专利名称：用于脉冲x光机的自动跟踪插件及自动跟踪方法
技术领域：
本发明涉及一种高能高速摄影机用的自动跟踪插件及跟踪方法，具体地说，是涉及一种用于观察爆炸现象的脉冲X光机中的自动跟踪插件及自动跟踪方法。
背景技术：
在脉冲X光摄影技术中，同步控制是十分重要的一个环节。传统的同步控制装置是由数控延时电路构成。它能控制脉冲X光机拍摄运动物体某一时刻的运动姿态，例如，拍摄枪弹着靶瞬间的X光照片。其拍摄过程如图1所示。枪弹(2)飞行时先碰到触发靶A(7)，其输出的触发信号启动X光机同步机(3)开始计时，当X光机同步机(3)计时到某一予定时刻时，输出一触发信号，启动脉冲X光机(4)出光，此时枪弹(2)正好飞到实验靶P(6)的表面，在X光底片(5)上就留下了枪弹(2)着靶的瞬间影象。X光机同步机(3)的预置延迟时间为T＝S/V，其中，S(8)为触发靶A(7)至实验靶P(6)的距离，V为枪弹飞行的速度。
尽管脉冲X光机配备有同步控制装置，但是，它对速度失控的高速运动物体仍无能为力。由上述X光机同步机(3)的预置延迟时间T＝S/V可知，摄影时，一但枪弹(2)的速度V不为予定值，实际延迟时间就与X光机同步机(3)的预置延迟时间T不一样，因此导致同步失控，脉冲X光机(4)就拍摄不到枪弹正好着靶的瞬间影象。目前，国外产品的同步控制装置均无自动跟踪功能。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有技术的缺点，达到在脉冲X光机工作时，随运动物体速度的变化实时修正同步预置值，使摄影获得准确同步，提高摄影的成功率，从而提供一种用于脉冲X光机的自动跟踪插件及自动跟踪方法。
本发明的目的是这样实现的配备自动跟踪插件的X光摄影方法如图2所示，在实验靶P(6)前设置测速靶A(7)和测速靶靶B(8)，并使靶A(7)到靶B(8)的距离S1(10)和靶B(8)到靶P(6)的距离S2(11)相等。假设子弹发射出口速度V在飞行过程中保持不变，则有V＝S1/T1＝S2/T2其中T1是子弹(2)飞过S1(10)所需时间，T2是子弹(2)飞过S2(11)所需时间。由于S1＝S2，所以T1＝T2，测定T1，则能在T＝2×T1时刻拍摄到子弹着靶瞬间的X光照片。摄影的完成与子弹发射出口速度V无关。自动跟踪插件(9)能测量T1，并在2×T1时刻输出触发信号，保证摄影的同步自动跟踪。
本发明的用于脉冲X光机的自动跟踪插件的结构框图如图3所示，虚线内为自动跟踪插件。该用于脉冲X光机的自动跟踪插件包括两路光电隔离电路，一个1M晶振电路、一个可逆10000计数器、一个自动复0电路和一个放大器；其中两路光电隔离电路的输出端分别与可逆10000计数器的正计数门电路和减计数门电路连接，可逆10000计数器的计0输出端与放大器和自动复0电路的输入端连接。自动复0电路的输出端与可逆10000计数器的复0端相连接。1M晶振电路的输出与可逆10000计数器的门电路相连。具体工作过程是可逆10000计数器初始状态为0，子弹飞行时先碰到A靶，A靶的触发信号经过光电隔离电路打开可逆10000计数器的加计数门，1M晶振脉冲进入可逆10000计数器，它开始正计数。当子弹继续飞行碰到B靶时，B靶的触发信号经过光电隔离电路关闭可逆10000计数器的加计数门，同时打开它的减计数门，可逆10000计数器开始负计数。当可逆10000计数器负计数到0时输出一个脉冲信号“0出”，此信号经放大电路放大后触发X光机同步机，X光机同步机启动脉冲X光机出光。与此同时，脉冲信号“0出”，经自动复0电路使可逆10000计数器停止计数，可逆10000计数器复位至初始0状态，等待下一次工作触发。
自动跟踪插件的电路图如图5所示所述的光电隔离电路光电隔离电路由光电耦合器IC25、IC26和电阻、电容组成，光电耦合器IC25、IC26的原、副边没有电的连接，只有光的耦合。
所述的1M晶振电路1M晶振电路由两块与非门电路IC15和IC16与10MHZ晶体震荡器、C2、R5、C3组成10MHZ晶振电路，经十进计数器IC14分频产生1MHZ晶振计数脉冲。
所述的可逆10000计数器可逆10000计数器由加、减计数的门电路、可逆10000计数电路组成。IC17、IC20是双D触发器，IC18、IC19是与门，IC21-IC24、IC27-IC32是与非门，它们共同组成10000计数器加、减计数的门电路。IC1-IC4为四块可逆十进计数器，由它们串接组成可逆10000计数器。
所述的自动复0电路自动复0电路由与非门IC5-IC12共同组成。
所述的放大器放大器由可控硅K、栅极限流电阻R2、加速电容C1和阴极输出电阻R4组成。
所述的其他辅助电路其他辅助电路有5V电源电路、50V电源电路和状态显示电路。5V电源电路由变压器T2、整流管D1、D2、滤波电容C12、和5V稳压集成电路IC13组成。50V电源电路由R13、R14、C7、C8和三极管T1、变压器T3组成振荡器，其输出的高频振荡信号经二极管D3整流、C9滤波后经DW1和DW2稳压得到50V直流电压，供可控硅K阳极充电之用。状态显示电路由LED-1和LED-2组成，它们显示自动跟踪插件的状态。当自动跟踪插件处于复位等待状态时，LED-1发绿光，LED-2发红光。
本发明用于脉冲X光机的自动跟踪方法在原设备控制柜的X光机同步机前安装本发明的自动跟踪插件，用测速靶A和测速靶B代替传统的触发靶A，利用自动跟踪插件内的可逆10000计数器可以加、减计数的特性，让来自测速靶A和测速靶B的触发信号分别使自动跟踪插件内的可逆10000计数器加计数和减计数，并在逻辑上保证加计数等于减计数，达到脉冲X光摄影中的自动跟踪目的。该方法进行自动跟踪的具体步骤如下(如图2所示)(一)首先在实验靶P(6)前设置测速靶A(7)和测速靶B(8)，并使测速靶A(7)到测速靶B(8)的距离S1(10)和测速靶B(8)到实验靶P(6)的距离S2(11)相等。假设子弹的速度V在实验范围内不变，则有V＝S1/T1＝S2/T2其中T1是枪弹(2)飞过距离S1(10)所需时间，T2是枪弹(2)飞过距离S2(11)所需时间。由于S1＝S2，所以T1＝T2。即子弹飞过距离S1(10)的时间T1和枪弹飞过距离S2(11)的时间T2相等。(二)测定T1枪弹(2)飞行时首先碰到测速靶A(7)，测速靶A(7)就发出触发信号给自动跟踪插件(9)，自动跟踪插件(9)内的可逆10000计数器从零开始正记数(即1、2、3、......N)。子弹继续飞行碰到测速靶B(8)时，测速靶B(8)发出触发信号给自动跟踪插件(9)，自动跟踪插件(9)内的可逆10000计数器停止正记数。假设此时可逆10000计数器计数值为N，由于计数脉冲的周期为1微秒，所以自动跟踪插件(9)就测定了枪弹飞过S1的时间为N微秒。(三)在T＝2×T1时刻拍摄到子弹着靶瞬间的X光照片枪弹继续飞行碰到测速靶B(8)时，测速靶B(8)发出触发信号给自动跟踪插件(9)，自动跟踪插件(9)内的可逆10000计数器停止正记数，并同时开始减计数(即N......3、2、1)。当自动跟踪插件(9)内的可逆10000计数器减计数到零时(从A靶开始算，正好过了2×N微秒)，自动跟踪插件(9)输出一个触发信号给X光机同步机(3)，X光机同步机(3)(此时X光机同步机预置延迟时间为0)则马上输出一个触发信号给脉冲X光机(4)，脉冲X光机(4)被启动出X光。由于S1＝S2，枪弹(2)的速度V不变，所以此时枪弹刚好飞到实验靶P(6)的表面，脉冲X光机(4)被启动出的X光就在X光底片(5)上留下了枪弹(2)到达实验靶P(6)的影象。
由此可见，采用用于脉冲X光机的自动跟踪插件及自动跟踪方法以后，自动跟踪插件能测量T1，并在T＝2×T1时刻输出触发信号，启动X光机出光摄影，摄影的完成与子弹发射出口速度V无关，保证了摄影的同步自动跟踪。
本发明的优点在于(1)测速靶通过两路光电隔离电路输入，光电隔离电路由光电偶合器6N136加电阻、电容组成，其输入端采用脉冲供电回路保证触发信号能产生强电脉冲。从而保证了自动跟踪插件具有极强的抗电磁干扰的性能。
(2)自动跟踪插件采用小功率可控硅K输出，既可保证极高的输出速度，又可保证输出较高的电压和功率，以便触发脉冲X光机同步机。
(3)自动跟踪插件输出的50V电压靠高频振荡电路产生和供给。大大减小了50V电压源的体积，使自动跟踪插件可以做得更小，以便插入脉冲X光机的控制柜中。
(4)10000计数器的自动复0电路，保证了自动跟踪插件开始工作以后不用人工复位，总处于等待工作状态。
(5)本发明能自动跟踪高速运动的物体，准确控制脉冲X光机捕捉高速运动的物体进行闪光拍照。可以随心所欲抓拍到高速运动物体某一时刻运动状态的X光照片，不管高速运动物体的初始速度如何。可逆10000计数器及其门电路保证减计数等于加计数，从而达到同步的自动跟踪。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明图1是已有的脉冲X光机拍照方法图2是本发明的脉冲X光机拍照方法图3是本发明的“自动跟踪插件”的原理框4是使用本发明的自动跟踪插件安装在脉冲X光机中，用本发明的方法，控制脉冲X光机拍摄的枪弹正入射靶板瞬间的X光照片5是本发明的“自动跟踪插件”的电路面说明如下图1中枪-1弹-2 X光机同步机-3脉冲X光机-4 X光底片-5 实验靶P-6触发靶A-7 触发靶A-7到实验靶P-6的距离S-8图2中枪-1弹-2 X光机同步机-3脉冲X光机-4 X光底片-5 实验靶P-6测速靶A-7 测速靶B-8自动跟踪插件-9测速靶A-7到测速靶B-8的距离S1-10测速靶B-8到实验靶P-6的距离S2-11
具体实施例方式
IC17、IC20是双D触发器，IC18、IC19是与门，IC11、IC21-IC24、IC27-IC32是与非门，它们共同组成10000计数器加、减计数的门电路。
IC15和IC16是两块与非门电路，与10MHZ晶体震荡器、C2、R5、C3共同组成10MHZ晶振电路，由IC15的第六脚输出的10MHZ晶振脉冲经十进计数器IC14分频产生1MHZ晶振计数脉冲，由IC14的第12脚输出。
当图3中的A靶触发时，图5中的A短路，C5通过光电耦合器IC25的原边和R8放电，IC25的副边通过光耦合接受到此信号后，从第6脚输出一个负脉冲，经与非门IC27、IC28、IC29整形后进入双D触发器IC17的第4脚和IC20的第10脚。IC20被触发，第8脚输出低电平，锁住与非门IC21，第9脚输出高电平，打开了与非门IC23。与此同时，IC17亦被触发，第5脚输出低电平，锁住与非门IC19，第6脚输出高电平，打开了与非门IC18。
IC20的第8脚输出的低电平进入IC11的第13脚后，IC11的第11脚输出高电平给IC14的第1脚，从而打开了晶振电路的门电路，1MHZ晶振脉冲由IC14的第12脚通过与门IC18、与非门IC23和IC24输入到10000计数器的IC1的第4脚，10000计数器从0开始加计数。
当图3中的B靶触发时，图5中的B短路，此时，假设10000计数器计数到N，C6通过光电耦合器IC26的原边和R11放电，IC26的副边通过光耦合接受到此信号后，从第6脚输出一个负脉冲，经与非门IC30、IC31、IC32整形后进入双D触发器IC17的第1脚和IC20的第13脚。IC20被触发，第9脚输出低电平，锁住与非门IC23，第8脚输出高电平，打开了与非门IC21。与此同时，IC17亦被触发，第6脚输出低电平，锁住与非门IC18，第5脚输出高电平，打开了与非门IC19。1MHZ晶振脉冲由IC14的第12脚通过与门IC19、与非门IC21和IC22输入到10000计数器的IC1的第5脚，10000计数器从N开始减计数。
IC1-IC4为四块十进可逆十进计数器74LS192，由它们串接组成可逆10000计数器，它们是自动跟踪插件的核心，自动跟踪插件正是利用了它们既可加计数，又可减计数的特性达到自动跟踪的目的。IC5-IC12是与非门，它们共同组成自动跟踪0输出电路。当10000计数器减计数到0时，与非门IC5-IC8均输出高电平，IC9输出低电平(此电平即是可逆10000计数器的自动跟踪逻辑输出)，经IC10、IC11、IC12倒相后，由IC12的第8脚输出高电平，触发可控硅K的栅极，可控硅K导通，它的阴极输出50V触发脉冲给X光机同步机，X光机同步机启动脉冲X光机出光。与此同时，IC11的第11脚输出的低电平触发IC14的第1脚，关闭1MHZ晶振脉冲输出，10000计数器停止计数，恢复到计数状态为0。此时，计数器减计数为“0”显示灯LED1发绿光，自动跟踪插件恢复到等待工作状态。
5V电源电路由变压器T2、整流管D1、D2、滤波电容C12、和5V稳压集成电路IC13组成。220V交流电经变压器T2变为对称的两组9V输出，经整流管D1、D2全波整流，电容器C12滤波，得到一个13V的直流电压。经5V稳压集成电路IC13稳压，得到5V电压，供给自动跟踪插件。当自动跟踪插件工作时，5V电源点亮LED-2，LED-2发红光。
50V电源电路由R13、R14、C7、C8和三极管T1、变压器T3组成振荡器，其输出的高频振荡信号经二极管D3整流、C9滤波后，经稳压管DW1、DW2稳压获得50V直流电压，通过由R16和C10组成的脉冲供电回路加在可控硅K的阳极。
输出放大器由可控硅K、栅极限流电阻R2、加速电容C1、阴极输出电阻R4和脉冲供电回路R16、C10组成。当自动跟踪插件工作时，脉冲供电电容C10上充有50V直流电压，它加在可控硅K的阳极上。当IC12的第8脚输出可逆10000计数器的自动跟踪逻辑信号(正的TTL电平)，通过加速电容加在可控硅栅极时，可控硅K导通，脉冲供电电容C10上的50V直流电压通过阴极电阻R4放电，可控硅的阴极就输出一个50V的正脉冲。
权利要求
1.一种用于脉冲X光机的自动跟踪插件，其特征是它包括两路光电隔离电路，一个1M晶振电路、一个可逆10000计数器、一个自动复0电路和一个放大器；其中两路光电隔离电路的输出端分别与可逆10000计数器的正计数门电路和减计数门电路连接，可逆10000计数器的计0输出端与放大器和自动复0电路的输入端连接；自动复0电路的输出端与可逆10000计数器的复0端相连接；1M晶振电路的输出与可逆10000计数器的门电路相连。
2.根据权利要求1所述的一种用于脉冲X光机的自动跟踪插件，其特征是所述的光电隔离电路每一路光电隔离电路由一个光电耦合器6N136和电阻、电容组成，光电耦合器6N136的原、副有光的耦合。
3.根据权利要求1所述的一种用于脉冲X光机的自动跟踪插件，其特征是所述的1M晶振电路是1M晶振电路由两块与非门电路IC15和IC16与10MHZ晶体震荡器、C2、R5、C3组成10MHZ晶振电路，经十进计数器74LS160分频产生1MHZ晶振计数脉冲。
4.根据权利要求1所述的一种用于脉冲X光机的自动跟踪插件，其特征是所述的可逆10000计数器是可逆10000计数器由加、减计数的门电路、可逆10000计数电路组成IC17、IC20是双D触发器，IC18、IC19是与门，IC21-IC24、IC27-IC32是与非门，它们共同组成10000计数器加、减计数的门电路；IC1-IC4为四块可逆十进计数器，由它们串接组成可逆10000计数器。
5.根据权利要求1所述的一种用于脉冲X光机的自动跟踪插件，其特征是所述自动复0电路由与非门IC5-IC12共同组成。
6.根据权利要求1所述的一种用于脉冲X光机的自动跟踪插件，其特征是所述的放大器使由可控硅K、栅极限流电阻R2、加速电容C1和阴极输出电阻R4组成。
7.根据权利要求1所述的一种用于脉冲X光机的自动跟踪插件，其特征是所述的5V电源电路由变压器T2、整流管D1、D2、滤波电容C12、和5V稳压集成电路IC13组成。
8.根据权利要求1所述的一种用于脉冲X光机的自动跟踪插件，其特征是所述的50V电源电路由R13、R14、C7、C8和三极管T1、变压器T3组成振荡器，其输出的高频振荡信号经二极管D3整流、C9滤波后获得50V直流电压，可触发控硅输出；基本状态显示电路由LED-1和LED-2组成。
9.一种使用权利要求1所述的自动跟踪插件进行自动跟踪的方法，其特征是在原设备控制柜的X光机同步机前安装本发明的自动跟踪插件，用测速靶A和测速靶B代替传统的触发靶A，利用自动跟踪插件内的可逆计数器可以加、减计数的特性，让来自A靶和B靶的触发信号分别使自动跟踪插件内的可逆计数器加计数和减计数，并在逻辑上保证加计数等于减计数，进行自动跟踪的具体步骤如下(1)首先在实验靶P前设置测速靶A和测速靶B，并使测速靶A到测速靶B的距离S1和测速靶B到实验靶P的距离S2相等；(2)测定T1枪弹飞行时首先碰到测速靶A，测速靶A就发出触发信号给自动跟踪插件，自动跟踪插件内的可逆计数器从零开始正记数；子弹继续飞行碰到测速靶B时，测速靶B发出触发信号给自动跟踪插件，自动跟踪插件内的可逆计数器停止正记数；自动跟踪插件测定出枪弹飞过S1的时间为N微秒；(3)在T＝2×T1时刻拍摄子弹着靶瞬间的X光照片枪弹继续飞行碰到测速靶B时，测速靶B发出触发信号给自动跟踪插件，自动跟踪插件内的可逆计数器停止正记数，并同时开始减计数；当自动跟踪插件内的可逆计数器减计数到零时，自动跟踪插件输出一个触发信号给X光机同步机，X光机同步机则马上输出一个触发信号给X光机，X光机被启动出X光。
全文摘要
本发明涉及一种用于脉冲X光机中的自动跟踪插件及方法。该自动跟踪插件包括两路光电隔离电路的输出端分别与可逆10000计数器的正计数门电路和减计数门电路连接，可逆10000计数器的计0输出端与放大器和自动复0电路的输入端连接。自动复0电路的输出端与可逆10000计数器的复0端相连接。1M晶振电路的输出与可逆10000计数器的门电路相连。该方法用两个测速靶代替传统的一个触发靶，在脉冲X光机的同步机前加装自动跟踪插件，利用这种方法可以抓拍高速运动物体任一运动位置的运动姿态。自动跟踪插件利用可逆10000计数器既可以正计数，又可以减计数的特性，令其减计数等于通过测速靶测到的正计数，使脉冲X光机达到准确自动跟踪拍照的目的。
文档编号G03B42/02GK1404348SQ0113082
公开日2003年3月19日 申请日期2001年8月24日 优先权日2001年8月24日
发明者杨业敏, 丁雁生, 陈力, 张泰华 申请人:中国科学院力学研究所