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纹影法与便携式纹影仪

时间:2020-12-01     作者:中创联达【原创】   阅读

       纹影法又称施利伦(schlieren)方法,是一种经典的光学显示技术。其基本原理是利用光在被测流场中的折射率梯度正比于流场的气流密度原理,将流场中密度梯度的变化转变为记录平面上相对光强的变化,使可压缩流场中的激波、压缩波等密度变化剧烈的区域成为可观察、可分辨的图像,从而记录下来。把具有高时间分辨本领的告诉相机与纹影法结合起来,便成为高速纹影法。该方法在轰爆与冲击波物理实验中,用于显示流场、冲击波阵面及在透明介质中的传播、观察高压力下自由表面的微物质喷射、界面上的波系状况、界面不稳定性以及高压下火花放电等弱冲击波的发展等,是一种有着广泛用途的光学测试技术。


      纹影系统按照光线通过被测流场区的形状,分为平行光纹影系统和锥形光纹影系统两大类,但二者成像原理相同。锥形光纹影系统的结构简单,其灵敏度比平行光纹影系统更高,但是这种纹影系统由于是同一条光线反复经过被测区,会导致被观察区的图像失真。而平行光纹影系统能够真实地反映被观察区密度的变化,在实验中得到了更为广泛的应用。平行光纹影系统分为透射式和反射式两种,透射式的光学成像质量好,但对视场要求比较大,要加工大口径的纹影透镜又比较困难,反射式的光学成像虽然带有轴外光线成像造成的彗差和像散两类象,但是只要在光路上采用“Z”形布置和在仪器使用时将光刀刀口面调整到系统的子午焦平面和径向焦平面上,就可以减少两类象差,从而得到满意的结果。透射式纹影系统、反射式纹影系统组成如下图:

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图一:透射式纹影系统组成图


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图二:反射式纹影系统组成图

      纹影仪是实现纹影法的基本仪器,常被用于配合相机或高速相机观察透明介质因各种因素引起的分布、传播过程以及扰动强度等。如研究激光与物质作用、分层流、多项流、传热与传至、激波、超声波流、燃烧、火焰、爆炸、高压放电、等离子体、内弹道及某些化学反应等学科的流场密度变化科学研究。其常见样式图片(均来自武汉中创联达科技有限公司)如下:

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使用纹影仪观察燃油喷雾在整个燃烧室内发展变化的应用举例:

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       传统的纹影成像系统结构简单,灵敏度高且成像质量较好,但非常不方便移动,光学安装的过程又比较复杂,而为了保证系统的准直,即使是专业人员也需要花费大量的时间。现在Spectabit公司推出的便携式纹影系统成功的解决了这个问题,用户通过简单的控制就可以调节视场和工作距离,并且不需要具备非常专业的光学知识!


       Spectabit的便携式投影纹影系统是基于我们的数字聚焦纹影专利技术(美国专利9232,117 B2)。它采用数字纹影仪将线条图案投影到物体后面的屏幕上。屏幕将光线反射到sTubeTM光学系统,此光学系统中,光线在到达相机传感器之前先通过截至滤波器。相机聚焦在纹影目标上(例如热气的流动),而不是屏幕或者截至滤波器上,截至滤波器阻挡大约一半的光线。包含先进的图像处理算法的SchlierenViewTM软件可以消除背景噪声和增强反差,从而得到均匀强度的背景。与大多数纹影系统相比,这种创新的系统布局具有巨大的实用优势。这些组件重量轻,可自对准,聚焦纹影网格使用现成的数字投影仪投影,使其成为现场真正便携式和大规模纹影成像的少数现实选择之一。两个光学组件,sTubeTM和数字投影仪可以安装在简单的三脚架上。**需要的其他设备是用于控制系统的笔记本电脑的支架。甚至投影屏幕也是可选的。在许多情况下,即使是5英尺高的纹影视野,平坦,相当明亮的墙壁也足够了。只有在高背景光或极长工作距离(通常超过15英尺)的情况下才需要屏幕。


      以上,就是为您介绍的便携式纹影仪的相关内容,如果还有问题,欢迎咨询武汉中创联达科技有限公司。


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