用於脈衝x光機的自動跟蹤插件及自動跟蹤方法
2023-11-02 05:47:07 1
專利名稱：用於脈衝x光機的自動跟蹤插件及自動跟蹤方法
技術領域：
本發明涉及一種高能高速攝影機用的自動跟蹤插件及跟蹤方法，具體地說，是涉及一種用於觀察爆炸現象的脈衝X光機中的自動跟蹤插件及自動跟蹤方法。
背景技術：
在脈衝X光攝影技術中，同步控制是十分重要的一個環節。傳統的同步控制裝置是由數控延時電路構成。它能控制脈衝X光機拍攝運動物體某一時刻的運動姿態，例如，拍攝槍彈著靶瞬間的X光照片。其拍攝過程如圖1所示。槍彈(2)飛行時先碰到觸發靶A(7)，其輸出的觸發信號啟動X光機同步機(3)開始計時，當X光機同步機(3)計時到某一予定時刻時，輸出一觸發信號，啟動脈衝X光機(4)出光，此時槍彈(2)正好飛到實驗靶P(6)的表面，在X光底片(5)上就留下了槍彈(2)著靶的瞬間影象。X光機同步機(3)的預置延遲時間為T＝S/V，其中，S(8)為觸發靶A(7)至實驗靶P(6)的距離，V為槍彈飛行的速度。
儘管脈衝X光機配備有同步控制裝置，但是，它對速度失控的高速運動物體仍無能為力。由上述X光機同步機(3)的預置延遲時間T＝S/V可知，攝影時，一但槍彈(2)的速度V不為予定值，實際延遲時間就與X光機同步機(3)的預置延遲時間T不一樣，因此導致同步失控，脈衝X光機(4)就拍攝不到槍彈正好著靶的瞬間影象。目前，國外產品的同步控制裝置均無自動跟蹤功能。
發明內容
本發明的目的是為了克服已有技術的缺點，達到在脈衝X光機工作時，隨運動物體速度的變化實時修正同步預置值，使攝影獲得準確同步，提高攝影的成功率，從而提供一種用於脈衝X光機的自動跟蹤插件及自動跟蹤方法。
本發明的目的是這樣實現的配備自動跟蹤插件的X光攝影方法如圖2所示，在實驗靶P(6)前設置測速靶A(7)和測速靶靶B(8)，並使靶A(7)到靶B(8)的距離S1(10)和靶B(8)到靶P(6)的距離S2(11)相等。假設子彈發射出口速度V在飛行過程中保持不變，則有V＝S1/T1＝S2/T2其中T1是子彈(2)飛過S1(10)所需時間，T2是子彈(2)飛過S2(11)所需時間。由於S1＝S2，所以T1＝T2，測定T1，則能在T＝2×T1時刻拍攝到子彈著靶瞬間的X光照片。攝影的完成與子彈發射出口速度V無關。自動跟蹤插件(9)能測量T1，並在2×T1時刻輸出觸發信號，保證攝影的同步自動跟蹤。
本發明的用於脈衝X光機的自動跟蹤插件的結構框圖如圖3所示，虛線內為自動跟蹤插件。該用於脈衝X光機的自動跟蹤插件包括兩路光電隔離電路，一個1M晶振電路、一個可逆10000計數器、一個自動復0電路和一個放大器；其中兩路光電隔離電路的輸出端分別與可逆10000計數器的正計數門電路和減計數門電路連接，可逆10000計數器的計0輸出端與放大器和自動復0電路的輸入端連接。自動復0電路的輸出端與可逆10000計數器的復0端相連接。1M晶振電路的輸出與可逆10000計數器的門電路相連。具體工作過程是可逆10000計數器初始狀態為0，子彈飛行時先碰到A靶，A靶的觸發信號經過光電隔離電路打開可逆10000計數器的加計數門，1M晶振脈衝進入可逆10000計數器，它開始正計數。當子彈繼續飛行碰到B靶時，B靶的觸發信號經過光電隔離電路關閉可逆10000計數器的加計數門，同時打開它的減計數門，可逆10000計數器開始負計數。當可逆10000計數器負計數到0時輸出一個脈衝信號「0出」，此信號經放大電路放大後觸發X光機同步機，X光機同步機啟動脈衝X光機出光。與此同時，脈衝信號「0出」，經自動復0電路使可逆10000計數器停止計數，可逆10000計數器復位至初始0狀態，等待下一次工作觸發。
自動跟蹤插件的電路圖如圖5所示所述的光電隔離電路光電隔離電路由光電耦合器IC25、IC26和電阻、電容組成，光電耦合器IC25、IC26的原、副邊沒有電的連接，只有光的耦合。
所述的1M晶振電路1M晶振電路由兩塊與非門電路IC15和IC16與10MHZ晶體震蕩器、C2、R5、C3組成10MHZ晶振電路，經十進計數器IC14分頻產生1MHZ晶振計數脈衝。
所述的可逆10000計數器可逆10000計數器由加、減計數的門電路、可逆10000計數電路組成。IC17、IC20是雙D觸發器，IC18、IC19是與門，IC21-IC24、IC27-IC32是與非門，它們共同組成10000計數器加、減計數的門電路。IC1-IC4為四塊可逆十進計數器，由它們串接組成可逆10000計數器。
所述的自動復0電路自動復0電路由與非門IC5-IC12共同組成。
所述的放大器放大器由可控矽K、柵極限流電阻R2、加速電容C1和陰極輸出電阻R4組成。
所述的其他輔助電路其他輔助電路有5V電源電路、50V電源電路和狀態顯示電路。5V電源電路由變壓器T2、整流管D1、D2、濾波電容C12、和5V穩壓集成電路IC13組成。50V電源電路由R13、R14、C7、C8和三極體T1、變壓器T3組成振蕩器，其輸出的高頻振蕩信號經二極體D3整流、C9濾波後經DW1和DW2穩壓得到50V直流電壓，供可控矽K陽極充電之用。狀態顯示電路由LED-1和LED-2組成，它們顯示自動跟蹤插件的狀態。當自動跟蹤插件處於復位等待狀態時，LED-1發綠光，LED-2發紅光。
本發明用於脈衝X光機的自動跟蹤方法在原設備控制櫃的X光機同步機前安裝本發明的自動跟蹤插件，用測速靶A和測速靶B代替傳統的觸發靶A，利用自動跟蹤插件內的可逆10000計數器可以加、減計數的特性，讓來自測速靶A和測速靶B的觸發信號分別使自動跟蹤插件內的可逆10000計數器加計數和減計數，並在邏輯上保證加計數等於減計數，達到脈衝X光攝影中的自動跟蹤目的。該方法進行自動跟蹤的具體步驟如下(如圖2所示)(一)首先在實驗靶P(6)前設置測速靶A(7)和測速靶B(8)，並使測速靶A(7)到測速靶B(8)的距離S1(10)和測速靶B(8)到實驗靶P(6)的距離S2(11)相等。假設子彈的速度V在實驗範圍內不變，則有V＝S1/T1＝S2/T2其中T1是槍彈(2)飛過距離S1(10)所需時間，T2是槍彈(2)飛過距離S2(11)所需時間。由於S1＝S2，所以T1＝T2。即子彈飛過距離S1(10)的時間T1和槍彈飛過距離S2(11)的時間T2相等。(二)測定T1槍彈(2)飛行時首先碰到測速靶A(7)，測速靶A(7)就發出觸發信號給自動跟蹤插件(9)，自動跟蹤插件(9)內的可逆10000計數器從零開始正記數(即1、2、3、......N)。子彈繼續飛行碰到測速靶B(8)時，測速靶B(8)發出觸發信號給自動跟蹤插件(9)，自動跟蹤插件(9)內的可逆10000計數器停止正記數。假設此時可逆10000計數器計數值為N，由於計數脈衝的周期為1微秒，所以自動跟蹤插件(9)就測定了槍彈飛過S1的時間為N微秒。(三)在T＝2×T1時刻拍攝到子彈著靶瞬間的X光照片槍彈繼續飛行碰到測速靶B(8)時，測速靶B(8)發出觸發信號給自動跟蹤插件(9)，自動跟蹤插件(9)內的可逆10000計數器停止正記數，並同時開始減計數(即N......3、2、1)。當自動跟蹤插件(9)內的可逆10000計數器減計數到零時(從A靶開始算，正好過了2×N微秒)，自動跟蹤插件(9)輸出一個觸發信號給X光機同步機(3)，X光機同步機(3)(此時X光機同步機預置延遲時間為0)則馬上輸出一個觸發信號給脈衝X光機(4)，脈衝X光機(4)被啟動出X光。由於S1＝S2，槍彈(2)的速度V不變，所以此時槍彈剛好飛到實驗靶P(6)的表面，脈衝X光機(4)被啟動出的X光就在X光底片(5)上留下了槍彈(2)到達實驗靶P(6)的影象。
由此可見，採用用於脈衝X光機的自動跟蹤插件及自動跟蹤方法以後，自動跟蹤插件能測量T1，並在T＝2×T1時刻輸出觸發信號，啟動X光機出光攝影，攝影的完成與子彈發射出口速度V無關，保證了攝影的同步自動跟蹤。
本發明的優點在於(1)測速靶通過兩路光電隔離電路輸入，光電隔離電路由光電偶合器6N136加電阻、電容組成，其輸入端採用脈衝供電迴路保證觸發信號能產生強電脈衝。從而保證了自動跟蹤插件具有極強的抗電磁幹擾的性能。
(2)自動跟蹤插件採用小功率可控矽K輸出，既可保證極高的輸出速度，又可保證輸出較高的電壓和功率，以便觸發脈衝X光機同步機。
(3)自動跟蹤插件輸出的50V電壓靠高頻振蕩電路產生和供給。大大減小了50V電壓源的體積，使自動跟蹤插件可以做得更小，以便插入脈衝X光機的控制櫃中。
(4)10000計數器的自動復0電路，保證了自動跟蹤插件開始工作以後不用人工復位，總處於等待工作狀態。
(5)本發明能自動跟蹤高速運動的物體，準確控制脈衝X光機捕捉高速運動的物體進行閃光拍照。可以隨心所欲抓拍到高速運動物體某一時刻運動狀態的X光照片，不管高速運動物體的初始速度如何。可逆10000計數器及其門電路保證減計數等於加計數，從而達到同步的自動跟蹤。
下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的說明圖1是已有的脈衝X光機拍照方法圖2是本發明的脈衝X光機拍照方法圖3是本發明的「自動跟蹤插件」的原理框4是使用本發明的自動跟蹤插件安裝在脈衝X光機中，用本發明的方法，控制脈衝X光機拍攝的槍彈正入射靶板瞬間的X光照片5是本發明的「自動跟蹤插件」的電路面說明如下圖1中槍-1彈-2 X光機同步機-3脈衝X光機-4 X光底片-5 實驗靶P-6觸發靶A-7 觸發靶A-7到實驗靶P-6的距離S-8圖2中槍-1彈-2 X光機同步機-3脈衝X光機-4 X光底片-5 實驗靶P-6測速靶A-7 測速靶B-8自動跟蹤插件-9測速靶A-7到測速靶B-8的距離S1-10測速靶B-8到實驗靶P-6的距離S2-11
具體實施例方式
IC17、IC20是雙D觸發器，IC18、IC19是與門，IC11、IC21-IC24、IC27-IC32是與非門，它們共同組成10000計數器加、減計數的門電路。
IC15和IC16是兩塊與非門電路，與10MHZ晶體震蕩器、C2、R5、C3共同組成10MHZ晶振電路，由IC15的第六腳輸出的10MHZ晶振脈衝經十進計數器IC14分頻產生1MHZ晶振計數脈衝，由IC14的第12腳輸出。
當圖3中的A靶觸發時，圖5中的A短路，C5通過光電耦合器IC25的原邊和R8放電，IC25的副邊通過光耦合接受到此信號後，從第6腳輸出一個負脈衝，經與非門IC27、IC28、IC29整形後進入雙D觸發器IC17的第4腳和IC20的第10腳。IC20被觸發，第8腳輸出低電平，鎖住與非門IC21，第9腳輸出高電平，打開了與非門IC23。與此同時，IC17亦被觸發，第5腳輸出低電平，鎖住與非門IC19，第6腳輸出高電平，打開了與非門IC18。
IC20的第8腳輸出的低電平進入IC11的第13腳後，IC11的第11腳輸出高電平給IC14的第1腳，從而打開了晶振電路的門電路，1MHZ晶振脈衝由IC14的第12腳通過與門IC18、與非門IC23和IC24輸入到10000計數器的IC1的第4腳，10000計數器從0開始加計數。
當圖3中的B靶觸發時，圖5中的B短路，此時，假設10000計數器計數到N，C6通過光電耦合器IC26的原邊和R11放電，IC26的副邊通過光耦合接受到此信號後，從第6腳輸出一個負脈衝，經與非門IC30、IC31、IC32整形後進入雙D觸發器IC17的第1腳和IC20的第13腳。IC20被觸發，第9腳輸出低電平，鎖住與非門IC23，第8腳輸出高電平，打開了與非門IC21。與此同時，IC17亦被觸發，第6腳輸出低電平，鎖住與非門IC18，第5腳輸出高電平，打開了與非門IC19。1MHZ晶振脈衝由IC14的第12腳通過與門IC19、與非門IC21和IC22輸入到10000計數器的IC1的第5腳，10000計數器從N開始減計數。
IC1-IC4為四塊十進可逆十進計數器74LS192，由它們串接組成可逆10000計數器，它們是自動跟蹤插件的核心，自動跟蹤插件正是利用了它們既可加計數，又可減計數的特性達到自動跟蹤的目的。IC5-IC12是與非門，它們共同組成自動跟蹤0輸出電路。當10000計數器減計數到0時，與非門IC5-IC8均輸出高電平，IC9輸出低電平(此電平即是可逆10000計數器的自動跟蹤邏輯輸出)，經IC10、IC11、IC12倒相後，由IC12的第8腳輸出高電平，觸發可控矽K的柵極，可控矽K導通，它的陰極輸出50V觸發脈衝給X光機同步機，X光機同步機啟動脈衝X光機出光。與此同時，IC11的第11腳輸出的低電平觸發IC14的第1腳，關閉1MHZ晶振脈衝輸出，10000計數器停止計數，恢復到計數狀態為0。此時，計數器減計數為「0」顯示燈LED1發綠光，自動跟蹤插件恢復到等待工作狀態。
5V電源電路由變壓器T2、整流管D1、D2、濾波電容C12、和5V穩壓集成電路IC13組成。220V交流電經變壓器T2變為對稱的兩組9V輸出，經整流管D1、D2全波整流，電容器C12濾波，得到一個13V的直流電壓。經5V穩壓集成電路IC13穩壓，得到5V電壓，供給自動跟蹤插件。當自動跟蹤插件工作時，5V電源點亮LED-2，LED-2發紅光。
50V電源電路由R13、R14、C7、C8和三極體T1、變壓器T3組成振蕩器，其輸出的高頻振蕩信號經二極體D3整流、C9濾波後，經穩壓管DW1、DW2穩壓獲得50V直流電壓，通過由R16和C10組成的脈衝供電迴路加在可控矽K的陽極。
輸出放大器由可控矽K、柵極限流電阻R2、加速電容C1、陰極輸出電阻R4和脈衝供電迴路R16、C10組成。當自動跟蹤插件工作時，脈衝供電電容C10上充有50V直流電壓，它加在可控矽K的陽極上。當IC12的第8腳輸出可逆10000計數器的自動跟蹤邏輯信號(正的TTL電平)，通過加速電容加在可控矽柵極時，可控矽K導通，脈衝供電電容C10上的50V直流電壓通過陰極電阻R4放電，可控矽的陰極就輸出一個50V的正脈衝。
權利要求
1.一種用於脈衝X光機的自動跟蹤插件，其特徵是它包括兩路光電隔離電路，一個1M晶振電路、一個可逆10000計數器、一個自動復0電路和一個放大器；其中兩路光電隔離電路的輸出端分別與可逆10000計數器的正計數門電路和減計數門電路連接，可逆10000計數器的計0輸出端與放大器和自動復0電路的輸入端連接；自動復0電路的輸出端與可逆10000計數器的復0端相連接；1M晶振電路的輸出與可逆10000計數器的門電路相連。
2.根據權利要求1所述的一種用於脈衝X光機的自動跟蹤插件，其特徵是所述的光電隔離電路每一路光電隔離電路由一個光電耦合器6N136和電阻、電容組成，光電耦合器6N136的原、副有光的耦合。
3.根據權利要求1所述的一種用於脈衝X光機的自動跟蹤插件，其特徵是所述的1M晶振電路是1M晶振電路由兩塊與非門電路IC15和IC16與10MHZ晶體震蕩器、C2、R5、C3組成10MHZ晶振電路，經十進計數器74LS160分頻產生1MHZ晶振計數脈衝。
4.根據權利要求1所述的一種用於脈衝X光機的自動跟蹤插件，其特徵是所述的可逆10000計數器是可逆10000計數器由加、減計數的門電路、可逆10000計數電路組成IC17、IC20是雙D觸發器，IC18、IC19是與門，IC21-IC24、IC27-IC32是與非門，它們共同組成10000計數器加、減計數的門電路；IC1-IC4為四塊可逆十進計數器，由它們串接組成可逆10000計數器。
5.根據權利要求1所述的一種用於脈衝X光機的自動跟蹤插件，其特徵是所述自動復0電路由與非門IC5-IC12共同組成。
6.根據權利要求1所述的一種用於脈衝X光機的自動跟蹤插件，其特徵是所述的放大器使由可控矽K、柵極限流電阻R2、加速電容C1和陰極輸出電阻R4組成。
7.根據權利要求1所述的一種用於脈衝X光機的自動跟蹤插件，其特徵是所述的5V電源電路由變壓器T2、整流管D1、D2、濾波電容C12、和5V穩壓集成電路IC13組成。
8.根據權利要求1所述的一種用於脈衝X光機的自動跟蹤插件，其特徵是所述的50V電源電路由R13、R14、C7、C8和三極體T1、變壓器T3組成振蕩器，其輸出的高頻振蕩信號經二極體D3整流、C9濾波後獲得50V直流電壓，可觸發控矽輸出；基本狀態顯示電路由LED-1和LED-2組成。
9.一種使用權利要求1所述的自動跟蹤插件進行自動跟蹤的方法，其特徵是在原設備控制櫃的X光機同步機前安裝本發明的自動跟蹤插件，用測速靶A和測速靶B代替傳統的觸發靶A，利用自動跟蹤插件內的可逆計數器可以加、減計數的特性，讓來自A靶和B靶的觸發信號分別使自動跟蹤插件內的可逆計數器加計數和減計數，並在邏輯上保證加計數等於減計數，進行自動跟蹤的具體步驟如下(1)首先在實驗靶P前設置測速靶A和測速靶B，並使測速靶A到測速靶B的距離S1和測速靶B到實驗靶P的距離S2相等；(2)測定T1槍彈飛行時首先碰到測速靶A，測速靶A就發出觸發信號給自動跟蹤插件，自動跟蹤插件內的可逆計數器從零開始正記數；子彈繼續飛行碰到測速靶B時，測速靶B發出觸發信號給自動跟蹤插件，自動跟蹤插件內的可逆計數器停止正記數；自動跟蹤插件測定出槍彈飛過S1的時間為N微秒；(3)在T＝2×T1時刻拍攝子彈著靶瞬間的X光照片槍彈繼續飛行碰到測速靶B時，測速靶B發出觸發信號給自動跟蹤插件，自動跟蹤插件內的可逆計數器停止正記數，並同時開始減計數；當自動跟蹤插件內的可逆計數器減計數到零時，自動跟蹤插件輸出一個觸發信號給X光機同步機，X光機同步機則馬上輸出一個觸發信號給X光機，X光機被啟動出X光。
全文摘要
本發明涉及一種用於脈衝X光機中的自動跟蹤插件及方法。該自動跟蹤插件包括兩路光電隔離電路的輸出端分別與可逆10000計數器的正計數門電路和減計數門電路連接，可逆10000計數器的計0輸出端與放大器和自動復0電路的輸入端連接。自動復0電路的輸出端與可逆10000計數器的復0端相連接。1M晶振電路的輸出與可逆10000計數器的門電路相連。該方法用兩個測速靶代替傳統的一個觸發靶，在脈衝X光機的同步機前加裝自動跟蹤插件，利用這種方法可以抓拍高速運動物體任一運動位置的運動姿態。自動跟蹤插件利用可逆10000計數器既可以正計數，又可以減計數的特性，令其減計數等於通過測速靶測到的正計數，使脈衝X光機達到準確自動跟蹤拍照的目的。
文檔編號G03B42/02GK1404348SQ0113082
公開日2003年3月19日 申請日期2001年8月24日 優先權日2001年8月24日
發明者楊業敏, 丁雁生, 陳力, 張泰華 申請人:中國科學院力學研究所