高性能三分幅相机的研制及应用

高性能的分幅相机是强流脉冲电子束束参数测量及加速器调试中必不可少的一部分,为了满足这种要求,研制了一种新的高性能超高速的三分幅相机。该分幅相机采用一种成像质量较好的会聚光成像的全口径分光原理,由高速快门、科学电子耦合组件(CCD)相机及高速的控制器等组成,具有快门时间和幅间时间独立控制的能力,灵活的控制方式很好地满足了各种测试要求,并且在有效像面面积达到?25 mm的情况下可以获得约3 ns的最高快门速度和高于30 lp/mm的像面空间分辨力。     

高速分幅相机在强流脉冲电子束调试中的应用研究

高能强流脉冲电子束的束参数测量是加速器研制及调试中必不可少的一部分,它对测量设备的要求极高,必须具有高的时间分辨能力、较高的抗干扰能力及较高的灵敏度等性能。为了满足这种要求,研制了一种新的高性能超高速的三分幅相机。该分幅相机采用一种成像质量较好的会聚光成像的全口径分光原理,再结合高速的图像增强器、科学CCD相机及大规模集成电路等技术,使其具有了快门时间和幅间时间独立控制的能力,灵活的控制方式很好地满足了调试中的各种测试要求,并且在有效像面面积达到Φ25mm的情况下可以获得约3 ns的最高快门速度以及好于35 lp/mm的像面空间分辨率,圆满地完成了强流脉冲电子束的调试工作。     

用于近贴聚焦微通道板象增强器的新颖控制电路

近贴聚焦微通道板(MCP)象增强器由于具有高的时间和空间分辨率、宽广的光谱和输入强度动态范围、高的增益以及能记录单次瞬变现象,经常被用作超高速的光快门(光闸)。 微通道板象增强器与控制其快门作用的选通脉冲发生器相结合,便构成具有高的光增益和快速响应的超高速相机。本文比较了对一个典型第二代象增强器(18mm,ITT-F4111型象增强器)进行脉冲控制的三种方式。在此基础上,提出了在象增强器的光阴极进行选通的、能产生大幅度毫微秒脉冲的新颖控制电路。实验表明,用这种控制发生器,相机的曝光时间可达到约2 ns。文中还讨论了控制发生器与象增强器之间的匹配,并提出一个简单而有效的方法,借此可以消除在单次摄影中必须绝对避免的多次曝光现象。     

一种低功耗CMOS可编程模拟延时电路

提出了一种基于65 nm CMOS工艺的5位可编程模拟延时电路。采用1.2 V的电源电压和0.01 V的步进控制电压来实现方波输入信号的延时控制。利用Cadence软件对该延时电路进行了性能分析。仿真结果表明,在典型低阈值工艺角下,该延时电路利用5位延时控制信号达到了0.34 ns/LSB的最高延时分辨率和41.47 ns的最长输出延时,实现了对1 kHz~1 MHz范围的数字方波信号的有效延时控制。该延时电路适用于低频数据采集、数据存储等系统。     

准分子激光低抖动延时同步系统

准分子激光放大技术可将固体掺钛蓝宝石飞秒激光器通过频率转换后得到的小能量深紫外飞秒脉冲放大为大能量深紫外飞秒脉冲。为了满足准分子激光器与固体飞秒激光器之间同步工作的需要,设计了一种准分子激光低抖动延时同步系统。该系统采用现场可编程门阵列(FPGA)数字延时和可编程延时芯片延时相结合的方法,利用时间测量芯片实现对延时时间的闭环控制从而提高系统延时的稳定性,最终实现对外触发脉冲信号的精确延时。验证实验表明，该系统在1～100 Hz频率下运行稳定,输出触发脉冲信号延时范围为56 ns～2.4μs,理论延时步进为10 ps,抖动在±1 ns内,完全满足飞秒激光器与准分子激光器同步工作的需要。     

一种用于激光脉冲测距的恒比定时电路

在激光雷达接收电路中,采用固定阈值比较器得到激光脉冲返回时间时,不同峰值回波信号会产生时间漂移。在传统恒比定时(CFD)电路的基础上,提出了一种窄脉冲延时电路,以替代传统RC延时结构。引入了右半平面零点,在保持增益基本不变的情况下产生相位滞后,保证信号波形不变,从而降低时间漂移效应。该CFD电路基于0.18 μm CMOS工艺进行设计。仿真结果表明,在窄脉冲输入信号的上升和下降时间均为3 ns、总脉宽为16 ns时,输出信号的延时为2.05 ns。输入信号幅值范围为100~300 mV时,该CFD电路的输出上升沿翻转时间的漂移误差仅为73.6 ps。     

多波长数字粒子图像测速技术研究

数字粒子图像测速(DPIV)研究中,应用最为广泛的缩短两幅粒子图像之间时间间隔的方法是跨帧技术,这一技术的发展会受到高速相机技术的限制。本文提出了一种新的缩短两幅粒子图像之间时间间隔的多波长激光脉冲照明与多光谱成像技术,利用多个不同波长的脉冲激光照明流场中的同一区域,由多波长成像系统采集不同波长照明下的流场中的粒子图像,不同波长的粒子图像之间的时间间隔只与光脉冲之间的时间间隔有关,不再受相机帧转移时间的限制。根据这一原理设计并搭建了一套双光谱数字粒子图像测速系统,将不同时刻粒子图像之间的时间间隔缩短至50ns。     

飞秒激光标定X射线条纹相机的时间特性

受激光惯性约束聚变诊断需求,为神光Ⅲ研制了一台工程化X射线条纹相机系统。使用130 fs钛宝石激光器搭建了X射线条纹相机的动态测试系统,标定了条纹相机的时间性能。实验结果显示X射线条纹相机的时间晃动13.7 ps,四个挡位的固有延时为26.3 ns、31.5 ns、41.2 ns、68.6 ns,全屏时间为1.9 ns、3.9 ns、7.9 ns、14.5 ns。相机的四个时间量程跨度一个数量级,且具有近似的2次方关系,可以兼顾不同超快脉冲测量和对比。该相机时间性能优良,可以满足目前我国激光聚变诊断研究对X射线条纹相机的需求。     

高分辨率时间数字转换电路的PLD实现

高分辨率时间数字转换系统(TDC)采用环形延时门单元(RGDS)高分辨率系统,在可编程器件(PLD)上实现,解决了延时门的综合、延时时间的离散性等问题.由于设计、实现和集成电路工艺无关,所以可以方便地移植到其他系统和PLD芯片中.本设计在Altera公司的CPLD芯片上的仿真测试表明,时间分辨率最高可达3.5ns.本实验通过了时序仿真和硬件测试.     

用于激光调Q技术的高速电光门控系统设计

调制电信号的获取是激光调Q中的关键技术。此系统采用一种新方法获取高速调制电信号——基于FPGA的高速电光门控系统,分为门控脉冲和高压调控两个模块。门控脉冲模块由高速信号放大、FPGA延时、可控传输线延迟3个部分组成。利用FPGA高密度、高可靠性、可反复擦写和可以现场编程、灵活调制的特点,将整个系统的主要控制部分集成在FPGA中,并将延时分为数字延时和模拟延时两部分。然后利用FPGA实现数字延时,可控延时线实现模拟延时。经试验检测,高压部分可以产生重复频率1~9999Hz,步进1Hz,延时范围为0~9999ns,步进为1ns,幅度为8000V,前沿和后沿小于10ns,抖动小于1ns的高压矩形电脉冲,满足各种电光调制系统的需要。     

基于单反相机实现立体照相技术的研究

针对双镜立体照相技术的不足,提出了一种利用单反数码相机实现的立体照相方案,并设计出立体光圈结构其及控制电路。该技术通过单反相机快门信号对立体光圈的连续控制,可一次性摄取红蓝互补色立体图像和左、右眼视差图像。实验结果表明,利用该方案实现的立体照相机结构简单、操作方便、所摄图像无重影等特点,有利于立体照相技术的推广。     

高空间分辨率大视场遥感相机图像的高速高可靠传输系统研究

提出一种适于高空间分辨率大视场遥感相机的图 像高速高可靠传输系统。首先,分析了TLK2711的通信链路,提出 了基于同步控制字的高速串行传输策略;深入分析了噪声对传输可靠性的影响,进而提出(17,6)纠错编码算法,分析了纠错编码在大视场空间相机中应用的可行性; 最后,在某大视场TDICCD空间相 机样机上进行了系统测试。实验表明,本文系统可以实时传输80路高 量化数据,整个系统有 效数据吞吐率可达13.02Gbit/s;所 提出的(17,6)纠错编码算法纠错能力强,运算速度快,易于硬件 实现,每512Byte数据可纠正32bit的错误,提高了空间 相机高速串行传输的可靠性;系统在不同的传输速度下工作均表现出令人满意的效果。     

高分辨率全帧CCD高速驱动设计

目前采用高分辨率全帧CCD作为图像传感器的航空遥感相机输出帧频低、驱动设计灵活性低,应用受到限制.为提高全帧CCD相机应用水平,通过FTF5066M驱动电路结构和时序关系分析,采用分离器件设计了全帧CCD的稳压变换电路、偏置电压电路和水平垂直驱动电路.利用FPGA设计了四通道高速并行输出的时序脉冲产生电路,克服了传统单通道输出方法的速度限制.试验中,该驱动电路利用MVC3000F镜头成功采集到高速图像.实验表明,本驱动设计配置灵活,输出帧频从0.7fps提高到2.16fps,充分满足了航空遥感相机的高帧频要求.     

A novel control circuit for proximity focused microchannel plate image-intensifiers

 A proximity focused microchannel plate image-intensifier(MCP I~2)can always serve as a fast optical shutter due to its high temporal and spatial resolution,large spectral and input intensity range,high gain as well as the possibility of transient recording of single-shot events. The MCP I~2 tube combined with a gating pulse generator constitutes the simplest image-converter camera with a high light gain and a fast response.In this paper,three different modes of gating for a typical 18mm“Generation Ⅱ”MCP I~2 tube(ITT type F4111)are compared.On the basis of the above considerations,a new circuit is developed for fast gating at the photocathode of an image- intensifier and for the generation of large-amplitude nanosecond pulses.With this gating generator, a camera exposure time of about 2 ns has been obtained.The matching of the gating generator with the image-intensifier is also discussed.A simple and efficient method is presented to eliminate the multi-exposure effect which must be avoided in high-speed photography.     

基于FPGA的数字IC交流参数测试系统研究

大规模集成电路的应用促进了国民经济的发展,同时带动了各类集成电路自动测试系统的发展,特别是高速器件的测试要求交流参数测试稳定性好,分辨率高。基于这一要求,介绍了数字集成电路交流参数测试系统的基本构成,并且介绍了数字集成电路交流参数测试的基本内容和测量方法,讨论了内插技术在时间测量上的应用和FPGA中专用时间进位链构建延迟线的基本方法,研究了该技术在数字集成电路交流参数测试仪上的应用,最后应用软件QuartusⅡ9.0验证了延迟线实现方法,并且给出了仿真波形和测试结果。     

无扫描激光雷达距离选通同步控制电路的设计

无扫描激光雷达距离选通成像系统中同步控制装置的研究设计是系统的关键技术之一,直接关系到能否实现距离选通,能否得到目标的选通图像。在成像系统对同步控制装置的性能要求基础上,论文基于复杂可编程逻辑器件CPLD实现了脉冲激光器与选通ICCD摄像机的同步工作。通过VHDL语言设计出了具有纳秒量级的距离选通同步控制电路。此电路可以方便地进行脉冲宽度和延迟时间的选择,从而提高系统的成像质量和作用距离。     

具有OLED显示的智能化条纹相机(英文)

为了使条纹相机在一些特殊情况下能够使用良好,设计了一种基于PC-104、单片机8051和有机电致发光显示的智能化紫外皮秒条纹相机。相机的控制系统由数字化多扫速扫描电路、工作状态设置电路、像增强器选通电路和可程控化的高压供电系统构成。嵌入式PC-104通过控制I/O、A/D和D/A等接口来实现这些电路。该相机在自动调整参数、远程控制和系统自检方面都优于传统的相机。实验结果表明:控制系统稳定,时间分辨率优于100 ps,扫描非线性低于5%。     

Ultrahigh-speed photography of picosecond light pulses

A new technique for the display of picosecond light pulses is presented. Ultrashort (6 ps) green light pulses passing through a light-scattering medium are photographed from the side by a camera positioned behind a shutter of 10-ps framing time. The shutter is an ultrafast Kerr cell driven by infrared pulses 8 ps in duration. Color photographs show a bright spot on a dark background, revealing the unambiguous presence of well-isolated picosecond light pulses. The shape of the spot is the result of a convolution involving the three-dimensional shape of the green pulse and the time transmission function of the shutter, this function being dictated by the shape of the infrared pulse. The experiment indicates that a new technique for visualizing light pulses consists in simply observing their flight through a scattering medium from behind an ultrafast shutter having a framing time equal to the time resolution desired. The new technique has many advantages over the two-photon fluorescence display technique, such as higher sensitivity, wider spectral range, and easier interpretation. The ultrafast camera also can be used for the photographic measurement of ultrashort relaxation times in dielectrics and in fluorescent dyes.