CN110187512A - 可视化调节的抛物面镜彩色纹影成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可视化调节的抛物面镜彩色纹影成像装置，采用在风洞纹影仪的发射端光源狭缝系统上设置可切换的狭缝单元和掩膜单元以形成抛物面镜彩色纹影成像装置；发射端光源狭缝系统的侧面设置有监控相机Ⅰ；发射端光源狭缝系统包括：第一XYZ三维移动平台，其设置风洞纹影仪的发射端支撑单元上；光源，其通过支撑平台连接在第一XYZ三维移动平台的Z轴移动平台上；水平移动平台，其连接在支撑平台上；狭缝单元，其连接在水平移动平台的移动板上；掩膜单元，其连接在水平移动平台的移动板上；本发明通过更换狭缝、光阑和刀口，进行黑白纹影与彩色纹影的切换，保留了黑白纹影的功能，以满足更多需求。

Description

可视化调节的抛物面镜彩色纹影成像装置

技术领域

本发明涉及风洞技术领域，具体涉及一种可视化调节的抛物面镜彩色纹影成像装置。

背景技术

纹影测量技术是一种典型的非侵入式流场诊断技术，并能够清晰、直观地显示流场，广泛应用于各种高速流动现象的观测环境中。相对于传统黑白纹影，彩色纹影更加具有鲜明优势：(1)彩色纹影比黑白纹影灵敏更高，流场图像信息量更大，可识别程度更高；(2)固体模型的轮廓在彩色纹影流场图像中呈黑色，气动干扰则呈彩色，这样易于流场边界的诊断和分析；(3)彩色更能引起人们的兴趣，并易于研究纹影照片中所记录的细节流场结构；(4)彩色纹影可以根据色彩的变化进行定量分析,降低了由于光线强度不同带来的干扰。

目前常用的彩色纹影仪一般采用彩色光源，或者彩色刀口。本发明使用普通白光源，采用光源狭缝处加MASK彩色滤光片，在刀口处采用小孔光阑去切割MASK像的方法。通过更换狭缝、光阑和刀口，进行黑白纹影与彩色纹影的切换，保留了黑白纹影的功能，以满足更多需求。

纹影系统按照光线通过被测流场区的形状，又可分为分为平行光纹影系统和锥形光纹影系统两大类，两类纹影系统的光学成像原理相同。锥形光纹影系统容易带来被观察区的图像失真，平行光纹影系统能够真实地反映被观察区密度的变换，在各类试验中得到广泛应用。离轴抛物面镜作为主镜，属于平行光纹影。由于离轴抛物面，理想点光源放在抛物面理论焦点上时，无论离轴量和焦距多大，都会得到无色散和无色差的平行光，这是优于球面镜的地方。

本发明采用离轴抛物面镜，离轴抛物面镜的重要特性是可以将球面波变换成平面波并且不存在中心能量衰减。在纹影系统中，刀口和光源共轭，降低了系统装调难度。采用光源狭缝处加MASK彩色滤光片，在刀口处采用小孔光阑去切割MASK像的方法。能采用这种结构简单、调试方便的方法的基础是：采用了离轴抛物面镜作为纹影主镜；这种形式的纹影镜如果理想狭缝放在抛物面的焦点上，其轴上球差为零，也不产生色差，光源尺寸较小时，轴外像差也较小，这为彩色纹影提供了较好的使用条件。这样MASK滤光片在刀口处的像在同一个平面上，有利于采用平面光阑刀口去切割。具体做法是制作一系列红绿蓝黄四基色的mask掩膜，四基色的mask掩膜得到的纹影仪彩色图像颜色更为丰富。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种可视化调节的抛物面镜彩色纹影成像装置，采用在风洞纹影仪的发射端光源狭缝系统上设置可切换的狭缝单元和掩膜单元以形成抛物面镜彩色纹影成像装置；所述发射端光源狭缝系统的侧面设置有监控相机Ⅰ；

其中，所述发射端光源狭缝系统包括：

第一XYZ三维移动平台，其设置风洞纹影仪的发射端支撑单元上；

光源，其通过支撑平台连接在第一XYZ三维移动平台的Z轴移动平台上；

水平移动平台，其连接在所述支撑平台上；

狭缝单元，其连接在所述水平移动平台的移动板上；所述狭缝单元包括：狭缝单元支撑架，其连接在水平移动平台的移动板上；所述狭缝单元支撑架内可转动设置有丝杆；所述丝杆上连接有两个螺母，其中一个螺母为反向螺母；圆台，其一面设置有凹陷部；所述凹陷部上设置有长方形孔作为狭缝；平行设置的两个刀口，其分别连接在两个螺母上；所述圆台设置在两个刀口上，且所述圆台的狭缝与平行的两个刀口形成的孔隙相对应；

掩膜单元，其连接在所述水平移动平台的移动板上；所述掩膜单元包括：掩膜支撑架，其连接在水平移动平台的移动板上；微型电动滤光片转轮，其连接在掩膜支撑架上，其具有十二个滤光片安装孔，其中五个装黑白纹影的光阑，六个装不同底色的MASK滤光片，另外一个为空白光孔；其中，通过控制水平移动平台的移动板的移动实现对狭缝单元和掩膜单元的切换。

优选的是，所述风洞纹影仪包括：

发射端系统，其设置在风洞的一侧的观察窗的外部；

所述发射端系统包括：

发射端支撑单元；

发射端六自由度平台，其设置在发射端支撑单元上；所述第一XYZ三维移动平台设置在发射端六自由度平台上；

发射端主镜系统，其设置在发射端六自由度平台上且远离风洞观察窗；

发射端反射镜系统，其设置在发射端六自由度平台上且靠近风洞观察窗；

所述发射端光源狭缝系统设置在发射端六自由度平台上且位于发射端主镜系统和发射端反射镜系统之间；

接收端系统，其设置在风洞的另一侧的观察窗的外部；

所述接收端系统包括：

接收端支撑单元；

接收端六自由度平台，其设置在接收端支撑单元上；

接收端主镜系统，其设置在接收端六自由度平台上且远离风洞观察窗；

接收端反射镜系统，其设置在接收端六自由度平台上且靠近风洞观察窗；

接收端刀口成像系统，其设置在接收端六自由度平台上且位于接收端主镜系统和接收端反射镜系统之间；

其中，所述监控相机Ⅰ设置在发射端六自由度平台上；所述接收端刀口成像系统的侧面设置有监控相机Ⅱ；所述监控相机Ⅱ设置在接收端六自由度平台上。

优选的是，所述发射端支撑单元和接收端支撑单元的结构一致，其包括：轨道平车和设置在轨道平车上的支撑架；所述发射端六自由度平台和接收端六自由度平台分别设置在发射端支撑单元和接收端支撑单元的支撑架上。

优选的是，所述发射端主镜系统包括：

设置在发射端六自由度平台上的底座，其上放置有一U型支撑臂；

旋转弯臂，其连接在U型支撑臂上；所述旋转弯臂和U型支撑臂之间设置有用于离轴抛物面镜仰俯调节的俯仰调节机构；

旋转镜架，其通过旋转连接板连接在旋转弯臂上；所述旋转镜架与旋转弯臂之间设置有滚转调节机构；所述旋转镜架包括：旋转连接板，其上设置有镜框，所述镜框通过螺钉连接有镜室，镜室内固定有离轴抛物面镜；

用于离轴抛物面镜偏航调节的偏航调节机构，其设置在底座内；且所述偏航调节机构与U型支撑臂连接；

其中所述发射端主镜系统和接收端主镜系统的结构一致。

优选的是，所述俯仰调节机构被放置于U型支撑臂的一侧，所述俯仰调节机构包含相互匹配的第一蜗杆和第一蜗轮，第一蜗轮与旋转弯臂相连，第一蜗杆一端连接有第一圆形调节手轮；所述旋转弯臂一端与俯仰调节机构中的第一蜗轮通过螺钉固定连接，旋转弯臂另一端与U型支撑臂通过第一轴承可转动连接；

所述滚转调节机构被放置于旋转弯臂中间，所述滚转调节机构包含一相互匹配的第二蜗杆与第二蜗轮，第二蜗轮与旋转连接板通过螺钉连接，第二蜗杆一端连接有第二圆形调节手轮；所述旋转连接板还通过第二轴承和第三轴承连接在旋转弯臂上，且第二轴承和第三轴承对称分布在滚转调节机构两侧；

所述偏航调节机构包括：弧形凸块Ⅰ，其设置在底座内，且所述弧形凸块Ⅰ与U型支撑臂相连接；第一丝母，其设置在底座一侧的边缘；第二丝母，其设置在底座另一侧的边缘；第一丝杆和第二丝杆分别穿过第一丝母和第二丝母与弧形凸块Ⅰ的两侧相接触，第一丝杆和第二丝杆的端部连接有第三圆形调节手轮和第四圆形调节手轮；其中，所述弧形凸块Ⅰ的内凹面与底座弧形凸面相连接；所述弧形凸块Ⅰ与U型支撑臂的连接方式为：所述U型支撑臂底板上设置有方形孔，弧形凸块Ⅰ的凸出部分与方形孔紧密扣合。

优选的是，所述发射端反射镜系统和接收端反射镜系统的结构一致，其包括：

第一XY二维移动平台，其设置在在发射端六自由度平台上；

反射镜支撑架，其连接在第一XY二维移动平台的Y轴移动平台上；

反射镜底座，其连接在反射镜支撑架上；

反射镜U型支撑臂，其连接反射镜底座上；

反射镜镜架，其连接在反射镜U型支撑臂上，所述反射镜镜架上连接反射镜；

其中，所述反射镜底座内设置有反射镜偏航调节机构；所述反射镜U型支撑臂的底部安装有反射镜仰俯调节机构。

优选的是，所述反射镜偏航调节机构包括：弧形凸块Ⅱ，其设置在反射镜底座内，且所述弧形凸块Ⅱ与反射镜U型支撑臂连接；第三丝母，其设置在反射镜底座一侧的边缘；第四丝母，其设置在反射镜底座另一侧的边缘；第三丝杆和第四丝杆分别穿过第三丝母和第四丝母与弧形凸块Ⅱ的两侧相接触；其中，所述反射镜底座内设置有容纳弧形凸块Ⅱ的空间，弧形凸块Ⅱ置于该空间后与空间的内壁具有一定的间隙；所述弧形凸块Ⅱ与反射镜U型支撑臂的连接方式为：所述反射镜U型支撑臂的底部与弧形凸块Ⅱ的上端通过孔洞扣合连接；

所述反射镜仰俯调节机构包括：弧形凸块Ⅲ，其设置在反射镜U型支撑臂的底部内，且所述弧形凸块Ⅲ与反射镜镜架连接；第五丝母，其设置在反射镜U型支撑臂底部一侧的边缘；第六丝母，其设置在反射镜U型支撑臂底部另一侧的边缘；第五丝杆和第六丝杆分别穿过第五丝母和第六丝母与弧形凸块Ⅲ的两侧相接触；其中，所述反射镜U型支撑臂的底部内设置有容纳弧形凸块Ⅲ的空间，弧形凸块Ⅲ置于该空间后与空间的内壁具有一定的间隙；所述弧形凸块Ⅲ与反射镜镜架的连接方式为：所述反射镜镜架的底部与弧形凸块Ⅲ的上端通过孔洞扣合连接；

优选的是，所述接收端刀口成像系统包括：

第二XYZ三维移动平台，其设置在接收端六自由度平台上；

方形刀口，其通过第一连接板设置在第二XYZ三维移动平台的Z轴移动平台上；

第三XYZ三维移动平台，其设置在接收端六自由度平台上；

接收端CCD相机，其通过第二连接板设置在第三XYZ三维移动平台的Z轴移动平台上；且所述接收端CCD相机与方形刀口相对设置。

本发明至少包括以下有益效果：本发明使用普通白光源，采用光源狭缝处加MASK彩色滤光片，在刀口处采用小孔光阑去切割MASK像的方法。通过更换狭缝、光阑和刀口，进行黑白纹影与彩色纹影的切换，保留了黑白纹影的功能，以满足更多需求。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明：

图1为本发明发射端光源狭缝系统的立体结构示意图；

图2为本发明发射端光源狭缝系统的立体结构示意图；

图3为本发明发射端光源狭缝系统的局部放大立体结构示意图；

图4为本发明发射端光源狭缝系统的局部放大立体结构示意图；

图5为本发明可视化调节的抛物面镜彩色纹影成像装置的整体平面结构示意图；

图6为本发明可视化调节的抛物面镜彩色纹影成像装置的整体立体结构示意图；

图7为本发明发射端系统的立体结构示意图；

图8为本发明接收端系统的立体结构示意图；

图9为本发明发射端反射镜系统或接收端反射镜系统的立体结构示意图；

图10为本发明发射端反射镜系统或接收端反射镜系统的局部截面结构示意图；

图11为本发明发射端反射镜系统或接收端反射镜系统的局部截面结构示意图；

图12为本发明发射端反射镜系统或接收端反射镜系统的局部截面结构示意图；

图13为本发明接收端刀口成像系统的立体结构示意图；

图14为本发明接收端刀口成像系统的立体结构示意图；

图15为本发明发射端主镜系统的整体结构示意图；

图16为本发明发射端主镜系统的俯仰和偏转调节机构的爆炸结构示意图；

图17为本发明发射端主镜系统的滚转调节机构的爆炸结构示意图；

图18为本发明发射端主镜系统的镜室消重力原理结构示意图；

图19为本发明发射端主镜系统的底座结构示意图；

图20为本发明发射端主镜系统的U型支撑臂底板结构示意图；

图21为本发明发射端主镜系统的弧形凸块结构示意图；

图22为本发明发射端主镜系统的弧形凸块与U型支撑臂连接结构示意图；

图23为本发明接收端主镜系统的整体结构示意图；

图24为本发明发射端系统的整体结构示意图；

图25为光源像鉴别方式的示意图；

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1～24示出了本发明的一种可视化调节的抛物面镜彩色纹影成像装置，采用在风洞纹影仪的发射端光源狭缝系统105上设置可切换的狭缝单元1057和掩膜单元1056以形成抛物面镜彩色纹影成像装置；所述发射端光源狭缝系统的侧面设置有监控相机Ⅰ106；

其中，所述发射端光源狭缝系统105包括：

第一XYZ三维移动平台1051，其设置在在发射端六自由度平台102上；

光源1052，其通过支撑平台1053连接在第一XYZ三维移动平台1051的Z轴移动平台1054上；

水平移动平台1055，其连接在所述支撑平台1053上；

狭缝单元1057，其连接在所述水平移动平台1055的移动板10551上；

所述狭缝单元1057包括：

狭缝单元支撑架10571，其连接在水平移动平台1055的移动板10551上；

所述狭缝单元支撑架10571内可转动设置有丝杆10572；所述丝杆10572上连接有两个螺母10573，其中一个螺母为反向螺母；

圆台10574，其一面设置有凹陷部10575；所述凹陷部10576上设置有长方形孔10577作为狭缝；

平行设置的两个刀口10578，其分别连接在两个螺母10573上；所述圆台设置在两个刀口10578上，且所述圆台10574的狭缝与平行的两个刀口10578形成的孔隙相对应；

掩膜单元1056，其连接在所述水平移动平台1055的移动板10551上；所述掩膜单元1056包括：

掩膜支撑架10561，其连接在水平移动平台1055的移动板10551上；

微型电动滤光片转轮10562，其连接在掩膜支撑架10561上，其具有十二个滤光片安装孔10563，其中五个装黑白纹影的光阑，六个装MASK滤光片，另外一个为空白光孔，作为细光束光路准直调试用，其中，通过控制水平移动平台1055的移动板10551的移动实现对狭缝单元1056和掩膜单元1057的切换，即在刀口位置电动切换两种类型刀口可得到不同的彩色纹影和黑白纹影。通过三维调节，光阑平面必须准确定位在发射端抛物面镜的焦面上，光阑或MASK掩膜中心必须对准发射端抛物面镜的等效焦点上。

在这种技术方案中，刀口调节模块底部为第一XYZ三维移动平台，平台顶部两侧安装MASK掩膜转轮及可调狭缝，第一XYZ三维移动平台的单维平移台具备较高精度及调节分辨率。第一XYZ三维移动平台采用单维电动平移台配合电动升降台搭建，且电动升降台应负载较高，同时运动稳定性良好，满足狭缝及MASK掩膜升降调节的精度要求。MASK掩膜转轮为12工位转轮，12个工位的布置中，根据用户需求彩色纹影装有不同底色的mask板6张，5个黑白纹影成像需要的光阑，最后一个工位为光孔，作为细光束光路准直调试用。当纹影系统采用黑白纹影工作模式时，光源前端光阑可采用圆孔光阑也可以采用方形狭缝，故该模块中备用设计有方形狭缝，狭缝调节机构通过电动单维平移台改装实现，可满足方形狭缝的连续调节需求。

在上述技术方案中，用户可根据需求切换刀口类型得到不同的黑白和彩色纹影图像，为了满足有可能用到的反向切割需要，刀口两刃均满足刀口精度要求，用于狭缝像切割。采用掩膜单元和狭缝单元的切换，可得到用颜色和色度表征的彩色纹影。但是由于精度和调节步长原因，移动后的刀口和相机不能还原到初始位置，此时需要通过设置在发射端六自由度平台上的监控相机Ⅰ的监控情况，进行成像相机和刀口位置的调整。另外可根据成像效果，调节光源亮度、狭缝宽度等参数。

在另一种技术方案中，所述风洞纹影仪包括：

发射端系统100，其设置在风洞1000的一侧的观察窗的外部；

所述发射端系统100包括：

发射端支撑单元101；

发射端六自由度平台102，其设置在发射端支撑单元101上；所述第一XYZ三维移动平台1051设置在发射端六自由度平台102上；

发射端主镜系统103，其设置在发射端六自由度平台102上且远离风洞观察窗；

发射端反射镜系统104，其设置在发射端六自由度平台102上且靠近风洞观察窗；

所述发射端光源狭缝系统105设置在发射端六自由度平台102上且位于发射端主镜系统103和发射端反射镜系统104之间；

接收端系统200，其设置在风洞1000的另一侧的观察窗1001的外部；

所述接收端系统包括：

接收端支撑单元201；

接收端六自由度平台202，其设置在接收端支撑单元201上；

接收端主镜系统203，其设置在接收端六自由度平台202上且远离风洞观察窗1001；

接收端反射镜系统204，其设置在接收端六自由度平台202上且靠近风洞观察窗1001；

接收端刀口成像系统205，其设置在接收端六自由度平台202上且位于接收端主镜系统203和接收端反射镜系统204之间；

其中，所述监控相机Ⅰ106设置在发射端六自由度平台102上；所述接收端刀口成像系统的侧面设置有监控相机Ⅱ；所述监控相机Ⅱ设置在接收端六自由度平台202上。

在这种技术方案中，将发射端主镜系统、发射端反射镜系统、发射端光源狭缝系统安装到发射端六自由度平台上构成发射端系统，再将接收端主镜系统、接收端反射镜系统、接收端刀口成像系统安装到接收端六自由度平台之上构成接收端；六自由度平台具有前后、左右、上下、滚转、俯仰和偏航六种运动姿态，采用六自由度平台可以实现发射端系统和接收端系统的位置调节；并且在进行纹影光路对准时，只需要将从发射端主镜射出的平行光准确的照射到接收端主镜上，整个纹影系统就算完成所有的光路调试。采用实时监控调节的监控相机Ⅰ，这样在远端控制室可以通过该监控相机Ⅰ的监控情况，进行成像相机和刀口位置的调整，并进行光源亮度调节、狭缝宽度调节和掩膜转轮切换等操作。做到远程调节，不需到现场，减小工作量，省时便捷。

在上述技术方案中，所述发射端支撑单元101和接收端支撑单元201的结构一致，其包括：轨道平车1010，2010和设置在轨道平车1010，2010上的支撑架1011，2011；所述发射端六自由度平台102和接收端六自由度平台202分别设置在发射端支撑单元101和接收端支撑单元202的支撑架1011，2011上。采用这种方式，采用轨道平车可以方便移动发射端支撑单元和接收端支撑单元及其上设置的相关部件。

在上述技术方案中，所述发射端主镜系统103包括：

设置在发射端六自由度平台102上的底座1，其上放置有一U型支撑臂2；旋转弯臂3，其连接在U型支撑臂2上；所述旋转弯臂3和U型支撑臂2之间设置有用于离轴抛物面镜仰俯调节的俯仰调节机构4；

旋转镜架5，其通过旋转连接板51连接在旋转弯臂3上；所述旋转镜架5与旋转弯臂3之间设置有滚转调节机构6；所述旋转镜架5包括：旋转连接板51，其上设置有镜框52，所述镜框52通过螺钉连接有镜室53，镜室53内固定有离轴抛物面镜7；

用于离轴抛物面镜偏航调节的偏航调节机构8，其设置在底座1内；且所述偏航调节机构8与U型支撑臂2连接；

其中所述发射端主镜系统103和接收端主镜系统203的结构一致，且所述发射端主镜系统103的旋转镜架5的顶部水平设置有PSD对准模块300；所述接收端主镜系统203的旋转镜架的顶部垂直设置有PSD对准模块301。

在这种技术方案中，当需要对离轴抛物面镜的方向进行调试时，调节俯仰调节机构4，可控制旋转弯臂3的俯仰角度即离轴抛物面镜7的俯仰角度；滚转调节机构6可控制旋转镜架5的滚转角度即离轴抛物面镜7的滚转角度；偏航调节机构8可改变U型支撑臂2的偏航角度即离轴抛物面镜7的偏航角度，达到测试所需的要求，俯仰、滚转、偏航调节机构放置在不同的部件上，避免相互之间产生干扰，提高调节精度，且在调节过程中，不用按照特定的顺序进行调节，方便快捷。

在这种技术方案中，所述俯仰调节机构4被放置于U型支撑臂2的一侧，所述俯仰调节机构4包含相互匹配的第一蜗杆41和第一蜗轮42，第一蜗轮42与旋转弯臂3相连，第一蜗杆41一端连接有第一圆形调节手轮43；所述旋转弯臂3一端与俯仰调节机构4中的第一蜗轮42通过螺钉固定连接，旋转弯臂3另一端与U型支撑臂2通过第一轴承可转动连接；采用这种方式，当转动设置的第一圆形调节手轮43时，第一涡轮42随之旋转，从而实现旋转弯臂3即离轴抛物面镜7俯仰角的改变。

所述滚转调节机构6被放置于旋转弯臂3中间，所述滚转调节机构6包含一相互匹配的第二蜗杆61与第二蜗轮62，第二蜗轮62与旋转连接板51通过螺钉连接，第二蜗杆61一端连接有第二圆形调节手轮63；采用这种方式，转动第二圆形调节手轮63时，第二蜗杆61转动，带动第二涡轮62旋转，从而改变旋转连接板51即离轴抛物面镜7的滚转角度；

所述旋转连接板51还通过第二轴承31和第三轴承32连接在旋转弯臂3上，且第二轴承31和第三轴承32对称分布在滚转调节机构6两侧；采用这种方式，可以让旋转镜架5更加牢固的连接在旋转弯臂3上，避免旋转镜架5对滚转调节机构6产生挤压，提高调节精度，同时，可以限制旋转镜架5的滚转角度，避免光轴与离轴抛物面镜母线产生较大偏差。

所述偏航调节机构包括：弧形凸块Ⅰ11，其设置在底座1内，且所述弧形凸块Ⅰ11与U型支撑臂2相连接；第一丝母81，其设置在底座1一侧的边缘；第二丝母82，其设置在底座1另一侧的边缘；第一丝杆83和第二丝杆84分别穿过第一丝母81和第二丝母82与弧形凸块Ⅰ11的两侧相接触，第一丝杆83和第二丝杆84的端部连接有第三圆形调节手轮85和第四圆形调节手轮86；其中，所述弧形凸块Ⅰ11的内凹面113与底座弧形凸面12相连接；当弧形凸块11滑动时，底座弧形凸面12会对弧形凸块11的运动轨迹进行限制，避免因转动角度过大损坏偏航调节机构8；采用这种方式，可以实现偏航调节机构8的自锁功能，左右手相互配合，使弧形凸块11处于被第一丝杆83和第二丝杆84夹紧的状态，同时且向相反方向转动第三圆形调节手轮85和第四圆形调节手轮86时，弧形凸块11滑动，U型支撑臂2绕底座转轴24即离轴抛物面镜顶点做偏航运动，进而改变U型支撑臂2即离轴抛物面镜7的偏航角度，实现偏航调节。

所述弧形凸块Ⅰ11与U型支撑臂2的连接方式为：所述U型支撑臂底板上设置有方形孔21，弧形凸块Ⅰ11的凸出部分112与方形孔21紧密扣合。

在上述技术方案中，所述发射端反射镜系统104和接收端反射镜系统204的结构一致，其包括：

第一XY二维移动平台1041，其设置在在发射端六自由度平台102上；

反射镜支撑架1042，其连接在第一XY二维移动平台1041的Y轴移动平台10411上；

反射镜底座1043，其连接在反射镜支撑架1042上；

反射镜U型支撑臂1044，其连接反射镜底座1043上；

反射镜镜架1045，其连接在反射镜U型支撑臂1044上，所述反射镜镜架1042上连接反射镜1046；

其中，所述反射镜底座1043内设置有反射镜偏航调节机构1047；所述反射镜U型支撑臂1044的底部安装有反射镜仰俯调节机构1048，采用这种方式，通过反射镜偏航调节机构1047和反射镜仰俯调节机构1048可以实现对反射镜1046的位置调节。

在这种技术方案中，所述反射镜偏航调节机构1047包括：弧形凸块Ⅱ10471，其设置在反射镜底座1043内，且所述弧形凸块Ⅱ10471与反射镜U型支撑臂1044连接；第三丝母10472，其设置在反射镜底座1043一侧的边缘；第四丝母10473，其设置在反射镜底座1043另一侧的边缘；第三丝杆10474和第四丝杆10475分别穿过第三丝母10472和第四丝母10473与弧形凸块Ⅱ10471的两侧相接触；其中，所述反射镜底座1043内设置有容纳弧形凸块Ⅱ10471的空间，弧形凸块Ⅱ10471置于该空间后与空间的内壁具有一定的间隙；所述弧形凸块Ⅱ10471与反射镜U型支撑臂1044的连接方式为：所述反射镜U型支撑臂1044的底部与弧形凸块Ⅱ10471的上端通过孔洞扣合连接；采用这种方式，可以实现反射镜偏航调节机构1047的自锁功能，左右手相互配合，使弧形凸块Ⅱ10471处于被第三丝杆10474和第四丝杆10475夹紧的状态，同时且向相反方向转动第三丝杆10474和第四丝杆10475，弧形凸块Ⅱ10471滑动，进而改变反射镜U型支撑臂1044内的反射镜的偏航角度，实现偏航调节。

所述反射镜仰俯调节机构1048包括：弧形凸块Ⅲ10481，其设置在反射镜U型支撑臂1044的底部内，且所述弧形凸块Ⅲ10481与反射镜镜架1045连接；第五丝母10482，其设置在反射镜U型支撑臂1044底部一侧的边缘；第六丝母10483，其设置在反射镜U型支撑臂1044底部另一侧的边缘；第五丝杆10484和第六丝杆10485分别穿过第五丝母10482和第六丝母10483与弧形凸块Ⅲ10481的两侧相接触；其中，所述反射镜U型支撑臂1044的底部内设置有容纳弧形凸块Ⅲ10481的空间，弧形凸块Ⅲ10481置于该空间后与空间的内壁具有一定的间隙；所述弧形凸块Ⅲ10481与反射镜镜架1045的连接方式为：所述反射镜镜架1045的底部与弧形凸块Ⅲ10481的上端通过孔洞扣合连接；采用这种方式，使弧形凸块Ⅲ10481处于被第五丝杆10484和第六丝杆10485夹紧的状态，同时且向相反方向转动第五丝杆10484和第六丝杆10485，弧形凸块Ⅲ10481滑动，进而改变反射镜U型支撑臂1044内的反射镜1046的仰俯角度，实现仰俯调节。

在上述技术方案中，所述接收端刀口成像系统205包括：

第二XYZ三维移动平台2051，其设置在接收端六自由度平台202上；

方形刀口2052，其通过第一连接板2053设置在第二XYZ三维移动平台2051的Z轴移动平台20511上；

第三XYZ三维移动平台2054，其设置在接收端六自由度平台202上；

接收端CCD相机2055，其通过第二连接板2056设置在第三XYZ三维移动平台2054的Z轴移动平台20541上；且所述接收端CCD相机2055与方形刀口2052相对设置。

在本发明的技术方案中，使用彩色纹影成像装置前需要对纹影仪发射端系统进行定位，包括以下过程：

(1)首先在风洞两侧观察窗玻璃上标记出水平线和垂线，十字交点即为窗口玻璃中心位置，在风洞内部中心位置放置一个2线激光水平仪，打开开关，水平仪会通过垂直激光输出窗和水平激光输出窗形成前十字交叉激光线，让激光水平仪发射的十字交叉激光线与窗口玻璃上的水平线和垂线重合，激光水平仪通过窗口在风洞两侧形成十字交叉激光线，移动纹影系统发射端系统到窗口玻璃的中心位置，激光水平仪形成十字交叉激光线会作用在纹影发射端系统光路部分，纹影发射端系统光路部分的遮挡体部分会形成十字交叉激光线，根据十字交叉激光线的实际投影位置，通过调节轨道平车、发射端六自由度平台、发射端光源狭缝系统，使发射端光源狭缝系统、发射端反射镜系统、发射端主镜系统的中心位置同激光水平仪形成十字交叉激光线中的水平线重合。调节发射端六自由度平台的偏航角度，使激光水平仪形成的十字交叉激光线中的垂直激光线同平台上的定位线和离轴抛物面镜的中心重合。通过以上的调节步骤，使纹影仪发射端的光路部分位于风洞轴线所在的水平面上，并且纹影仪发射端离轴抛物面镜反射光轴垂直于风洞轴线。

(2)发射端光源狭缝系统的调节

用软件打开纹影系统电源，设置合适亮度，移动光源到狭缝间的距离，观察狭缝上光源像，找到光源像最清晰的位置(或光源像最小的位置)；然后锁紧光源，打开狭缝并调节狭缝宽度至1mm，点光源通过狭缝形成一束与纹影系统相匹配的锥形光束，锥形光束传播至小平面反射镜中心位置。

(3)发射端反射镜系统的调节

调节发射端反射镜系统的偏航调节和俯仰调节，保证离轴抛物面镜系统(发射端主镜系统)位于发射端反射镜系统反射的光斑中心。

(4)发射端主镜系统(离轴抛物面镜系统)的调节

调节离轴抛物面镜系统中的偏航调节、俯仰调节、滚转调节手轮，使离轴抛物面镜的反射光斑中心点和两块窗口玻璃中心点完全重合，然后在离轴抛物面镜后面的任意位置用一块铅垂的遮光板接收离轴抛物面镜的反射光，并用米尺测量光斑大小，根据光斑的大小，确定狭缝位置是否位于离轴抛物面镜的焦点上，当测量结果大于Φ450mm时，应调节小反射镜Y轴调节旋钮，加大小反射镜1和离轴抛物面镜之间的距离，然后再次检测离轴抛物面镜反射光斑尺寸大小，直到测量结果等于Φ450mm，值得注意的是，检测光斑的位置是任意的，且检测位置不能少于两个。通过上述调整即可保证纹影系统发射端向测试流场发射一束Φ450mm的准直光束。调节发射端六自由度平台及轨道平车，使圆形平行光斑中心点和窗口玻璃中心点重合，垂直穿过窗口玻璃(垂直风洞轴线)。

(5)调节纹影系统接收端确保接收端离轴抛物面镜(接收端主镜系统)能接收到发射端Φ450mm平行光斑，并通过调整接收端离轴抛物面镜、接收端反射镜系统及接收端刀口成像系统，CCD采集到清晰的纹影图像。

在本发明的技术方案中，使用彩色纹影成像装置前需要对纹影仪接收端系统的定位，采用以下过程：

(1)首先在风洞两侧观察窗玻璃上标记出水平线和垂线，十字交点即为窗口玻璃中心位置，在风洞内部中心位置放置一个2线激光水平仪，打开开关，水平仪会通过垂直激光输出窗和水平激光输出窗形成前十字交叉激光线，让激光水平仪发射的十字交叉激光线与窗口玻璃上的水平线和垂线重合，激光水平仪通过窗口在风洞两侧形成十字交叉激光线。移动纹影系统接收端系统到窗口玻璃的中心位置，激光水平仪形成十字交叉激光线会作用在纹影接收端系统光路部分，纹影接收端系统光路部分的遮挡体部分会形成十字交叉激光线，根据十字交叉激光线的实际投影位置，通过调节轨道平车、接收端六自由度平台、接收端刀口成像系统，使接收端离轴抛物面镜系统(接收端主镜系统)、接收端反射镜系统、刀口成像系统的中心位置同激光水平仪形成十字交叉激光线中的水平线重合。调节六自由度平台的偏航角度，使激光水平仪形成的十字交叉激光线中的垂直激光线同平台上的定位线和接收端离轴抛物面镜的中心重合。通过以上的调节步骤，使纹影仪接收端的光路部分位于风洞轴线所在的水平面上，并且纹影仪接收端离轴抛物面镜2反射光轴垂直于风洞轴线。

(2)接收端离轴抛物面镜系统(接收端主镜系统)的调节

调节接收端离轴抛物面镜系统中的偏航调节、俯仰调节、滚转调节手轮，使接收端离轴抛物面镜的反射光斑中心点和接收端反射镜中心点完全重合。

(3)接收端反射镜系统的调节

调节接收端反射镜系统的偏航调节和俯仰调节，把接收到的光斑汇聚到刀口。

(4)接收端刀口成像系统的调节

调节刀口三坐标系统中的X轴调节旋钮，切割光源像，会出现以下三种情况：

光源像与刀刃焦前、焦后的鉴别方式，见图25：

a、当刀刃刚好在接收端离轴抛物面镜焦点时，正方向转动刀口座进给手轮，使刀刃向光轴垂直方向移动，眼睛观察刀刃刚刚切到焦点时，整个亮光斑开始均匀变暗。这是最理想的位置，如图“b”。

b、当刀刃垂直切向光轴，眼睛观察顺着刀刃移动方向亮斑开始逐渐向光斑中心移动变暗，这种现象为焦后，如图“a”所示需要向前调节平移接收端离轴抛物面镜。

c、当刀刃垂直切向光轴，眼睛观察对着刀刃移动方向亮斑开始逐渐向光斑中心动变暗，这种现象为焦前如图“c”，需要向后调节平移接收端离轴抛物面镜，直到移动到b位置，可以找到焦点，使流场灵敏度达到理想位置。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种可视化调节的抛物面镜彩色纹影成像装置，其特征在于，采用在风洞纹影仪的发射端光源狭缝系统上设置可切换的狭缝单元和掩膜单元以形成抛物面镜彩色纹影成像装置；所述发射端光源狭缝系统的侧面设置有监控相机Ⅰ；

其中，所述发射端光源狭缝系统包括：

第一XYZ三维移动平台，其设置风洞纹影仪的发射端支撑单元上；

光源，其通过支撑平台连接在第一XYZ三维移动平台的Z轴移动平台上；

水平移动平台，其连接在所述支撑平台上；

狭缝单元，其连接在所述水平移动平台的移动板上；所述狭缝单元包括：狭缝单元支撑架，其连接在水平移动平台的移动板上；所述狭缝单元支撑架内可转动设置有丝杆；所述丝杆上连接有两个螺母，其中一个螺母为反向螺母；圆台，其一面设置有凹陷部；所述凹陷部上设置有长方形孔作为狭缝；平行设置的两个刀口，其分别连接在两个螺母上；所述圆台设置在两个刀口上，且所述圆台的狭缝与平行的两个刀口形成的孔隙相对应；

掩膜单元，其连接在所述水平移动平台的移动板上；所述掩膜单元包括：掩膜支撑架，其连接在水平移动平台的移动板上；微型电动滤光片转轮，其连接在掩膜支撑架上，其具有十二个滤光片安装孔，其中五个装黑白纹影的光阑，六个装不同底色的MASK滤光片，另外一个为空白光孔；其中，通过控制水平移动平台的移动板的移动实现对狭缝单元和掩膜单元的切换。

2.如权利要求1所述的可视化调节的抛物面镜彩色纹影成像装置，其特征在于，所述风洞纹影仪包括：

发射端系统，其设置在风洞的一侧的观察窗的外部；

所述发射端系统包括：

发射端支撑单元；

发射端六自由度平台，其设置在发射端支撑单元上；所述第一XYZ三维移动平台设置在发射端六自由度平台上；

发射端主镜系统，其设置在发射端六自由度平台上且远离风洞观察窗；

发射端反射镜系统，其设置在发射端六自由度平台上且靠近风洞观察窗；

所述发射端光源狭缝系统设置在发射端六自由度平台上且位于发射端主镜系统和发射端反射镜系统之间；

接收端系统，其设置在风洞的另一侧的观察窗的外部；

所述接收端系统包括：

接收端支撑单元；

接收端六自由度平台，其设置在接收端支撑单元上；

接收端主镜系统，其设置在接收端六自由度平台上且远离风洞观察窗；

接收端反射镜系统，其设置在接收端六自由度平台上且靠近风洞观察窗；

接收端刀口成像系统，其设置在接收端六自由度平台上且位于接收端主镜系统和接收端反射镜系统之间；

其中，所述监控相机Ⅰ设置在发射端六自由度平台上；所述接收端刀口成像系统的侧面设置有监控相机Ⅱ；所述监控相机Ⅱ设置在接收端六自由度平台上。

3.如权利要求2所述的可视化调节的抛物面镜彩色纹影成像装置，其特征在于，所述发射端支撑单元和接收端支撑单元的结构一致，其包括：轨道平车和设置在轨道平车上的支撑架；所述发射端六自由度平台和接收端六自由度平台分别设置在发射端支撑单元和接收端支撑单元的支撑架上。

4.如权利要求2所述的可视化调节的抛物面镜彩色纹影成像装置，其特征在于，所述发射端主镜系统包括：

设置在发射端六自由度平台上的底座，其上放置有一U型支撑臂；

旋转弯臂，其连接在U型支撑臂上；所述旋转弯臂和U型支撑臂之间设置有用于离轴抛物面镜仰俯调节的俯仰调节机构；

旋转镜架，其通过旋转连接板连接在旋转弯臂上；所述旋转镜架与旋转弯臂之间设置有滚转调节机构；所述旋转镜架包括：旋转连接板，其上设置有镜框，所述镜框通过螺钉连接有镜室，镜室内固定有离轴抛物面镜；

用于离轴抛物面镜偏航调节的偏航调节机构，其设置在底座内；且所述偏航调节机构与U型支撑臂连接；

其中所述发射端主镜系统和接收端主镜系统的结构一致。

5.如权利要求4所述的可视化调节的抛物面镜彩色纹影成像装置，其特征在于，所述俯仰调节机构被放置于U型支撑臂的一侧，所述俯仰调节机构包含相互匹配的第一蜗杆和第一蜗轮，第一蜗轮与旋转弯臂相连，第一蜗杆一端连接有第一圆形调节手轮；所述旋转弯臂一端与俯仰调节机构中的第一蜗轮通过螺钉固定连接，旋转弯臂另一端与U型支撑臂通过第一轴承可转动连接；

所述滚转调节机构被放置于旋转弯臂中间，所述滚转调节机构包含一相互匹配的第二蜗杆与第二蜗轮，第二蜗轮与旋转连接板通过螺钉连接，第二蜗杆一端连接有第二圆形调节手轮；所述旋转连接板还通过第二轴承和第三轴承连接在旋转弯臂上，且第二轴承和第三轴承对称分布在滚转调节机构两侧；

所述偏航调节机构包括：弧形凸块Ⅰ，其设置在底座内，且所述弧形凸块Ⅰ与U型支撑臂相连接；第一丝母，其设置在底座一侧的边缘；第二丝母，其设置在底座另一侧的边缘；第一丝杆和第二丝杆分别穿过第一丝母和第二丝母与弧形凸块Ⅰ的两侧相接触，第一丝杆和第二丝杆的端部连接有第三圆形调节手轮和第四圆形调节手轮；其中，所述弧形凸块Ⅰ的内凹面与底座弧形凸面相连接；所述弧形凸块Ⅰ与U型支撑臂的连接方式为：所述U型支撑臂底板上设置有方形孔，弧形凸块Ⅰ的凸出部分与方形孔紧密扣合。

6.如权利要求2所述的可视化调节的抛物面镜彩色纹影成像装置，其特征在于，所述发射端反射镜系统和接收端反射镜系统的结构一致，其包括：

第一XY二维移动平台，其设置在在发射端六自由度平台上；

反射镜支撑架，其连接在第一XY二维移动平台的Y轴移动平台上；

反射镜底座，其连接在反射镜支撑架上；

反射镜U型支撑臂，其连接反射镜底座上；

反射镜镜架，其连接在反射镜U型支撑臂上，所述反射镜镜架上连接反射镜；

其中，所述反射镜底座内设置有反射镜偏航调节机构；所述反射镜U型支撑臂的底部安装有反射镜仰俯调节机构。

7.如权利要求6所述的可视化调节的抛物面镜彩色纹影成像装置，其特征在于，所述反射镜偏航调节机构包括：弧形凸块Ⅱ，其设置在反射镜底座内，且所述弧形凸块Ⅱ与反射镜U型支撑臂连接；第三丝母，其设置在反射镜底座一侧的边缘；第四丝母，其设置在反射镜底座另一侧的边缘；第三丝杆和第四丝杆分别穿过第三丝母和第四丝母与弧形凸块Ⅱ的两侧相接触；其中，所述反射镜底座内设置有容纳弧形凸块Ⅱ的空间，弧形凸块Ⅱ置于该空间后与空间的内壁具有一定的间隙；所述弧形凸块Ⅱ与反射镜U型支撑臂的连接方式为：所述反射镜U型支撑臂的底部与弧形凸块Ⅱ的上端通过孔洞扣合连接；

所述反射镜仰俯调节机构包括：弧形凸块Ⅲ，其设置在反射镜U型支撑臂的底部内，且所述弧形凸块Ⅲ与反射镜镜架连接；第五丝母，其设置在反射镜U型支撑臂底部一侧的边缘；第六丝母，其设置在反射镜U型支撑臂底部另一侧的边缘；第五丝杆和第六丝杆分别穿过第五丝母和第六丝母与弧形凸块Ⅲ的两侧相接触；其中，所述反射镜U型支撑臂的底部内设置有容纳弧形凸块Ⅲ的空间，弧形凸块Ⅲ置于该空间后与空间的内壁具有一定的间隙；所述弧形凸块Ⅲ与反射镜镜架的连接方式为：所述反射镜镜架的底部与弧形凸块Ⅲ的上端通过孔洞扣合连接。

8.如权利要求2所述的可视化调节的抛物面镜彩色纹影成像装置，其特征在于，所述接收端刀口成像系统包括：

第二XYZ三维移动平台，其设置在接收端六自由度平台上；

方形刀口，其通过第一连接板设置在第二XYZ三维移动平台的Z轴移动平台上；

第三XYZ三维移动平台，其设置在接收端六自由度平台上；

接收端CCD相机，其通过第二连接板设置在第三XYZ三维移动平台的Z轴移动平台上；且所述接收端CCD相机与方形刀口相对设置。