纹影法( Portable ProjectionSchlieren )

纹影是一种在19世纪开发的光学可视化方法。即使将透明气体喷射到大气中,人眼也不能直接看到气体本身。然而,如果喷射的气体的密度与大气的密度不同,则通过该部分的光将被折射,导致亮度差异。如果该折射率非常大,则可以用肉眼看出,例如,天发生的太阳耀斑是由这种现象引起的。应用这种现象的流体的光学可视化方法称为纹影法。纹影源于德语单词“斑”

纹影方法使用光源、多透镜、要求极高精度的凸面镜、刀缘等光束切割过滤器。使用这些仪器,能够使光通产生的微小差异表现为图像中的巨大差异,综合如温度, 密度,励和结合等各种重要的物理参数,它最终确立为应变可视化的一种技术。传统的纹影装置由于使用由镜子和透镜产生的准直光而具有有限的测量区域,并且在拍摄大范围的图像时存在各种限制。另外，光学系统的安装,调整,光源等存在各种限制,并且设 置需要大量的时间和熟练的技能。西華数码映像提供的Spectabit Optics公司的便携投影纹影装置,使用数字聚焦(美国专利9,232,117 B2 ) , 可以轻松捕获各种纹影图像,无需复杂的设备配置和光学调整,是一种划时代的系统。

摄影方法:首先,把从数字投影仪或显示器上映出的线形图(Fig.1 )做为背景。接下来将要测量的对象使用将网格状的截断过滤器、相机成集成与-体的光学系统s Tube(Fig.2 )进行拍摄。

图1 :投影线图2。集成光学系统s Tube和投影此时,安装到sTube内的照相机侧的镜头的焦点不是屏幕和截止滤镜,而是热流和煤气泄漏疑问点等想测量的目标。为了将焦点对准想要测量的对象,假设即使屏幕或屏幕的线状图较大,投影在背景上的屏幕图案也会将景深浅至几乎没有聚焦的状态。

如果大气中的折射率是恒定的(没有密度梯度),则光线从屏 幕或画面出发,大约一半的光线会直射到sTube中的截止滤光器。 SchlierenViewTM软件中内置的高级图像处理 算法可用于消除背景噪声,增强对比度并提供均匀的强度背景。

在测量环境中,高温和低温=流,与大气,冲击波等大不相同的气体引起折射率相对于测量环境的变化,并产生具有大密度梯度的状态。

因此,如果存在较大的密度梯度, SchlienView软件会扭曲屏幕或画面上的投影线条图案。

热风和冷风,蒸气和冲击波是以屏幕上的线状图案为背景,通过sTube内的截止滤镜,光量的变化表现在照相机等的图像传感器中。

在通过sTube得到的图像中,作为尖锐集中在灰色背景的明暗物体被锐化,充当光学纹影的刀刃作用,使气流和冲击波作为图像出现。

此外,使用SchlierenViewTM软件的系统非常敏感和灵敏,甚至能够观察从伸出的手掌上升起的暖空气。

这种革命性的便携式投影纹影系统与迄今为止的大多数纹影系统相比具有非常大的实用优势。首先,便携式投影纹影系统中实现的组件仅有3个: 1 )集成sTube光学器件, 2 )投影仪或显示器,3) PC。

集成的sTube非常轻巧。此外, sTube光学器件可以通过简单地设置来获得纹影图像。不必像传统的纹影方法那样需要对光学系统进行复杂的调整。当我们使用现成的数字投影仪和显示器时,我们可以根据测量摄影的规模构建各种系统。此外,由于投影仪投影线条图案,即使存在多种测量目标,也可使用小型投影仪。便携式投影系统所需要的只是sTube和数字投影仪或显示器。这些可以连接到一一个简单的三脚架。除此之外,还需要一台PC来控制SchlierenViewTM软件。 投影屏幕不是必需的。如果拍摄对象大约是1.5M,有一个平坦,明亮的墙壁,就可以拍摄。如果您需要4.5M或更长的拍摄距离,则只需要一个屏幕。 在这种情况下,屏幕不需要使用特制屏幕,-般屏 幕即可。

特点

◆光学系统,网格投影投影仪,控制软件一体集 成的简单构造

◆光学设置简单,任何人都可轻松使用

◆可以用白色墙代替屏幕,便携式光学系统,可以在任何地方进行测量。

◆高灵敏度拍摄

◆使用用高速相机可应对时间序列摄影

◆使用投影法,可以进行广范围的观察

用途

◆热对流的可视化

◆可视化冲击波,冲击噪音,噪音

◆可视化各种气体泄漏,如二氧化碳和氦气,排气的可视化

◆可视化各种温度和压力变化

◆玻璃缺陷检查