Фотометрические характеристики скоростной видеокамеры  ВидеоСпринт  при регистрации быстропротекающих процессов

Технические науки\12.Автоматизированные системы управления на производстве

М.П.Бороненко, П.Ю.Гуляев

Югорский государственный университет, Россия

Фотометрические характеристики скоростной видеокамеры ВидеоСпринт при регистрации быстропротекающих процесов

В последнее время актуально получение новых материалов и покрытий с заданными свойствами. Таким образом, становиться необходимым создание контрольно-измерительного комплекса, позволяющего находить наиболее оптимальный температурный режим СВС, плазменного напыления и др. Стробоскопические «трековые» методы измерения скорости потока частиц с помощью быстродействующих оптических затворов и телевизионных CCD-матриц высокого разрешения позволяют успешно осуществлять эту задачу[1,2,3].

Целью настоящей статьи является представление фотометрических характеристик монохромной камеры ВидеоСпринт.

Особенностью данной видеокамеры является наличие электронно-оптического преобразователя (ЭОП). Регистрируемое излучение катодом ЭОП преобразуется в поток электронов, который усиливается в микроканальных пластинах, а затем вновь преобразуется в излучение экраном ЭОП. Только после этого экспозиционное (от 20 нс до 20 мкс) накопление заряда идёт в ПЗС ( размер светочувствительной области - 15.3*12.3мм, диагональ 19.67мм; размер пикселя - 12*12мкм). Затем происходит оцифровка данных аналого-цифровым преобразователем (АЦП) разрядностью 10 бит; и запись видеофайлов - 8 бит. Время записи - до 8.04 сек записи на максимальной частоте (8.04 сек - при объеме памяти 6Гбайт); Интервал между кадрами определяется частотой съемки видеокамеры (50...1000Гц), спектральный диапазон - 380-800 нм.

При съёмке свет-сигнальных характеристик видеокамеры была обнаружена логарифмическая зависимость, что может быть объяснено установленным в АЦП логарифматором.

$C:\Documents and Settings\Марина\Рабочий стол\screenshot.jpg$

Рис.1 Свет-сигнальные характеристики видеокамеры с наносекундным затвором.

Для использования видеокамеры в качестве высокоскоростного пирометра была проведена калибровка видеокамеры по эталонной температурной лампе ТРУ1100-2350. Эталонный эквивалент лампы состоит в соответствии яркостной температуры и тока, питающего лампу.

3

4

1

2

тенд

Рис.2. Калибровочный стенд: 1-высокоскоростная камера ВидеоСпринт; 2-эталонная лампа ТРУ1100-2350; 3-источник тока PSH-2035; 4-кабель, передающий данные на ПК.

Изображение, вольфрамовой нити накала было представлено в шкале серого. Серая шкала отображает интенсивность света в каждом пикселе полученного изображения в области видимой части электромагнитного спектра и дало линейную зависимость яркости пикселей изображения от яркостной температуры лампы.

Линейная аппроксимация экспериментальных данных даёт соответствие яркостной температуры градациям серой шкалы с разбросом 3градации. Т.к. при температуре объекта 2000 ⁰С засветки кадров не наблюдалось, была проведена интерполяция калибровочной прямой на более высокие температуры.

1000Гц калибровка камеры2

Рис. 2 Соответствие яркостной температуры лампы градациям яркости пикселей изображения при съёмке 1000 кадров в секунду

Яркостная и истинная температуры связаны отношением:

Обработка изображений и получение численных значений температуры выполнена в находящейся в свободном доступе программе ImageJ, позволяющей получать данные непосредственно с видеокамеры. Таким образом, становиться возможным создание автоматизированного измерительного комплекса осуществляющего определение и контроль истиной температуры быстропротекающего процесса.

Основным результатом работы является получение семейства калибровочных графиков для видеокамеры ВидеоСпринт для скорости ввода кадров 100к\с, 200к\с, 400к\с, 800к\с,1000к\с на разных временах накопления. Максимальная скорость ввода кадров у камеры с наносекундным затвором 1000, но за счёт мульти-экспозиции возможно увеличение скорости ввода до 14000 кадров в секунду без изменения пространственного разрешения (30 пар линий на 1 мм для всех скоростей ввода).

Литература:

1. Гуляев П. Ю. Определение теплофизических параметров пористых СВС материалов / П.Ю. Гуляев, А. В. Калачев // Ползуновский вестник, 2004. - 1. - С. 69-73.

2. Гуляев П. Ю. Новая методика высокоскоростной яркостной пирометрии для исследования процессов СВС. Физика горения и взрыва / П. Ю. Гуляев [и др.]. - 1994. - Т. 30 ;1. - С. 72-77.

3. Гуляев П. Ю. Исследование тепловой структуры волны горения самораспространяющегося высокотемпературного синтеза / П. Ю. Гуляев, В. И. Иордан, А. В. Калачев //Известия АлтГУ : сер. физика, 2005. - 1 (45). - С. 104-109.