CN101846812A

CN101846812A - 纹影准单色光源装置

Info

Publication number: CN101846812A
Application number: CN 201010162722
Authority: CN
Inventors: 王昌建; 陆守香
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2010-04-29
Filing date: 2010-04-29
Publication date: 2010-09-29

Abstract

本发明涉及纹影光学成像的准单色光源装置。该装置包括箱体，箱体内底面的光具导轨上由前至后通过光具座依次排列安装有光源、凸透镜A、凸透镜B、凹透镜和滤光片，它们的光轴中心被设置在同一条光轴线上；与滤光片相对应的一侧箱体上开设有通光孔。本发明的有益技术效果在于：利用窄带准单色光代替了现有技术中的白光和激光，克服了高速燃烧流场自发光和激光干涉条纹对纹影成像的影响，从而提高了纹影成像质量。本发明采用透镜和滤光片为主要部件，相对于激光器来说，价格便宜。另外，该发明便于调节，使用灵活，有利于使用者根据各自的需求进行调节，得到不同颜色的准单色光，用于其它用途。

Description

纹影准单色光源装置

技术领域

本发明属于纹影光学成像技术领域，具体涉及一种新型纹影准单色光源装置。

背景技术

当平行光线经过与其垂直方向有密度梯度的流场时会发生偏折，纹影系统光学成像就是利用这一原理来实现对流场的观测。纹影系统的结构方式有很多种，但主要包括光源系统(光源、狭缝、透镜、平面反射镜等)、纹影镜和成像系统(刀口、平面反射镜、相机或CCD等)。纹影镜可采用大口径的凸透镜或凹面反射镜。纹影系统广泛应用在风洞、燃烧及弹道等科学研究领域。

针对高速燃烧流场(如爆燃、爆轰、超燃等)，传统的纹影系统光源主要有白光光源和激光光源。采用白光光源，由于流场自发光，会干扰光源的成像质量，导致成像模糊。而采用激光光源和滤光片，尽管能将燃烧流场自发光滤除，但由于激光具有很好的相干性，会导致成像图上有很多的干涉条纹，明显影响成像质量。因此，为了提高高速燃烧流场的纹影成像质量，迫切需要一种新型的纹影光源，即能消除燃烧流场自发光的影响，又能消除激光所带来的干涉条纹影响。

发明内容

在高速燃烧流场纹影光学成像时，为了避免采用白光光源时燃烧流场自发光的影响，又能避免干涉条纹对纹影成像影响，本发明提供一种纹影准单色光源装置。

具体的技术解决方案如下：

纹影准单色光源装置包括箱体7，箱体7内底面设有光具导轨6，所述光具导轨6上由前至后同轴依次通过光具座设有光源3、凸透镜A1、凸透镜B2、凹透镜4和滤光片5，与滤光片5相对应的一侧箱体7上设有通光孔8。

所述光源的发光点位于凸透镜A1的焦点处；

所述凸透镜A1的焦径比即焦距与直径之比不大于1；

所述凸透镜A1与凸透镜B2之间的间距大于2倍凸透镜B2的焦距；

所述凹透镜4位于凸透镜B2的焦点之前，并与凸透镜B2共焦点；所述凹透镜4的直径为6～10mm，其焦径比小于或等于凸透镜B2的焦径比。

滤光片5带通光带宽为10-20nm，透过率大于50％。

本发明的有益技术效果在于：利用窄带准单色光代替了现有技术中的白光和激光，克服了高速燃烧流场自发光和激光干涉条纹对纹影光学成像的影响，从而提高了纹影成像质量。本发明采用透镜和滤光片为主要部件，相对于激光器来说，价格便宜。另外，该发明便于调节，使用灵活，有利于使用者根据各自的需求进行调节，得到不同颜色的准单色光，用于其它用途。

附图说明

图1为本发明结构示意图，

图2为本发明使用状态图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。

实施例：

参见图1，纹影准单色光源装置包括箱体7，箱体7内底面安装有光具导轨6，光具导轨6上由前至后通过光具座9依次排列安装有卤钨灯3、凸透镜A1、凸透镜B2、凹透镜4和滤光片5，它们的光轴中心被设置在同一条光轴线上；光具座9能进行三坐标调节，即俯仰、转动和升降，以便调整卤钨灯3的发光点、透镜、滤光片的高度，使各中心保持相同光轴。与滤光片5相对应的一侧箱体7上开设有通光孔8。卤钨灯3的发光点位于凸透镜A1的焦点处；凸透镜A1与凸透镜B2之间的间距为150mm；凹透镜4位于凸透镜B2的焦点之前，并与凸透镜B2共焦点；凹透镜4和滤光片5之间的间距为30mm；滤光片5与通光孔8之间的间距为20mm；卤钨灯3的功率为50W；凸透镜A1的直径为30mm，焦距为20mm；凸透镜B2的直径为30mm，焦距为60mm；凹透镜4的直径为10mm，焦距为16mm；滤光片5的中心波长600nm，带宽15nm，透过率大于50％。

卤钨灯3发出的光经过凸透镜A1、凸透镜B2和凹透镜4后形成平行光束，平行光束最后经过一个窄带滤光片5从箱体侧壁上的通光孔8射出。

将本发明应用于纹影系统时，见图2，形成的准单色光束直径为8mm。本发明光源10的光在纹影系统中可以看作为类激光进行调节。即光源的光首先经过一个凸透镜11(直径为10mm，焦距为72mm)。形成的中心发散光经过纹影凹面反射镜12后射出平行光，平行光经过高速爆轰流场14，再经过纹影凹面反射镜13汇聚，凹面反射镜12和纹影凹面反射镜13参数完全相同，直径300mm，焦距3m。汇聚的光经过刀口15后再经过另一片滤光片17(与前述滤光片参数完全相同)，成像于高速CCD16(其拍摄频率1000fps，画幅像数512×512)。实验结果表明，本发明准单色光源使用方便，质量优良，且能清晰地显示出高速燃烧流场中密度的变化。

实施例2：

所用光源为氙灯，功率为500W；凸透镜A1的直径为30mm，焦距为30mm；凸透镜A1与凸透镜B2之间的间距为180mm；凹透镜4和滤光片5之间的间距为40mm；滤光片5带通光带宽为20nm。

其它同实施例1。

Claims

1.纹影准单色光源装置，其特征在于：包括箱体(7)，箱体(7)内底面设有光具导轨(6)，所述光具导轨(6)上由前至后同轴依次通过光具座设有光源(3)、凸透镜A(1)、凸透镜B(2)、凹透镜(4)和滤光片(5)，与滤光片(5)相对应的一侧箱体(7)上设有通光孔(8)。

2.根据权利要求1所述的纹影准单色光源装置，其特征在于：所述光源的发光点位于凸透镜A(1)的焦点处；

3.根据权利要求1所述的纹影准单色光源装置，其特征在于：所述凸透镜A(1)的焦径比(即焦距与直径之比)不大于1；

4.根据权利要求1所述的纹影准单色光源装置，其特征在于：所述凸透镜A(1)与凸透镜B(2)之间的间距大于2倍凸透镜B(2)的焦距；

5.根据权利要求1所述的纹影准单色光源装置，其特征在于：所述凹透镜(4)位于凸透镜B(2)的焦点之前，并与凸透镜B(2)共焦点；所述凹透镜(4)的直径为6～10mm，其焦径比小于或等于凸透镜B(2)的焦径比。

6.根据权利要求1所述的纹影准单色光源装置，其特征在于：所述滤光片(5)带通光带宽为10-20nm，透过率大于50％。