。

熔化极电弧焊多信息同步高速摄影

高速摄影是研究焊接物理的一种有效的测试技术 ,但目前没有解决多路信号与高速摄影胶片同步对应的问题。利用快速多路计算机数据采集系统配合相应传感器同时采集多路信息 ,利用高速摄影胶片记录电弧图像变化过程 ,设计专有的同步标度信号脉冲作为计算机多路信息与高速摄影胶片之间的同步媒介 ,成功地实现了多信息同步高速摄影。文中详细介绍了多信息同步高速摄影的原理、同步标度信号脉冲产生方式及其接口技术 ,并利用该装置成功地进行了光谱信息对熔化极气体保护焊熔滴过渡过程检测的验证。实践证明 ,多信息同步高速摄影是行之有效的 。

扫描式超高速摄影中转镜镜面变形量的几何补偿

利用三维有限元计算技术,分析了从三面体到八面体铝合金转镜镜面变形规律.发现以四面体为界,三面体转镜镜面变形为向内凹进,五面体及以上转镜镜面则向外凸出·在对镜面变形定量分析基础上,提出了镜面变形的几何补偿方法,即采用柱面代替平直镜面,使镜面变形后的位置趋近于平直·结果表明,对镜面尺寸17.32mm,轴向长度32.5mm的三面体铝合金转镜,在5×104rpm下,镜面最高点偏离平直镜面的最大值为0.468μm,是平直镜面的1/9,与相同结构尺寸的铍转镜镜面变形量处于相同量级·说明铝合金转镜采用几何补偿方法,可以在扫描式摄影系统中代替铍转镜·

超高速摄影中铍转镜静力学与动力学性能分析

基于弹性力学空间问题基本方程、线性振动系统运动方程及有限元法,提出转镜力学特性的数值分析方法.运用该方法得出转镜镜面变形量、内部应力分布和振动模态参量的定量数值:在边缘线速度600m/s下,三面体铍转镜的最大变形量为约0.3346μm;最大应力0.204GPa,位于轴孔附近并与镜面距离最短处;两个在互相垂直平面内的一阶弯曲振动模态发生在3.4×105r/min附近,一阶扭振点位于5.13×105r/min附近,两个二阶弯曲振动点位于6.6×105r/min附近.结果表明,如制造无缺陷,由体力产生的静载荷不足以破坏镜体,对转镜产生较大破坏作用的是共振导致的疲劳破坏.

电炮加载下靶板的高速摄影技术研究

叙述高速摄影在电炮加载多层铝板实验中的应用情况,用普通高速摄影技术和激光阴影摄影首次得到双层和三层铝板在Mylar膜飞片碰撞靶板后形成碎片云的变化图像和靶板表面的微物质喷射发展过程,观察改变起爆系统充电电压、靶板厚度及靶板之间距离等不同条件下的高速碰撞现象,初步得到碎片云和微物质的运动速度等实验结果。

微通道板行波选通X射线皮秒分幅相机动态空间分辨率的优化

通过微通道板皮秒脉冲选通动态模型结合近贴聚焦系统的空间调制传递函数理论模型,研究了微通道板X射线分幅相机系统的动态空间分辨能力与屏压,近贴距离,皮秒选通脉冲的幅值与宽度等参数的关系.计算了常用参数下的微通道板行波选通X射线皮秒分幅相机的系统动态空间分辨率,讨论了提高相机动态空间分辨率的措施,提出了优化相机结构参数的方法.

高速摄影技术在常规战斗部实验中的应用

通过分析S-150型高速等待式分幅相机的性能特点及主要技术指标,设计了小锥角罩射流运动和航炮弹丸飞行姿态的动态实验,采用S-150型相机观测了水中射流运动的图像和弹丸着靶及侵彻靶板的图像。实验结果表明,S-150型相机能够满足高速动态摄影的要求,可以获得清晰的实验图像,在常规兵器战斗部实验中具有广泛的应用。

鸟撞高速摄影试验与过程研究

研究鸟撞问题时 ,一个很关键的问题是鸟撞载荷力学模型的建立 .对飞机风挡进行全尺寸鸟撞试验 ,通过对鸟弹撞击风挡玻璃过程高速摄影、动态应变测量等试验结果的分析 ,提出了斜撞击过程的鸟撞载荷可以简化为三角形脉冲的简化分析模型 ,利用该简化载荷模型对风挡玻璃鸟撞进行的有限元分析 。

多量程X射线条纹相机研制

为满足惯性约束聚变(inertial confinement fusion,ICF)等离子体诊断的需求,研制多档位X射线条纹相机.该相机工作面积为25 mm×2 mm,8个工作量程,扫描速度可在16.11～0.11 mm/ns范围内变化,符合技术指标要求.搭建基于波长为266 nm紫外激光器的X射线条纹相机联调实验系统,测试得到相机时间分辨优于45 ps,动态范围达到127,7个扫描速度非线性优于3%.

激光聚变极端环境下X光高速摄影技术研究进展

在激光惯性约束聚变(ICF)研究中,通过X光高速摄影获取的图像数据能够反映等离子体中由于做功和能量输运导致的流体状态的时空演化信息,与之相关的诊断技术与工程研究一直以来都是ICF诊断能力建设的重要组成部分。介绍了作为我国ICF工程的主要实施单位之一,中国工程物理研究院激光聚变研究中心近年来在X光高速摄影技术研究方面取得重要进展,包括:(1)面向神光系列激光装置,开发了系列工程化的100 ps曝光高速摄影相机,整体达到国际先进水平,并在高灵敏探测、透射式带通滤波和结构小型化等方面形成中国特色;(2)提出微扫描门控、同视扫描分幅等10 ps曝光X光高速摄影新技术,为突破时间分辨瓶颈做出有益尝试;(3)在国内率先开展抗辐射加固高速摄影相机理论设计、技术验证与工程设计;(4)针对激光聚变靶碎片对设备安全的威胁,在国内首次开展靶碎片的理论建模与仿真研究,并开展首次验证实验,取得重要进展。

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.