纹影仪的工作原理

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：

图1：透射式纹影系统组成图

图2：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。其常见样式如下：

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：

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!

便携式投影纹影系统

主要部件：数字投影仪、运行SchlierenView™的电脑、sTube™光学系统。

技术规格：

参数关键数据备注

角视场19°高x11°宽标准85mm镜头

视场（FOV）60”高x34”宽取决于工作距离

工作距离15’=3x垂直视场

屏幕距离30’=2x工作距离

屏幕尺寸10’高x5’-8”宽=2x视场

图像传感器具备24帧高清视频功能的数码单色相机（1920x1080像

素）

照度商用液晶投影仪

线条图案用户变量方向（推荐45o）

仪器尺寸22”长x3”宽x3”高(sTube™)

*某些技术规范可更改或可定制。

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