逐光®MF八分幅相机拍摄等离子体射流时空演化过程

　　1、研究背景

　　等离子体射流由于其重复性低，多采用single shot发射方式。诊断最直观的手段就是采用高帧速相机进行拍摄，观察等离子体射流运动轨迹、形态、结构等。传统的高速相机帧速率和成像靶面尺寸很难同时兼顾，由于其曝光时间限制自身很难观测到纳秒级瞬态过程，这对于观测等离子体时空演化是不利的。八分幅相机内部由皮秒级抖动的数字延迟发生器和8个具备纳秒级光学快门的像增强相机构成，利用数字延迟发生器控制8个像增强相机在不同延迟下独立拍摄同一兴趣区域，从而实现了纳秒瞬态过程的完整记录，瞬时帧速率最大可达2G fps。这对于记录完整高速等离子体射流过程和射流测速具有积极作用。

　　本次试验中，等离子体枪发射出的等离子体射流只维持数十微秒，需要在不同时刻记录射流头部、主体、尾部等不同部位，此外画幅之间的拍摄间隔要求从纳秒至微秒时间范围内连续调节。采用该独立通道的八分幅相机可以非常好的记录一个完整周期的等离子体射流形态变化，这对于等离子体的诊断具有重要的参考价值。

　　2、实验测试方案

　　实验设备：

　　八分幅相机(MF-EF-VIS-H20-F)，放电等离子体射流;

　　实验过程：

　　本次实验采用独立八分幅相机(MF-EF-VIS-H20-F)作为拍摄相机，设置门宽20ns，增益为2800，其中pda收到等离子体光信号后对外输出TTL信号触发八分幅相机工作。八分幅相机记录时刻相对pda触发信号延迟为0us，测试线路固有延迟为0.4us。将八分幅相机镜头正对于等离子体枪侧方位法兰正中间，可以较好的拍摄等离子体射流经过该法兰的图像，位于图中camera0位置处。

　　实验操作步骤如下：

　　1，连接触发线及电源，打开高速相机，连接八分幅相机;

　　2，将八分幅相机进行对焦，并工作在外触发模式下;

　　3，设置所有通道光学门宽为20ns，通道之间相对时间间隔为0.5us，触发延迟为0us，相机曝光时间10us，像增强器增益2800，等待来自pda的触发信号。

　　八分幅相机放置处

　　3、实验结果

　　等离子体射流图像如下图所示：

　　Shot 1

　　Shot2

　　将光学门宽降低为17ns，再次进行测试：

　　Shot 1

　　Shot 2

　　Shot 3

　　shot 4

　　Shot 5

　　Shot 6

　　Shot 7

　　4、结论

　　实验中对等离子体射流进行多次拍摄，得到的等离子体时空演化过程清晰，并且可以辨析等离子体射流运动轨迹。通过单次拍摄，可以记录到等离子体从等离子体枪射流的时空演化过程，进而可以评估等离子体射流上下偏移情况以及测量射流密度分布等。根据射流头部运动路径长度和画幅的时间间隔，可以推断出等离子体射流速度最快可以达到150km/s，根据发散角推测马赫数，测得Ma=7八分幅相机与其他诊断结果结论一致。

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　　5、解决方案

　　中智科仪逐光系列MF分幅相机，采用孔径分光的反射式分幅设计，选用高量子效率低噪声的Hi-QE以及GaAs像增强，每个通道间隔时间均可独立控制最短仅为10ps并连续可调，针对皮秒时间分辨光谱及成像实验优化设计光学门宽短至500皮秒，最高支持8通道真实分幅成像，以超高帧频记录单次实验过程，是爆炸、高速撞击、等离子和燃烧诊断等实验中不可或缺的成像设备，同时具备高时间和高公空间分辨率。

　　● 2/4/8通道真实分幅成像;

　　● 10ps-10s间隔时间连续可调;

　　● 500ps/3ns光学快门;

　　● 高通光量孔径分光;

　　● 高效率低光晕光纤面板耦合;

　　● 低噪声高量子效率影像增强器。