Шлирен - Schlieren

Это видео демонстрирует однопроходную высокоскоростную шлирен-систему, фиксирующую переходную баллистическую последовательность огнестрельного оружия.

Цветное шлирен-изображение теплового шлейфа от горящей свечи, нарушенного ветром справа

Шлирен (из Немецкий; единственное число: Schliere, что означает «полоса») - оптические неоднородности в прозрачный средний которые не обязательно видны человеческий глаз. Физика Шлирена возникла из-за необходимости производить высококачественные линзы лишены таких неоднородностей. Эти неоднородности представляют собой локализованные различия в длина оптического пути которые вызывают отклонения света лучи, особенно преломление. Это отклонение света может привести к локальному осветлению, затемнению или даже изменение цвета на изображении в зависимости от направления отклонения лучей.

История

Шлирена впервые заметили Роберт Гук^[1] в 1665 г. с помощью большого вогнутая линза и две свечи. Источником света служила одна свеча. Теплый воздух, поднимающийся от второй свечи, обеспечил шлейру. Традиционную шлирен-систему приписывают в основном немецким физикам. Август Топлер, хотя Жан Бернар Леон Фуко изобрел метод в 1859 году, который усовершенствовал Топлер. Оригинальная система Топлера^[2] был разработан для обнаружения шлирена в стекло используется для изготовления линз. В обычной шлирен-системе^[3] а точечный источник используется для освещения тестового участка, содержащего шлейру. Изображение этого света формируется с помощью собирающей линзы (также называемой шлирен-линзой). Это изображение расположено на сопряженном расстоянии до линзы согласно тонкая линза уравнение: ${ displaystyle { frac {1} {f}} = { frac {1} {d_ {o}}} + { frac {1} {d_ {i}}}}$ куда ${ displaystyle f}$ фокусное расстояние объектива, ${ displaystyle d_ {o}}$ расстояние от объекта до линзы и ${ displaystyle d_ {i}}$ - расстояние от изображения объекта до линзы. Острие в месте расположения точечного исходного изображения расположено так, чтобы частично блокировать попадание света на экран просмотра. Освещенность изображения уменьшается равномерно. Вторая линза используется для изображения тестовой части на экране просмотра. Смотровой экран расположен на сопряженном расстоянии от плоскости шлифовальной машины.

Визуализация потока Шлирена

Шлирен поток визуализации Локхид SR-71 Пратт и Уитни J58 впуск двигателя на Мах 2

Визуализация потока Шлирена основана на отклонении света показатель преломления градиент^[4] Градиент индекса напрямую связан с градиентом плотности потока. Отклоненный свет сравнивается с неотраженным светом на смотровом экране. Невозмутимый свет частично блокируется острием ножа. Свет, который отклоняется к лезвию ножа или от него, создает образец тени в зависимости от того, был ли он ранее заблокирован или разблокирован. Этот теневой рисунок представляет собой яркое представление расширений (области с низкой плотностью) и сжатия (области с высокой плотностью), которые характеризуют поток.

Schlieren отображает

Эффект шлирена часто используется в видеопроектор технологии. Основная идея - какое-то устройство, например жидкокристаллический световой клапан используется для контролируемого создания шлирен-искажений, которые проецируются на экран для получения желаемого изображения. Системы проекционного дисплея, такие как ныне устаревшие Эйдофор и Талария использовали вариации этого подхода еще в 1940 году.^[5]

Смотрите также

внешняя ссылка

[Hooke-1] Гук Р., «О новой собственности в воздухе». Микрография, Наблюдение LVIII, 217–219, Лондон (1665).

[Toepler-2] Топлер, А., Beobachtungen nach einer neuen optischen Methode, Максимиллан Коэн и Зон, Бонн (1864).

[Rienitz-3] Риениц, Дж., «Шлиренские эксперименты 300 лет назад», журнал Nature [Лондон] 254С. 293–295 (27 марта 1975 г.).

[Settles-4] Сеттлс, Г. С., Шлирен и методы теневого графа: визуализация явлений в прозрачных средах, Берлин: Springer-Verlag, 2001.

[5] Бреннешгольц, М. и Ступп, Э. Проекционные дисплеи, John Wiley & Sons, 2008, стр. 259 сл.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]