Зеркальная призма развертывающей системы
ЗЕРКАЛЬНАЯ ПРИЗМА РАЗВЕРТЫВАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ.преимущественно с отношением длины ребра к ширине грани, превьппающим единицу, отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества передачи изображения путем снижения упругодинамических искажений зеркальньк граней, основание призмы представляет собой равноугольно-полуправильный многоугольник , размеры сторон которого выбраны из следующего соотношения: |
СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦ ИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (19) (! 1) 4(sl) G 02 В 26/08
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ
Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3648580/24-10 (22) 03,10.83 (46) 30.06.85. Бюл, ¹ 24 (72) В. M. Ключников, А. Ф. Котюк, А. П. Ромашков и В. С. Трачук (53) 681.4(088.8) (56) 1. Дубовик А. С. Фотографическая регистрация быстропротекающих процессов. M., "Наука", 1964, с. 61-64.
2. Grenishin S. G., Dubovic А. S.;
Proc. 7-th Intern. Congr, High Speed
Photogr., 1965, р. 186. (54)(57) ЗЕРКАЛЬНАЯ ПРИЗМА РАЗВЕРТЫВАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ,преимущественно с отношением длины ребра к ширине грани, превьппающим единицу, о т л и ч а.ющ а я с я тем, что, с целью улучшения качества передачи изображения путем снижения упругодинамических искажений зеркальных граней, основание призмы представляет собой рав1 ноугольно-полуправильный многоугольник, размеры сторон которого выбраны из следующего соотношения: в п (а-5)12 () )й-5)/)0170 ))
«+001 7.
1 1
gin (iI/9 — — ()Ф- 5)! 2i(!+(3-9 )/101 7 0 1Я для 8 3 g(0,26, для $ = 4 g(0 35, где а — полуширина рабочей зеркальной грани;
Ь вЂ” полуширина нерабочей грани;
S — - порядок оси симметрии основания призмы;
М вЂ” коэффициент Пуассона материала призмы.! 11646
Изобретение относится к высоко= скоростной регистрации быстропротекающих процессов и может найти применение для регистрации пространствен" но-временных, энергетических и спект- 5 ральных характеристик импульсного оптического излучения.
Известны устройства для высокоскоростной регистрации с зеркальной разверткой изображения, например 10 фотохронограф, включающие в свой состав вращающееся зеркало. В качестве зеркал для высокоскоростных регистри" рующих систем применяются многогранные призмы. 15
Применение призматических зеркал в высокоскоростных системах позволяет разрабатывать приборы ждущего типа с компактными оптическими схемами (1 J.
Одной из основных характеристик высокоскоростной регистрирующей системы является ее временное разрешение .
Временное разрешение высокоскоро- 25 стной системы с зеркальной разверткой прямо пропорционально угловой скорости вращения зеркала, т.е, при увеличении сКорости вращения зеркала временное разрешение системы возрастает.
В настоящее время для получения высоких скоростей вращеиия зеркала применяются высокоскоростные турбинные приводы, позволяющие получить частоту вращения зеркала f >i 10 х
35 х 10 с, вплоть до скорости его
9 -1 разрыва.
Применяемые призмы характеризуются геометрией с преобладающим разме40 ром по их высоте, т.е, отношение длины ребра призмы к ширине грани превышает единицу.
В качестве материала зеркала применяются высокопрочные углеродистые 45 стали, титановые сплавы, бериллий, имеющие .высокое отношение Йа /у, где э - предел прочности материала; р - плотность материала.
Достижение высоких скоростей вращения зеркала при сохранении ширины грани в большой степени зависит от геометрии основания призмы, характеризуемой осью симметрии S.
Наиболее высокие скорости вращения при сохранении размера грани достигаются для призм, основание которых характеризуется низким значе42 г нием параметра S т.е. порядок оси симметрии составляет S = 3,4.
Наиболее близкой к предлагаемой является зеркальная призма развертывающей системы, основанием которой является правильный треугольник 1 21.
Трехгранная призма (S = 3) из высокопрочного титанового сплава имеет ширину зеркальной грани 2а =
24 мм, отношение ребра призмы к ширине грани .превышает единицу, Максимальная частота вращения призмы составляет f = 6 10 с, однако при з
9 частоте вращения f ) 2-10 с трехгранное зеркало подвергается значительным упругим деформациям, в результате чего плоская зеркальная грань ротора искажается, что вносит астигматизм в оптическую систему фотохронографа, и временное разрешение устройства перестает повышаться.
Из экспериментальных данных следует, что стрелка упругой деформации зеркальной грани призмы при максимальной частоте вращения составляет
h = 6,5 мкм, Временное разрешение системы с учетом упругой деформации зеркальной грани не превышает ь =(3-5 ) 10 8 с.
Динамическое пространственное разрешение системы равно N = 8-10 мм при оптической светосиле — = †" )
,п 1 о1
Цель изобретения — улучшение качества передачи изображения путем снижения упругодинамических искажений зеркальных граней призмы.
Указанная цель достигается тем, что в зеркальной призме развертывающей системы преимущественно с отношением длины ребра к ширине грани, превышающим единицу, основание призмы представляет собой равноугольнополуправильный многоугольник, размеры сторон которого выбраны иэ следующего соотношения:
sin . 1 4-5)ii ° ( « 0,D4, Юп1У/5- —" 1(4.s)ia ° (i (З-sI/10 70 1} 180 для S = 3 4(0,26, для Я = 4 Зс0,35, где S — полуширина рабочей зеркальной грани; Ь вЂ” полуширина нерабочей грани S - -порядок оси симметрии основания призмы; 1 - коэффициент Пуассона: материала призмы. 1164642 40 з На чертеже представлена схема фотсхронографа с системой развертки на основе предлагаемой зеркальной призмы. Предлагаемое устройство в составе фотохронбграфа работает следующим образом. Изображение исследуемого объекта А с помощью оптической системы стро" ится в плоскости щели l,а затем 10 объективом 2 и вращающейся зеркальной призмой 3 с радиусом развертки R передается на,фотопленку в виде А на фокальную дугу 4 фотохронографа. Основание зеркальной призмы 3 15 представляет собой равноугольно-полуправильный многоугольник со сторонами 2а и 2в, где 2а — рабочая зер кальная сторона, 2в — нерабочая сторона, Отношение сторон выбрано с 20 учетом коэффициента Пуассона ) материала призмы таким, что упругодеформированная плоская грань зеркальной призмы с шириной 2а стремится перемещаться параллельно самой себе, а стрелка упругих искажений при этом становится минимальной. Изображение точки А на фокальной дуге фотохронографа остается стигматическим при предельно высоких час- 30 тотах вращения призмы. Компоненты упругих перемещений точек зеркальных граней призмы представлены следующими выражениями: и 3 sm-1 U = (24-1) j -X. A sm) cos sm 8+ Г tyl=1 и-1 stn+1 1 1+1 + 0 (2-эв-И) E cos sm0) »-о» ю=О ) 1- 0 5" " I 5N-1 Мр .Е. А ssrmn(s Sill 5m eJ C(P. 45 где А„,, В,„ - определяемые коэффициенты; U V — компоненты упругих пе Г» В ремещений; r Π— полярные координаты, а полуширина грани зеркала; (= r/à — относительная полярная координата; u)= 2 )! f — угловая скорость, где 55 f — частота вращения призмы; - коэффициент Пуассона; Е - модуль упругости; ; — порядок оси симмет2, 2 рии основания призмы; ,кд= - масштабЪый фактор, р -плотность. Вид упругих искажений зеркальных граней призмы определяется сочетанием двух параметров S и 4 . Оптимизацию зеркальной призмы в смысле уменьшения стрелки упругой деформации обеспечивают эа счет согласования геометрии основания призмы с коэффициентом Пуассона 4 материала> из которого она изготовлена. Для зеркальной призмы с основанием в виде равноугольно-полуправиль ного многоугольника, изготовленной из материала с коэффициентом Пуассона 1, существует отношение в/а, при котором в поперечном, сечении зеркала происходит перераспределение напряже- ний, в результате чего стрелка упругих искажений зеркальной грани становится минимальной, а зеркальная грань перемещается параллельно самой себе, Временное разрешение фотохронографа Е, с учетом упругих искажений зеркальных граней призмы, имеет вид 5 +d"5 2 R где u> — угловая скорость призмы; R — радиус развертки фотохронографа; S . — ширина изображения щели; gS — полоса рассеяния иэображе» ния щели, обусловленная упругими искажениями зеркальных граней призмы. Для предложенной призмы d"S (< S временное разрешение фотохронографа на ее основе определяется соотношением I 1 2и> R Таким образом, для развертывающей системы с предложенной зеркальной призмой временное разрешение фотохронографа сохраняется пропорциональным угловой скорости вращения призмы при высоких скоростях вращения зеркала. Конкретно предлагаемая зеркальная призма развертывающей системы рассматривается на трех примерах. Пример 1. Развертывающая система с зеркальной призмой имеет следующие параметры: R = 250 мм; f = 7"10з с ", S = 0,1 мм. Призма 1164642 изготовлена из бериллия,- свойства которого: у = 1,85-10 кг/м, Е = 300 ГПа, = 0,03. Отношение длины ребра призмы к ширине зеркальной грани составляет 1,5. Основание призмы представляет собой равноуголь" но-полуправильный многоугольник с порядком оси симметрии $ 3, отношение сторон которого в/а = 0,34, при ширине зеркальной грани призмы 2а = 25 мм. Временное разрешение системы ь = 5 10 с, динамическое простран1 ственное разрешение Му = 20-25 мм Пример 2. Развертывающая система с зеркальной призмой имеет следующие параметры: R = 250 мм, S. = 0,1 мм, f = 6 10 с ° Призма изготовлена из стали, свойства которой: Я= 7,$ 10 кг/м, Е = 210 ГПа, 1 = 0,25. Отношение длины ребра призмы к ширине зеркальной грани составляет 1,5. Основание призмы представлвет собой равноугольно-полуправильный многоугольник с порядком оси симметрии S = 3, отношение сторон которого в/а = 0,94, при ширине зеркальной грани 2а = 25 мм. Стрелка искажения зеркальной грани призмы составляет h = 0,65 мкм. Временное разрешение системы = 1,0« 5 10 с, динамическое пространственное разрешение N 8 = 15-20 мм ". Пример 3. Развертывающая система с зеркальной призмой имеет следующие параметры: R = 250 мм, $ = 0,1 мм, f = 6.10 с . Призма изготовлена из титанового сплава, э свойства которого: у= 4,4 ° ) Оз кг/м Е = 105 ГПа, 1= 0,34.Отношение длины ребра призмы к ширине зеркальной грани составляет 1,5 ° Основание призмы представляет собой равноугольнополуправильный многоугольник с порядком оси симметрии S = 4, отношение сторон которого в/а = 0,88 при ширине зеркальной грани 2а = 25 мм ° Стрелка искажения зеркальной грани призмы составляет h = 0,8 мкм. Времен" ное разрешение системы = 1,2-10 с, динамическое пространственное разрешение Мд = 15-20 мм Таким образом, зеркальная призма развертывающей системы позволяет существенно улучшить качество передачи иэображения. 1164642 Тираж 526 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-.35, Ъушская наб., д. 4/5 Заказ 4182/42 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель В. Дринь Редактор Л. Алексеенко Техред ИЛадь, Корректор С. Черни
