CN105424312A - 同轴抛物面的反射式纹影仪光学系统 - Google Patents

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何锋赟
胡玥
曹艳波
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    • G01M9/06—Measuring arrangements specially adapted for aerodynamic testing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
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Abstract

本发明公开了一种同轴抛物面的反射式纹影仪光学系统，该系统包括沿光路依次设置的光源、狭缝、准直反射镜、聚焦反射镜、刀口及探测器，待测流场位于准直反射镜与聚焦反射镜之间，光源发射出的光线经狭缝匀光滤光后照射至准直反射镜，经准直反射镜后变换为平行光线，光线经过待测流场后传播至聚焦反射镜汇聚，汇聚后的光线经过刀口后在探测器成像，其中，准直反射镜和聚焦反射镜采用旋转对称的同轴抛物面的面形结构。本发明通过将准直反射镜和聚焦反射镜设为同轴抛物面的面形结构，通过对反射镜的面形进行改进，提高了纹影仪整体的均匀性及灵敏度，且无需采用离轴抛物镜的面形，降低了加工难度与成本。

Description

同轴抛物面的反射式纹影仪光学系统
技术领域
本发明涉及流场显示及测量领域，特别地，涉及一种同轴抛物面的反射式纹影仪光学系统。
背景技术
纹影仪光学系统主要是应用在流场显示与测量领域。纹影技术主要包括黑白纹影法、彩色纹影法和干涉纹影法，其测量原理是光在被测流场中的折射率变化梯度与流场由运动引起的密度变化成正比关系。
现在传统的反射式彩色纹影系统包括光源、狭缝、准直反射镜、聚焦反射镜、刀口机构、成像镜组和探测器等部分。其中，准直反射镜与聚焦反射镜均使用球面镜。但是由于球面镜本身无法校正球差等像差，所以会严重影响狭缝在刀口处的成像质量。当刀口切入时就会出现颜色不均匀等问题。
发明内容
本发明提供了一种同轴抛物面的反射式纹影仪光学系统，以解决现有的反射式纹影仪均匀性与灵敏度不够高的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
提供一种同轴抛物面的反射式纹影仪光学系统，包括沿光路依次设置的光源、狭缝、准直反射镜、聚焦反射镜、刀口及探测器，待测流场位于准直反射镜与聚焦反射镜之间，
光源发射出的光线经狭缝匀光滤光后照射至准直反射镜，经准直反射镜后变换为平行光线，光线经过待测流场受其扰动影响后传播至聚焦反射镜汇聚，汇聚后的光线经过刀口后在探测器成像，其中，准直反射镜和聚焦反射镜采用同轴抛物面的面形结构。
进一步地，狭缝用于将光源照射的光束分成四个窄带光斑并滤光。
进一步地，光源和狭缝采用LED或者激光直接在狭缝位置作为窄带光源照明代替。
进一步地，准直反射镜和聚焦反射镜采用倾斜使用的旋转对称的同轴抛物镜，两个抛物镜的面形相同，凹面相对，倾斜方向相同，倾斜角度相同。
本发明具有以下有益效果：
本发明同轴抛物面的反射式纹影仪光学系统，通过将准直反射镜和聚焦反射镜设为同轴抛物面的面形结构，通过对反射镜的面形进行改进，提高了纹影仪整体的均匀性及灵敏度，且无需采用离轴抛物镜的面形，降低了加工难度与成本。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例同轴抛物面的反射式纹影仪光学系统的结构示意图；
图2是使用球面面形的反射镜时从狭缝到刀口处的成像点列图；
图3是本发明优选实施例使用同轴抛物面的反射镜时从狭缝到刀口处的成像点列图。
附图标记说明：
1、光源；2、狭缝；3、准直反射镜；4、聚焦反射镜；5、刀口；6、探测器；7、待测流场。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参照图1，本发明的优选实施例提供了一种同轴抛物面的反射式纹影仪光学系统，包括沿光路依次设置的光源1、狭缝2、准直反射镜3、聚焦反射镜4、刀口5及探测器6，待测流场7位于准直反射镜3与聚焦反射镜4之间，光源1发射出的光线经狭缝2匀光滤光后照射至准直反射镜3，经准直反射镜3后变换为平行光线，光线经过待测流场7后传播至聚焦反射镜4汇聚，汇聚后的光线经过刀口5后在探测器6成像，其中，准直反射镜3和聚焦反射镜4采用同轴抛物面的面形结构。
本实施例通过将准直反射镜3和聚焦反射镜4设为同轴抛物面的面形结构，通过对反射镜的面形进行改进，提高了纹影仪整体的均匀性及灵敏度，且无需采用离轴抛物镜的面形，降低了加工难度与成本。
在具体应用中，光源1可选为卤钨灯，采用的光源光谱范围宽，光照均匀。狭缝2用于将光源1照射的光束分成四个窄带光斑并滤光。狭缝2可选为带通滤光片或者彩色玻璃将光源1照射的光束转换为四个单色发光窄带。
可选地，刀口5具有自由度，用于分别从X轴和Y轴方向切入光束传播路径，即沿水平轴和纵向轴方向切入光束传播路径，以切割光线形成纹影。
本实施例中，探测器6为光学图像成像器件，例如CCD图像传感器。
本实施例中，待测流场7可为温度场、浓度场或者速度场。
本实施例中，参照图1，准直反射镜3和聚焦反射镜4采用倾斜使用的旋转对称的同轴抛物镜，两个抛物镜的面形相同，凹面相对，倾斜方向相同，倾斜角度相同。参照图2及图3，可以看出使用同轴抛物面的反射镜后除了象散外其他像差已经相对较小。
本实施例系统利用了同轴抛物面的面形的反射镜其自身就可以校正球差的特点，有效降低准直会聚的球差等像差，提高光学系统的灵敏度与均匀性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种同轴抛物面的反射式纹影仪光学系统，包括沿光路依次设置的光源（1）、狭缝（2）、准直反射镜（3）、聚焦反射镜（4）、刀口（5）及探测器（6），待测流场（7）位于所述准直反射镜（3）与所述聚焦反射镜（4）之间，其特征在于，
所述光源（1）发射出的光线经所述狭缝（2）匀光滤光后照射至所述准直反射镜（3），经所述准直反射镜（3）后变换为平行光线，光线经过所述待测流场（7）受其扰动影响后传播至所述聚焦反射镜（4）汇聚，汇聚后的光线经过所述刀口（5）后在所述探测器（6）成像，其中，所述准直反射镜（3）和所述聚焦反射镜（4）采用同轴抛物面的面形结构。
2.根据权利要求1所述的同轴抛物面的反射式纹影仪光学系统，其特征在于，
所述狭缝（2）用于将所述光源（1）照射的光束分成四个窄带光斑并滤光。
3.根据权利要求1所述的同轴抛物面的反射式纹影仪光学系统，其特征在于，
所述光源（1）和所述狭缝（2）采用LED或者激光直接在狭缝位置作为窄带光源照明代替。
4.根据权利要求1所述的同轴抛物面的反射式纹影仪光学系统，其特征在于，
所述准直反射镜（3）和所述聚焦反射镜（4）采用倾斜使用的旋转对称的同轴抛物镜，两个抛物镜的面形相同，凹面相对，倾斜方向相同，倾斜角度相同。
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