專利名稱：用于脈沖x光機(jī)的自動跟蹤插件及自動跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高能高速攝影機(jī)用的自動跟蹤插件及跟蹤方法，具體地說，是涉及一種用于觀察爆炸現(xiàn)象的脈沖X光機(jī)中的自動跟蹤插件及自動跟蹤方法。
盡管脈沖X光機(jī)配備有同步控制裝置，但是，它對速度失控的高速運(yùn)動物體仍無能為力。由上述X光機(jī)同步機(jī)的預(yù)置延遲時間T＝S/V可知，攝影時，一但槍彈的速度v不為予定值，X光機(jī)同步機(jī)的預(yù)置延遲時間T即會隨之變化，導(dǎo)致同步失控，脈沖X光機(jī)就拍攝不到槍彈正好著靶的瞬間影象。目前，國外產(chǎn)品的同步控制裝置均無自動跟蹤功能。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明的用于脈沖X光機(jī)的自動跟蹤插件的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示，虛線內(nèi)為自動跟蹤插件。該用于脈沖X光機(jī)的自動跟蹤插件的組成包括兩路光電隔離電路，一個1M晶振電路、一個可逆10000計數(shù)器、一個自動復(fù)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(shù)器的正計數(shù)門電路和減計數(shù)門電路連接，可逆10000計數(shù)器的計0輸出端與放大器和自動復(fù)0電路的輸入端連接。自動復(fù)0電路的輸出端與可逆10000計數(shù)器的復(fù)0端相連接。1M晶振電路的輸出與可逆10000計數(shù)器的門電路相連。具體工作過程是可逆10000計數(shù)器初始狀態(tài)為0，子彈飛行時先碰到A靶，A靶的觸發(fā)信號經(jīng)過光電隔離電路打開可逆10000計數(shù)器的加計數(shù)門，1M晶振脈沖進(jìn)入可逆10000計數(shù)器，它開始正計數(shù)。當(dāng)子彈飛行碰到B靶時，B靶的觸發(fā)信號經(jīng)過光電隔離電路關(guān)閉可逆10000計數(shù)器的加計數(shù)門，同時打開它的減計數(shù)門，可逆10000計數(shù)器開始負(fù)計數(shù)。當(dāng)可逆10000計數(shù)器負(fù)計數(shù)到0時輸出一個脈沖信號“0出”，此信號經(jīng)放大電路放大后觸發(fā)X光機(jī)同步機(jī)，X光機(jī)同步機(jī)啟動脈沖X光機(jī)出光。與此同時，脈沖信號“0出”，經(jīng)自動復(fù)0電路使可逆10000計數(shù)器停止計數(shù)，可逆10000計數(shù)器復(fù)位至初始0狀態(tài)，等待下一次工作觸發(fā)。
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(jīng)十進(jìn)計數(shù)器74LS160分頻產(chǎn)生1MHZ晶振計數(shù)脈沖。
所述的可逆10000計數(shù)器可逆10000計數(shù)器由加、減計數(shù)的門電路、可逆10000計數(shù)電路組成。IC17、IC20是雙D觸發(fā)器，IC18、IC19是與門，IC21-IC24、IC27-IC32是與非門，它們共同組成10000計數(shù)器加、減計數(shù)的門電路。IC1-IC4為四塊可逆十進(jìn)計數(shù)器，由它們串接組成可逆10000計數(shù)器。
所述的自動復(fù)0電路自動復(fù)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硅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(tài)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(wěn)壓集成電路IC13組成。50V電源電路由R13、R14、C7、C8和三極管BD201、變壓器T1組成振蕩器，其輸出的高頻振蕩信號經(jīng)二極管IN4005整流、C9濾波后獲得50V直流電壓，供可控硅觸發(fā)輸出之用。狀態(tài)顯示電路由LED-1和LED-2LED-1發(fā)綠光，LED-2發(fā)紅光(以上的電路如圖4中所示)。
本發(fā)明用于脈沖X光機(jī)的自動跟蹤方法在原設(shè)備控制柜的X光機(jī)同步機(jī)前安裝本發(fā)明的自動跟蹤插件，用測速靶A和測速靶B代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測速靶A，利用自動跟蹤插件內(nèi)的可逆計數(shù)器可以加、減計數(shù)的特性，讓來自測速靶A和測速靶B的觸發(fā)信號分別使自動跟蹤插件內(nèi)的可逆計數(shù)器加計數(shù)和減計數(shù)，并在邏輯上保證加計數(shù)等于減計數(shù)，即可達(dá)到脈沖X光攝影中的自動跟蹤目的。該方法進(jìn)行自動跟蹤的具體步驟如下(如圖2所示)(1)首先在觸發(fā)靶p前設(shè)置測速靶A和測速靶B，并使測速靶A到測速靶B的距離S1和測速靶B到觸發(fā)靶p的距離S2相等。假設(shè)子彈的速度V在實驗范圍內(nèi)不變，則有V＝S1/T1＝S2/T2其中T1是子彈飛過距離S1所需時間，T2是槍彈飛過距離S2所需時間。由于S1＝S2，所以T1＝T2。即子彈飛過距離S1的時間T1和槍彈飛過距離S2的時間T2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(fā)出觸發(fā)信號給自動跟蹤插件，自動跟蹤插件內(nèi)的可逆計數(shù)器從零開始正記數(shù)(即1、2、3、......N)。子彈繼續(xù)飛行碰到測速靶B時，測速靶B發(fā)出觸發(fā)信號給自動跟蹤插件，自動跟蹤插件內(nèi)的可逆計數(shù)器停止正記數(shù)。假設(shè)此時可逆計數(shù)器計數(shù)值為N，由于計數(shù)脈沖的周期為1微秒，所以自動跟蹤插件就測定了槍彈飛過S1的時間為N微秒。
(3)在T＝2×T1時刻拍攝到子彈著靶瞬間的X光照片槍彈繼續(xù)飛行碰到測速靶B時，測速靶B發(fā)出觸發(fā)信號給自動跟蹤插件，自動跟蹤插件內(nèi)的可逆計數(shù)器停止正記數(shù)，并同時開始減計數(shù)(即N......3、2、1)。當(dāng)自動跟蹤插件內(nèi)的可逆計數(shù)器減計數(shù)到零時(從A靶開始算，正好過了2×N微秒)，自動跟蹤插件輸出一個觸發(fā)信號給X光機(jī)同步機(jī)，X光機(jī)同步機(jī)(X光機(jī)同步機(jī)預(yù)置延遲時間為0)則馬上輸出一個觸發(fā)信號給X光機(jī)，X光機(jī)被啟動出X光。由于S1＝S2，槍彈的速度V不變，所以此時槍彈剛好飛到觸發(fā)P靶表面，X光機(jī)被啟動出的X光就在X光底片上留下了槍彈到達(dá)觸發(fā)P靶的影象。
由此可見，采用用于脈沖X光機(jī)的自動跟蹤插件及自動跟蹤方法以后，自動跟蹤插件能測量T1，并在T＝2×T1時刻輸出觸發(fā)信號，啟動X光機(jī)出光攝影，攝影的完成與子彈發(fā)射出口速度V無關(guān)，保證了攝影的同步自動跟蹤。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(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，其輸入端采用脈沖供電回路保證觸發(fā)信號能產(chǎn)生強(qiáng)電脈沖。從而保證了自動跟蹤插件具有極強(qiáng)的抗電磁干擾的性能。
(2)自動跟蹤插件采用小功率可控硅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(fā)脈沖X光機(jī)同步機(jī)。
(3)自動跟蹤插件輸出的50V電壓靠高頻振蕩電路產(chǎn)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，以便插入脈沖X光機(jī)的控制柜中。
(4)10000計數(shù)器的自動復(fù)0電路，保證了自動跟蹤插件開始工作以后不用人工復(fù)位，總處于等待工作狀態(tài)。
(5)本發(fā)明的能自動跟蹤高速運(yùn)動的物體，準(zhǔn)確控制脈沖X光機(jī)捕捉高速運(yùn)動的物體進(jìn)行閃光拍照?？梢噪S心所欲抓拍到高速運(yùn)動物體某一時刻的運(yùn)動狀態(tài)的X光照片，而不管高速運(yùn)動物體的初始速度如何?？赡?0000計數(shù)器及其門電路保證減計數(shù)等于加計數(shù)，從而達(dá)到同步的自動跟蹤。
測速靶A到測速靶B的距離-S1測速靶B到觸發(fā)靶P的距離S2測速靶A到測速靶B的距離-S
IC17、IC20是雙D觸發(fā)器，IC18、IC19是與門，IC11、IC21-IC24、IC27-IC32是與非門，它們共同組成10000計數(shù)器加、減計數(shù)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晶振脈沖經(jīng)十進(jìn)計數(shù)器IC14分頻產(chǎn)生1MHZ晶振計數(shù)脈沖，由IC14的第12腳輸出。
當(dāng)圖3中的A靶觸發(fā)時，圖4中的靶1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后，從第6腳輸出一個負(fù)脈沖，經(jīng)與非門IC27、IC28、IC29整形后進(jìn)入雙D觸發(fā)器IC17的第4腳和IC20的第10腳。IC20被觸發(fā)，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(fā)，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(jìn)入IC11的第13腳后，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晶振脈沖由IC14的第12腳通過與門IC18、與非門IC23和IC24輸入到10000計數(shù)器的IC1的第4腳，10000計數(shù)器從0開始加計數(shù)。
當(dāng)圖3中的B靶觸發(fā)時，圖4中的靶2短路，此時，假設(shè)10000計數(shù)器計數(shù)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后，從第6腳輸出一個負(fù)脈沖，經(jīng)與非門IC30、IC31、IC32整形后進(jìn)入雙D觸發(fā)器IC17的第1腳和IC20的第13腳。IC20被觸發(fā)，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(fā)，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晶振脈沖由IC14的第12腳通過與門IC19、與非門IC21和IC22輸入到10000計數(shù)器的IC1的第5腳，10000計數(shù)器從N開始減計數(shù)。
IC1-IC4為四塊十進(jìn)可逆十進(jìn)計數(shù)器74LS192，由它們串接組成可逆10000計數(shù)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(shù)，又可減計數(shù)的特性達(dá)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(dāng)10000計數(shù)器減計數(shù)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(shù)器的自動跟蹤邏輯輸出)，經(jīng)IC10、IC11、IC12倒相后，由IC12的第8腳輸出高電平，觸發(fā)可控硅的柵極，可控硅導(dǎo)通，它的陰極輸出50V觸發(fā)脈沖給X光機(jī)同步機(jī)，X光機(jī)同步機(jī)啟動脈沖X光機(jī)出光。與此同時，IC11的第11腳輸出的低電平觸發(fā)IC14的第1腳，關(guān)閉1MHZ晶振脈沖輸出，10000計數(shù)器停止計數(shù)，恢復(fù)到計數(shù)狀態(tài)為0。此時，計數(shù)器減計數(shù)為“0”顯示燈LED1發(fā)綠光，自動跟蹤插件恢復(fù)到等待工作狀態(tài)。
5V電源電路由變壓器T2、整流管D1、D2、濾波電容C12、和5V穩(wěn)壓集成電路IC13組成。220V交流電經(jīng)變壓器T2變?yōu)閷ΨQ的兩組9V輸出，經(jīng)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(jīng)5V穩(wěn)壓集成電路IC13穩(wěn)壓，得到5V電壓，供給自動跟蹤插件。當(dāng)自動跟蹤插件工作時，5V電源點(diǎn)亮LED-2，LED-2發(fā)紅光。
50V電源電路由R13、R14、C7、C8和三極管BD201、變壓器T組成振蕩器，其輸出的高頻振蕩信號經(jīng)二極管D3整流、C9濾波后，經(jīng)穩(wěn)壓管DW1、DW2穩(wěn)壓獲得50V直流電壓，通過由R16和C10組成的脈沖供電回路加在可控硅K的陽極。
輸出放大器由可控硅K、柵極限流電阻R2、加速電容C1、陰極輸出電阻R4和脈沖供電回路R16、C10組成。當(dāng)自動跟蹤插件工作時，脈沖供電電容C10上充有50V直流電壓，它加在可控硅K的陽極上。當(dāng)IC12的第8腳輸出可逆10000計數(shù)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硅柵極時，可控硅導(dǎo)通，脈沖供電電容C10上的50V直流電壓通過陰極電阻R4放電，可控硅的陰極就輸出一個50V的正脈沖。
權(quán)利要求
1.一種用于脈沖X光機(jī)的自動跟蹤插件，其特征在于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(shù)器、一個自動復(fù)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(shù)器的正計數(shù)門電路和減計數(shù)門電路連接，可逆10000計數(shù)器的計0輸出端與放大器和自動復(fù)0電路的輸入端連接；自動復(fù)0電路的輸出端與可逆10000計數(shù)器的復(fù)0端相連接；1M晶振電路的輸出與可逆10000計數(shù)器的門電路相連。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、副邊沒有電的連接，只有光的耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于脈沖X光機(jī)的自動跟蹤插件，其特征在于所述的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(jīng)十進(jìn)計數(shù)器74LS160分頻產(chǎn)生1MHZ晶振計數(shù)脈沖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于脈沖X光機(jī)的自動跟蹤插件，其特征在于所述的可逆10000計數(shù)器是可逆10000計數(shù)器由加、減計數(shù)的門電路、可逆10000計數(shù)電路組成；IC17、IC20是雙D觸發(fā)器，IC18、IC19是與門，IC21-IC24、IC27-IC32是與非門，它們共同組成10000計數(shù)器加、減計數(shù)的門電路；IC1-IC4為四塊可逆十進(jìn)計數(shù)器，由它們串接組成可逆10000計數(shù)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于脈沖X光機(jī)的自動跟蹤插件，其特征在于所述自動復(fù)0電路由與非門IC5-IC12共同組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于脈沖X光機(jī)的自動跟蹤插件，其特征在于所述的放大器使由可控硅K、柵極限流電阻R2、加速電容C1和陰極輸出電阻R4組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于脈沖X光機(jī)的自動跟蹤插件，其特征在于所述的5V電源電路由變壓器T2、整流管D1、D2、濾波電容C12、和5V穩(wěn)壓集成電路IC13組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于脈沖X光機(jī)的自動跟蹤插件，其特征在于所述的50V電源電路由R13、R14、C7、C8和三極管BD201、變壓器T1組成振蕩器，其輸出的高頻振蕩信號經(jīng)二極管1N4005整流、C9濾波后獲得50V直流電壓，供可控硅觸發(fā)輸出之用。狀態(tài)顯示電路由LED-1和LED-2組成。
8.一種使用權(quán)利要求1所述的自動跟蹤插件進(jìn)行自動跟蹤的方法，其特征在于在原設(shè)備控制柜的X光機(jī)同步機(jī)前安裝本發(fā)明的自動跟蹤插件，用測速靶A和測速靶B代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測速靶A，利用自動跟蹤插件內(nèi)的可逆計數(shù)器可以加、減計數(shù)的特性，讓來自A靶和B靶的觸發(fā)信號分別使自動跟蹤插件內(nèi)的可逆計數(shù)器加計數(shù)和減計數(shù)，并在邏輯上保證加計數(shù)等于減計數(shù)，進(jìn)行自動跟蹤的具體步驟如下(1)首先在觸發(fā)靶p前設(shè)置測速靶A和測速靶B，并使測速靶A到測速靶B的距離S1和測速靶B到觸發(fā)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(fā)出觸發(fā)信號給自動跟蹤插件，自動跟蹤插件內(nèi)的可逆計數(shù)器從零開始正記數(shù)；子彈繼續(xù)飛行碰到測速靶B時，測速靶B發(fā)出觸發(fā)信號給自動跟蹤插件，自動跟蹤插件內(nèi)的可逆計數(shù)器停止正記數(shù)；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(xù)飛行碰到測速靶B時，測速靶B發(fā)出觸發(fā)信號給自動跟蹤插件，自動跟蹤插件內(nèi)的可逆計數(shù)器停止正記數(shù)，并同時開始減計數(shù)；當(dāng)自動跟蹤插件內(nèi)的可逆計數(shù)器減計數(shù)到零時，自動跟蹤插件輸出一個觸發(fā)信號給X光機(jī)同步機(jī)，X光機(jī)同步機(jī)則馬上輸出一個觸發(fā)信號給X光機(jī)，X光機(jī)被啟動出X光。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于脈沖X光機(jī)中的自動跟蹤插件及方法。該自動跟蹤插件的組成包括兩路光電隔離電路的輸出端分別與可逆10000計數(shù)器的正計數(shù)門電路和減計數(shù)門電路連接，可逆10000計數(shù)器的計0輸出端與放大器和自動復(fù)0電路的輸入端連接。自動復(fù)0電路的輸出端與可逆10000計數(shù)器的復(fù)0端相連接。1M晶振電路的輸出與可逆10000計數(shù)器的門電路相連。該方法用兩個測速靶代替?zhèn)鹘y(tǒng)的一個觸發(fā)靶，在脈沖X光機(jī)的同步機(jī)前加裝自動跟蹤插件，利用這種方法可以抓拍高速運(yùn)動物體任一運(yùn)動位置的運(yùn)動姿態(tài)。自動跟蹤插件利用可逆10000計數(shù)器既可以正計數(shù)，又可以減計數(shù)的特性，令其減計數(shù)等于通過測速靶測到的正計數(shù)，使脈沖X光機(jī)達(dá)到準(zhǔn)確自動跟蹤拍照的目的。
文檔編號H05G1/62GK1396795SQ0112026
公開日2003年2月12日 申請日期2001年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月13日
發(fā)明者楊業(yè)敏, 丁雁生, 陳力, 張?zhí)┤A 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所