逐光四分幅相机拍摄金属丝电爆炸发展过程

　　应用背景

　　金属丝电爆炸是一种极为复杂且迅速的物理现象，通常发生在高电流脉冲作用下，金属丝在极短时间内因电流加热而快速蒸发、膨胀甚至爆炸。研究金属丝电爆炸过程，不仅有助于深入理解金属在极端条件下的热力学行为，还对高能物理、材料科学和电力工程等领域具有重要意义。然而，由于这一过程发生在微秒级甚至更短的时间尺度，且伴随剧烈的温度和压力变化，传统的实验观测方法面临着许多挑战。

　　在这一背景下，分幅相机作为一种先进的高速成像技术，展现出了在研究金属丝电爆炸过程中的独特优势。分幅相机能够在非常短的时间间隔内记录多个连续的图像帧，进而实现对高速过程的高分辨率观测。相比于传统的单一高速相机，分幅相机能有效提高拍摄速度和图像质量，从而捕捉到金属丝电爆炸过程中的细微变化。

　　通过分幅相机，研究人员能够获得金属丝电爆炸的全景动态图像，精确捕捉到电流流经金属丝、金属丝局部加热、爆炸产生的气泡和等离子体的形成等关键阶段，使得研究人员能够观察到电爆炸发生的微观细节。因此，分幅相机成为研究这类高速物理现象不可或缺的工具，为科学发现和技术革新提供了坚实的硬件支持。

　　实验方案

　　实验设备：中智科仪逐光四分幅相机：型号MF-QF-VIS-H20-F;DG535数字延迟脉冲发生器。

　　实验过程：本实验采用四分幅相机拍摄金属丝电爆炸过程，实验中，金属丝由钨丝和铜丝两部分组成，铜丝以一定螺距缠绕在钨丝上构成复合金属丝。实验所施加的电压为25kV，通过金属丝的电流高达到四五十千安培。

　　在正式拍摄金属丝电爆炸图像之前，先把待测金属丝对焦清晰(四分幅相机结合一个135mm焦距的微距镜头成像)。

　　图1 对待测金属丝进行对焦

　　实际测试采用DG535作为同步控制器，通过人为手动单次触发高压放电设备和四分幅相机(DG535输出的电压幅值1.5V@1MΩ)，四分幅相机的外触发阻抗设为高阻抗，电压阈值1.0V。

　　每次放电的持续时间在几个微秒，通过设定四分幅相机四个通道不同的延迟时间，从而能够在同一次放电过程中捕获不同时刻的金属丝电爆炸演化图像。在本次实验中，在SmartCapture2.0软件上分别设置四个通道的门宽为5ns。由于放电瞬间光强比较强，为避免强光对分幅相机的像增强器光阴极造成损伤，在成像镜头前加了OD3的衰减片(衰减1000倍)。

　　图2 测试现场图片

　　实验结果

　　表1 四分幅相机拍摄参数设置情况表

　　图3 4个通道的延时分别为1.8us、3.2us、5us、8us(增益2000)

　　图4 4个通道的延时分别为1.8us，3.2us，5us，8us(增益2500)

　　图5 4个通道的延时分别为4.5us、3.5us、2.8us、1.8us (增益2800)

　　图6 4个通道的延时分别为4.5us、3.5us、2.8us、1.8us (增益2800，图5为图6的伪彩色显示效果)

　　图7 4个通道的延时分别为5.5us、3.5us、2us、1.5us (增益3000)

　　结论

　　从图3到图7的成像结果可以看出，四分幅相机可以以纳秒级的时间分辨率捕获金属丝电爆炸的不同演化阶段，这种高时间分辨率的成像能力使得研究人员可以更准确地分析从初始激发到最终爆破的每一个细微变化，包括等离子体形成、能量传递和物质分布等关键过程。因此，四分幅相机不仅大幅提升了对这类高速现象观测的精度，还为深入理解金属丝电爆炸背后的复杂物理原理提供了强有力的支持，推动了相关领域科学研究的进一步发展。

　　解决方案