时间特性测量装置及系统的制作方法

本实用新型涉及高速摄影技术领域，具体而言，涉及一种时间特性测量装置及系统。

背景技术：

条纹相机又称变像管扫描相机，用于探测并记录超快现象。条纹相机使用狭缝在目标像上截取一维线图像，并连续记录其随时间变化的过程，因其超高的时间分辨率和对事件连续记录的能力，成为高速摄影技术中一种重要的诊断设备，被广泛应用于爆轰物理、冲击波物理、加速器物理、惯性约束聚变(ICF)和激光与物质相互作用等研究领域。

条纹相机的时间特性是条纹相机的重要指标，不但决定了实验数据在时间上的准确度，还影响着相对光强的表征。在条纹相机制造及使用过程中，均需要对条纹相机的时间特性进行标定，以保证实验数据准确可信。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的上述不足，本实用新型实施例的目的在于提供一种时间特性测量装置及系统，其能够对条纹相机不同档位对应的时间特性进行测量，特别是对10ns及以上的档位的时间特性进行准确测量，避免在采用标准具标定法时由于脉冲间隔太短导致无法准确测得时间特性的情况。

本实用新型实施例提供一种时间特性测量装置，所述装置包括：同步控制器、激光器、光纤线阵及计算设备，其中，所述同步控制器与条纹相机及所述激光器连接，所述计算设备与所述条纹相机连接，

所述同步控制器用于通过两路脉冲信号控制所述激光器及所述条纹相机的工作状态；

所述激光器用于根据所述同步控制器的控制输出脉冲激光，其中，所述光纤线阵及所述条纹相机设置在所述脉冲激光的光路上；

所述光纤线阵包括多根长度不同的光纤，所述光纤线阵用于传输所述脉冲激光；

所述激光器输出的脉冲激光经过所述光纤线阵照射至所述条纹相机，所述条纹相机用于得到扫描图像，其中，所述扫描图像包括由脉冲激光形成的激光点；

所述计算设备用于根据所述扫描图像中两激光点在水平方向上的距离及对应的两根光纤之间的长度差值计算得到所述条纹相机的时间特性。

可选地，在本实用新型实施例中，所述光纤线阵还包括相对设置的输入面板及输出面板，

每根光纤包括输入端及输出端；

多根光纤的所述输入端固定在所述输入面板上，多根光纤的所述输出端固定在所述输出面板上。

可选地，在本实用新型实施例中，所述输入面板设置在所述光纤线阵靠近所述激光器的一侧，所述输出面板设置在所述光纤线阵靠近所述条纹相机的一侧。

可选地，在本实用新型实施例中，多根光纤的所述输入端在所述输入面板的一预设圆形范围内，多根光纤的所述输出端在所述输出面板上呈线形分布。

可选地，在本实用新型实施例中，多根光纤的所述输出端在所述输出面板上呈水平线形或竖直线形分布。

可选地，在本实用新型实施例中，每根光纤的长度沿线形延伸方向依次递增预设长度。

可选地，在本实用新型实施例中，所述装置还包括扩束镜，

所述扩束镜设置在所述激光器与所述光纤线阵之间，用于将所述激光器输出的脉冲激光进行扩束，以使扩束后的脉冲激光均匀照射至所述光纤线阵的多根光纤的所述输入端。

可选地，在本实用新型实施例中，所述装置还包括一固定箱体，所述固定箱体包括安装槽，

所述安装槽包括相对设置的两卡槽，一卡槽用于固定所述输入面板，另一卡槽用于固定所述输出面板，以固定所述光纤线阵。

可选地，在本实用新型实施例中，所述固定箱体还包括至少一容置槽，所述光纤线阵的数量为至少一个，所述容置槽用于固定当前未被使用的光纤线阵。

本实用新型实施例还提供一种时间特性测量系统，所述系统包括条纹相机及所述的时间特性测量装置，所述装置用于测量所述条纹相机的时间特性。

相对于现有技术而言，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型实施例提供一种时间特性测量装置及系统。所述装置用于测量条纹相机的时间特性。所述装置包括同步控制器、激光器、光纤线阵及计算设备。所述同步控制器与所述激光器及条纹相机连接，用于通过两路脉冲信号分别控制所述激光器是否发出脉冲激光及所述条纹相机的工作状态。其中，所述光纤线阵及条纹相机设置在脉冲激光的光路上。所述光纤线阵包括多根长度不同的光纤，用于传输所述激光器发出的脉冲激光。所述条纹相机获得扫描图像，所述扫描图像包括由所述光纤线阵输出的脉冲激光形成的激光点。所述计算设备根据所述扫描图像中两激光点在水平方向上的距离及对应的两根光纤之间的长度差值计算得到所述条纹相机的时间特性。由此，对条纹相机不同档位对应的时间特性进行测量，特别是对10ns及以上的档位的时间特性进行准确测量，避免在采用标准具标定法时由于脉冲间隔太短导致无法准确测得时间特性的情况。

为使实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本实用新型较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型实施例提供的时间特性测量系统的示意图之一。

图2是图1中光纤线阵的示意图。

图3是本实用新型实施例提供的固定箱体的示意图。

图4是本实用新型实施例提供的扫描图像。

图5是本实用新型实施例提供的时间特性测量系统的示意图之二。

图标：10-时间特性测量系统；110-同步控制器；120-激光器；130-扩束镜；140-光纤线阵；141-光纤；1411-输入端；1412-输出端；143-输入面板；144-输出面板；150-计算设备；160-固定箱体；161-安装槽；210-条纹相机。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

条纹相机通常具有多个档位，对应不同的记录时间以实现不同时间尺度现象的诊断。根据条纹相机的不同型号，条纹相机的记录时间可涵盖0.2ns～100ns的时间范围。对于记录时间小于10ns的档位，通过采用标准具标定法可以标定其时间特性。对于记录时间为10ns及以上的档位，由于标准具产生的光学脉冲间隔太短(一般为数百ps)，目前还不能对该部分的档位进行时间特性的标定。然而，记录时间为10ns及以上的档位在爆轰物理、冲击波物理、加速器物理、和惯性约束聚变(ICF)等实验研究中使用最多，研究其时间特性的标定方法具有重要意义。

请参照图1，图1是本实用新型实施例提供的时间特性测量系统10的示意图之一。所述时间特性测量系统10包括时间特性测量装置及条纹相机210。所述装置用于对所述条纹相机210的不同档位的时间特性进行测量，特别是对10ns及以上的档位的时间特性进行准确测量，避免在采用标准具标定法时由于脉冲间隔太短导致无法准确测得时间特性的情况。

请参照图1及图2，图2是图1中光纤线阵140的示意图。所述时间特性测量装置可以包括同步控制器110、激光器120、光纤线阵140及计算设备150。其中，所述同步控制器110与所述条纹相机210及所述激光器120连接，所述计算设备150与所述条纹相机210连接。所述计算设备150可以是，但不限于，台式电脑、平板电脑等。所述激光器120可以是可见光波段激光器，具有外触发及单次脉冲输出功能。

在本实施例中，所述同步控制器110用于发送两路脉冲信号，一路脉冲信号用于使所述激光器120输出脉冲激光，另一路脉冲信号用于使所述条纹相机210进入工作状态，以得到扫描图像。由此，通过所述同步控制器110的两路脉冲信号实现对所述激光器120的工作状态及所述条纹相机210的工作状态的控制。

在本实施例中，所述光纤线阵140及所述条纹相机210设置在所述脉冲激光的光路上，以便所述激光器120发出的脉冲激光可以经所述光纤线阵140传输照射至所述条纹相机210，以使所述条纹相机210通过自身的标准镜头得到扫描图像。其中，所述扫描图像包括所述光纤线阵140输出的脉冲激光形成的激光点。所述光纤线阵140包括多根长度不同的光纤141。也就是说，在所述脉冲激光从所述光纤线阵140输出时，所述条纹相机210可以记录多个激光点，其中，一根光纤141输出的脉冲激光对应一激光点。可选地，两个脉冲信号之间存在相对延时，以保证所述条纹相机210能够得到包括所有激光点的扫描图像。

在本实施例中，所述计算设备150根据所述扫描图像中任意两激光点之间的水平距离及对应这两个激光点的两根光纤141的长度差值计算得到所述条纹相机210的时间特性。可选地，将所述差值通过时间进行表示，所述扫描图像的水平方向为时间轴，因此根据两激光点在水平方向的距离及用时间表示的所述差值即可得到所述条纹相机210在当前测试档位的扫描速度，进而得到扫描非线性度，由此得到所述条纹相机210在当前测试档位的时间特性。其中，可以将脉冲激光经过长度为所述差值的光纤141的时间，表示所述差值。

可选地，所述光纤141的端口均为标准光纤接口，比如，LC接口。由此便于通过标准光纤接口测量不同光纤141对应的脉冲激光传输时间，以得到不同光纤141之间对应的用时间表示的差值。

请再次参照图2，所述光纤线阵140还可以包括相对设置的输入面板143及输出面板144。每根光纤141包括输入端1411及输出端1412。所述光纤线阵140中的每根光纤141的所述输入端1411均固定在所述输入面板143上，每根光纤141的所述输出端1412均固定在所述输出面板144上。由此，通过所述输入面板143及输出面板144将多根光纤141进行固定。

在本实施例中，所述输入面板143设置在所述光纤线阵140靠近所述激光器120的一侧，所述输出面板144设置在所述光纤线阵140靠近所述条纹相机210的一侧。通过上述设置，所述脉冲激光经所述激光器120射出后，经过所述光纤线阵140照射至所述条纹相机210。

在本实施例中，多根光纤141的所述输入端1411在所述输入面板143的一预设圆形范围内，多根光纤141的所述输出端1412在所述输出面板144上呈线性分布。由此，可以尽可能保证每根光纤141都可以接收所述激光器120发出的脉冲激光。由于所述条纹相机210有狭缝，因此将多根光纤141的所述输出端1412呈线性分布，便于所述条纹相机210获得多个激光点。

可选地，只要可以尽可能保证每根光纤141能接受到所述激光器120发出的脉冲激光，多个所述输入端1411在所述输入面板143上可以呈任意分布。在本实施例的一种实施方式中，多个所述输入端1411在所述输入面板143上呈圆形分布，可减小对射入光斑尺寸的要求，更好地保证激光器120发出的脉冲激光可以被每根光纤141接收。

可选地，由于有的条纹相机210的狭缝是水平方向的，有的条纹相机210的狭缝是竖直方向的，对应地，多根光纤141的所述输出端1412在所述输出面板144上呈水平线形或竖直线形分布。

请参照图3，图3是本实用新型实施例提供的固定箱体160的示意图。所述光纤线阵140中的每根光纤141的长度可以按照在所述输出面板144上的线形延伸方向依次递增预设长度ΔL，对应地，各激光点的输出时刻依次延后Δt。如图3所示，按线形延伸方向依次有光纤1、光纤2、光纤3，……，光纤1的长度为L0，光纤2的长度为L0+ΔL1，光纤3的长度为L0+2ΔL1，……。其中，ΔL1即为预设长度。可以预先测得相邻的光纤141的时间差Δt，在计算时间特性时，可以直接根据预先测得的两个激光点对应的时间差及在水平方向上的距离即可得到时间特性，降低了计算的复杂程度。在本实施例的一种实施方式中，激光器120的脉宽小于0.1Δt。

在本实施例的实施方式中，由于在制作过程中无法保证同一光纤线阵140中光纤141的长度差值均为准确的ΔL，因此可以预先对时间差Δt进行标定，从而保证在对条纹相机210的时间特性进行测量时得到的数据准确可靠。

请参照图4，图4是本实用新型实施例提供的扫描图像。图4是在测量条纹相机210的10ns档位的时间特性时得到的图像，图中水平方向为时间轴方向。使用的光纤线阵140的Δt为1ns，激光器120的脉冲宽度为150ps。图中相邻激光点在水平方向上的距离ΔS代表了条纹相机210在Δt内的扫速，则在该区域内的扫速vi＝ΔSi/Δti。在得到各相邻激光点件的扫速vi后，可计算出该扫描档位的准确扫速和扫描非线性度。

请参照图5，图5是本实用新型实施例提供的时间特性测量系统10的示意图之二。所述时间特性测量装置还可以包括扩束镜130。所述扩束镜130设置在所述激光器120与所述光纤线阵140之间，用于将所述激光器120输出的脉冲激光进行扩束处理，以使扩束后的脉冲激光均匀照射至所述光纤线阵140的多根光纤141的所述输入端1411，也就是说，所述扩束镜130输出的光斑得到尺寸可以覆盖光纤线阵140中所有光纤141的输入端1411。通过所述扩束镜130可以进一步保证所有的光纤141都可以接收到所述脉冲激光，从而保证所述时间特性测量的准确性。并且，通过将多个所述输入端1411呈圆形分布，更能保证测量效果。

请再次参照图3，所述时间特性测量装置还可以包括固定箱体160。所述固定箱体160包括安装槽161，所述安装槽161包括相对设置的两卡槽。其中一个卡槽用于固定所述输入面板143，另一个卡槽用于固定所述输出面板144，由此对所述光纤线阵140进行固定。

可选地，由于条纹相机210的狭缝可以为水平形状，也可以是竖直形状，因此可以将所述输出面板144设置为正方形，由此可通过将所述输出面板144旋转90度，以适应不同的条纹相机210。

在本实施例中，所述固定箱体160还可以包括至少一容置槽，所述光纤线阵140的数量为至少一个。测试过程中需要使用的光纤线阵140可以安装在所述安装槽161内，以进行测试；当前测试过程中并没有使用的光纤线阵140则可以固定在容置槽内，以方便整体搬动并保护光纤141，并且便于在进行不同测试时选取对应的光纤线阵140。比如，对与条纹相机210记录时间更长的档位，则可选用时间差Δt(即，预设长度ΔL)更大的光纤线阵140进行测量。

综上所述，本实用新型实施例提供一种时间特性测量装置及系统。所述装置用于测量条纹相机的时间特性。所述装置包括同步控制器、激光器、光纤线阵及计算设备。所述同步控制器与所述激光器及条纹相机连接，用于通过两路脉冲信号分别控制所述激光器是否发出脉冲激光及所述条纹相机的工作状态。其中，所述光纤线阵及条纹相机设置在脉冲激光的光路上。所述光纤线阵包括多根长度不同的光纤，用于传输所述激光器发出的脉冲激光。所述条纹相机获得扫描图像，所述扫描图像包括由所述光纤线阵输出的脉冲激光形成的激光点。所述计算设备根据所述扫描图像中两激光点在水平方向上的距离及对应的两根光纤之间的长度差值计算得到所述条纹相机的时间特性。由此，对条纹相机不同档位对应的时间特性进行测量，特别是对10ns及以上的档位的时间特性进行准确测量，避免在采用标准具标定法时由于脉冲间隔太短导致无法准确测得时间特性的情况，并且具有简单易行的特点，在条纹相机的应用及维护领域具有较好的应用前景。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。