CN107315010A - 一种轻便型纹影仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轻便型纹影仪。该仪器包括光源系统、反射镜系统和成像系统，所述的光源系统由光源、透镜组、狭缝、通光孔、小反射镜、防尘罩、燕尾槽、位置调节底座和三角支架组成；所述的反射镜系统由凹面反射镜、镜框及镜盖、镜托、俯仰调节器和三角支架组成；所述的成像系统由通光孔、小反射镜、滤光装置、刀口装置、防尘罩、燕尾槽、位置调节底座和三角支架组成。本发明采用三角支架的伸缩杆机构实现纹影仪整体高度的大范围调节和折叠式收放，方便搬移；在光源和成像系统中设有位置调节底座，实现三坐标加旋转的全方位调节，提高纹影仪中相应组件的调节范围和调节精度；另外增设防尘罩，减少光源光的影响及系统对环境的抗污染能力。

Description

一种轻便型纹影仪
技术领域
本发明属于纹影光学成像技术领域，具体涉及一种轻便型纹影仪。
背景技术
纹影仪是一种光学测量密度梯度流场的传统仪器，广泛应用在风洞、燃烧、爆炸及弹道等科学研究领域。在当前应用的纹影仪中，主要采用四分体式，常规包括一个光源系统（光源、狭缝、透镜、平面反射镜等）、两个纹影反射系统和一个成像系统（刀口、平面反射镜、相机或CCD等）。但在使用过程中，存在许多不足之处。各分体系统的支座采用涡轮涡杆齿链式设计，升降调节范围小（一般调节范围不大于0.2m），且调节精度相对较低。当偏离中心高度越多，稳定性差。支座笨重（一般一个支座在50kg-100kg），不易搬移。各分系统中部件一般只有升降调节，没有横向、纵向及旋转调节装置，且升降调节也只是凭手动抬升没有采用特殊机构精密微调。纹影仪各部件机构稳定性较差，导致总体系统需要经常调节。且现有纹影仪光源系统一般只采用一个凸透镜聚光，由于无法协调光源端的小焦径比和纹影反射镜的大焦径比，因此不能充分利用光源的光强。另外，现有纹影仪光源系统和成像系统通常无防尘装置，易使光学元器件受环境污染，导致成像质量降低。
发明内容
本发明的目的在于针对现有纹影仪的上述不足之处，提供一种轻便型纹影仪，采用三角支架的伸缩杆机构设计实现纹影仪整体高度的大范围调节和折叠式收放，方便搬移；触地采用滚轮设计并添加锁定机构，增加其移动性和稳定性；在光源和成像系统中设有位置调节底座，实现三坐标加旋转的全方位调节，提高纹影仪中相应组件的调节范围和调节精度。
实现上述目的的技术解决方案如下：
一种轻便型纹影仪，包括光源系统、反射镜系统和成像系统；
所述的光源系统由光源、透镜组、狭缝、通光孔、小反射镜、防尘罩、燕尾槽、位置调节底座和三角支架组成；燕尾槽安装在三角支架的旋转装置上，在燕尾槽上设有4个位置调节底座，分别安装光源、透镜组、狭缝和小反射镜，并设有防尘罩；
所述的反射镜系统由凹面反射镜、镜框及镜盖、镜托、俯仰调节器和三角支架组成；凹面反射镜设于镜框及镜盖内，并一起安装在镜托上，镜托设置有控制凹面反射镜俯仰角度的俯仰调节器，镜托安装在三角支架的旋转装置上；
所述的成像系统由通光孔、小反射镜、滤光装置、刀口装置、防尘罩、燕尾槽、位置调节底座和三角支架组成；燕尾槽安装在三角支架的旋转装置上，在燕尾槽上设有3个位置调节底座，分别安装小反射镜、滤光装置和刀口装置，并设有防尘罩；
所述的三角支架，由升降调节装置、锁定装置、滚轮、伸缩杆、旋转装置、微调机构组成，在升降调节装置下方安装有三根伸缩杆，伸缩杆底端安装有滚轮，在三根伸缩杆之间设有锁定装置，在升降调节装置上端设有微调机构和旋转装置；
所述的位置调节底座，由双向平移台、旋转台和升降调节机构组成，升降调节机构设置在旋转台上端中心处，旋转台设置在双向平移台上方。
本发明的特征还在于：
相对于卤素白光灯光源，所述透镜组的前凸透镜焦距应不大于50mm，焦径比不大于1，后凸透镜的焦径比不小于6。
相对于激光光源，所述透镜组对激光的扩束角不小于凹面反射镜的半径与焦距之比的反正切值的2倍。
本发明的有益技术效果在于：
1、利用三角支架的伸缩杆机构实现纹影仪整体高度的大范围调节，采用剪刀式精密调节机构实现纹影仪的高度精确调节，三角支架采用伸缩杆机构实现折叠式收放，并可与上体机构分离，方便搬移；触地采用滚轮设计并添加锁定装置，增加其移动性和稳定性，改变了现有纹影仪高度调节精度和稳定性差的缺点。
2、在光源和成像系统中设计的位置调节底座，其中：双向平移台能够实现X、Y坐标的平移，升降调节机构能够实现Z坐标的上下移动，加上旋转台的旋转，实现了三坐标加旋转的全方位调节，提高了纹影仪中相应组件的调节范围和调节精度。
3、利用透镜组来匹配光源端的小焦径比和纹影反射镜的大焦径比，大大提高了光源光强的利用率。
4、另外增设光源系统和成像系统防尘罩，减少光源光的影响及系统对环境的抗污染能力。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图
图2为本发明的光源系统示意图；
图3为本发明的反射镜系统示意图；
图4为本发明的成像系统示意图；
图5为本发明选用的剪刀式精密升降装置照片。
图中标号：1升降调节装置、2固定装置、3滚轮、4伸缩杆、5双向平移台、6旋转台、7升降调节机构、8光源、9透镜组、10狭缝、11通光孔、12小反射镜、13防尘罩、14燕尾槽、15旋转装置、16凹面反射镜、17镜框及镜盖、18镜托、19俯仰调节器、20滤光装置、21刀口装置。
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。
参见图1、图2、图3和图4，图1为本发明的整体结构示意图，图2为本发明的光源系统示意图，图3为本发明的反射镜系统示意图，图4为本发明的成像系统示意图。
本发明的一种轻便型纹影仪，包括光源系统、反射镜系统和成像系统，其特点在于：
所述的光源系统由光源8、透镜组9、狭缝10、通光孔11、小反射镜12、防尘罩13、燕尾槽14、位置调节底座和三角支架组成；燕尾槽14安装在三角支架的旋转装置15上，在燕尾槽14上设有4个位置调节底座，分别安装光源8、透镜组9、狭缝10和小反射镜12，并设有防尘罩13；
所述的反射镜系统由凹面反射镜16、镜框及镜盖17、镜托18、俯仰调节器19和三角支架组成；凹面反射镜16设于镜框及镜盖17内，并一起安装在镜托18上，镜托18设置有控制凹面反射镜16俯仰角度的俯仰调节器19，镜托18安装在三角支架的旋转装置15上；
所述的成像系统由通光孔11、小反射镜12、滤光装置20、刀口装置21、防尘罩13、燕尾槽14、位置调节底座和三角支架组成；燕尾槽14安装在三角支架的旋转装置15上，在燕尾槽14上设有3个位置调节底座，分别安装小反射镜12、滤光装置20和刀口装置21，并设有防尘罩13；
所述的三角支架，由升降调节装置1、锁定装置2、滚轮3、伸缩杆4、旋转装置15、微调机构22组成，在升降调节装置1下方安装有三根伸缩杆4，伸缩杆4底端安装有滚轮3，在三根伸缩杆4之间设有锁定装置2，在升降调节装置1上端设有微调机构22和旋转装置15；
所述的位置调节底座，由双向平移台5、旋转台6和升降调节机构7组成，升降调节机构7设置在旋转台6上端中心处，旋转台6设置在双向平移台5上方。
本发明的特点还在于：
相对于卤素白光灯光源，所述透镜组9的前凸透镜焦距应不大于50mm，焦径比不大于1，后凸透镜的焦径比不小于6。
相对于激光光源，所述透镜组9对激光的扩束角不小于凹面反射镜16的半径与焦距之比的反正切值的2倍。
进一步说明：
所述的三角支架的高度调节范围就是伸缩杆4的调节范围，本实施例为0.5m。微调装置22采用市售的剪刀式精密升降装置（参见图5）来调节高度，高度调节行程不小于0.1m，调节精度不大于0.05mm。旋转装置15位于升降调节装置1上面，二者通过螺钉相连。
所述的位置调节底座：双向平移台5设有两个互为垂直的导轨和滑块，能够实现X、Y坐标的平移；升降调节装置1为螺母螺杆机构，能够实现Z坐标的上下移动；加上旋转台6的360度旋转，所以，位置调节底座能实现三坐标加旋转的全方位调节。其中：双向平移台5的平移行程为25mm，精度为0.002mm；旋转台6旋转度数为360度，精度为0.009度；升降调节机构7升降微调高度15mm，精度0.002mm。
当所述的光源8采用卤素白光灯时：卤素白光灯功率为25瓦；透镜组9的前凸透镜焦距为30mm，口径为30mm；后凸透镜焦距为180mm，口径为30mm；两前、后凸透镜的距离为360mm，透镜组9的前凸透镜与光源的距离约为30mm，以光源光通过透镜组9的前凸透镜后形成平行光的距离为准。狭缝10位于透镜组9的后凸透镜的焦点处，即二者之间的距离为180mm。小反射镜12的直径为50mm，与狭缝10的距离为120mm，其法向与光线方向成45度角；在与小反射镜12相对应的位置开有通光孔11。
在反射镜系统中，凹面反射镜16的口径为350mm，焦距为3.5m。
在成像系统中，滤光装置20的中心波长为532nm，带宽为30nm，透过率为60%；其与小反射镜12的距离为100mm。刀口装置21可使其内的刀口360度旋转，旋转精度为0.009度，平移精度为0.002mm；其刀口位于经小反射镜12反射的汇聚光的焦点上。
当光源8采用激光光源时：激光光源波长为650nm，功率为50mw，光束直径2mm；透镜组9的前凸透镜焦距为24mm，口径为30mm；后凸透镜焦距为24mm，口径为30mm；透镜组9的前凸透镜与光源的距离约为100mm，两前、后凸透镜的距离为24-48mm，具体距离以激光通过透镜组9后形成发散角为9度的发散激光为准。在成像系统中采用滤光装置20，中心波长650nm，带宽为30nm，透过率为50%。

Claims (3)

1.一种轻便型纹影仪，包括光源系统、反射镜系统和成像系统，其特征在于：
所述的光源系统由光源（8）、透镜组（9）、狭缝（10）、通光孔（11）、小反射镜（12）、防尘罩（13）、燕尾槽（14）、位置调节底座和三角支架组成；燕尾槽（14）安装在三角支架的旋转装置（15）上，在燕尾槽（14）上设有4个位置调节底座，分别安装光源（8）、透镜组（9）、狭缝（10）和小反射镜（12），并设有防尘罩（13）；
所述的反射镜系统由凹面反射镜（16）、镜框及镜盖（17）、镜托（18）、俯仰调节器（19）和三角支架组成；凹面反射镜（16）设于镜框及镜盖（17）内，并一起安装在镜托（18）上，镜托（18）设置有控制凹面反射镜（16）俯仰角度的俯仰调节器（19），镜托（18）安装在三角支架的旋转装置（15）上；
所述的成像系统由通光孔（11）、小反射镜（12）、滤光装置（20）、刀口装置（21）、防尘罩（13）、燕尾槽（14）、位置调节底座和三角支架组成；燕尾槽（14）安装在三角支架的旋转装置（15）上，在燕尾槽（14）上设有3个位置调节底座，分别安装小反射镜（12）、滤光装置（20）和刀口装置（21），并设有防尘罩（13）；
所述的三角支架，由升降调节装置（1）、锁定装置（2）、滚轮（3）、伸缩杆（4）、旋转装置（15）、微调机构（22）组成，在升降调节装置（1）下方安装有三根伸缩杆（4），伸缩杆（4）底端安装有滚轮（3），在三根伸缩杆（4）之间设有锁定装置（2），在升降调节装置（1）上端设有微调机构（22）和旋转装置（15）；
所述的位置调节底座，由双向平移台（5）、旋转台（6）和升降调节机构（7）组成，升降调节机构（7）设置在旋转台（6）上端中心处，旋转台（6）设置在双向平移台（5）上方。
2.根据权利要求1所述的一种轻便型纹影仪，其特征在于：相对于卤素白光灯光源，所述透镜组（9）的前凸透镜焦距应不大于50mm，焦径比不大于1，后凸透镜的焦径比不小于6。
3.根据权利要求1所述的一种轻便型纹影仪，其特征在于：相对于激光光源，所述透镜组（9）对激光的扩束角不小于凹面反射镜（16）的半径与焦距之比的反正切值的2倍。
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