CN205787406U - 可矫正色差的反射式定容燃烧弹高速摄像纹影系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可矫正色差的反射式定容燃烧弹高速摄像纹影系统，包括沿光路依次设置的光源、光纤、聚光镜组、狭缝装置、第一反射镜、准直镜、定容燃烧弹、纹影镜、第二反射镜、刀口和高速摄像机，所述光纤的光输入端与光源连接，所述光纤的光输出端与聚光镜组连接，所述聚光镜组的焦点与准直镜经过第一反射镜反射后的焦点在狭缝装置处重合，所述刀口位于纹影镜经过第二反射镜反射后的焦点处。本实用新型采用聚光镜组对现有的聚光镜进行了改进，矫正了复色光在经过透镜后产生的色差，从而能够更准确的获得定容燃烧弹内真实的球形火焰传播照片。
Description
技术领域
本实用新型涉及反射式纹影系统，具体地指一种可矫正色差的反射式定容燃烧弹高速摄像纹影系统。
背景技术
定容燃烧弹是模拟发动机内气缸活塞接近于上止点燃烧过程的实验装置，高速纹影系统利用燃料燃烧时定容燃烧弹内流体密度不同从而对通过的光产生不同的折射效果，通过的平行光在经过一端玻璃窗口在定容燃烧弹内折射经过另一端玻璃窗口最终使得高速摄像机捕捉定容燃烧弹内的球形火焰传播的过程。
传统反射式定容燃烧弹高速摄像纹影系统采用的是卤钨灯或者氙气灯作为光源，耗电量大、产热量大，散热处理不好容易光衰，使得输出的光的效果不稳定影响实验精度，同时产生的高热量也容易使得后面的聚光镜发生形变影响实验精度。此外，由于实验室中用的光源都是复色光，在传统的反射式定容燃烧弹高速摄像纹影系统中聚光镜都采用球面的凸透镜，复色光在经过凸透镜折射后由于各种颜色的光的折射率不同从而会产生色差现象，使得光线的最外圈会有彩色的光圈，在研究定容弹内的球形火焰的层流燃烧速度时需要测量最终投射在高速摄像机中的球形火焰图像的半径，如果折射时产生色差现象，最后的高速摄像机通过纹影系统拍摄到的球形火焰半径就会与定容燃烧弹中的真实实验的球形火焰的半径有所偏差，从而最终计算的球形传播火焰的参数也会与真实的球形传播火焰的参数有所偏差。
发明内容
本实用新型的目的就是要提供一种可矫正色差的反射式定容燃烧弹高速摄像纹影系统，该反射式纹影系统将传统纹影系统中的聚光镜由原来的单个凸透镜改进为由两个凸透镜和一个凹透镜组合而成的聚光镜组，该聚光镜组可以矫正复色光在经过透镜折射时产生的色差现象，从而能够更准确的获得定容燃烧弹内真实的球形火焰传播照片。
为实现上述目的，本实用新型所设计的可矫正色差的反射式定容燃烧弹高速摄像纹影系统，包括沿光路依次设置的光源、光纤、聚光镜组、狭缝装置、第一反射镜、准直镜、定容燃烧弹、纹影镜、第二反射镜、刀口和高速摄像机，所述光纤的光输入端与光源连接，所述光纤的光输出端与聚光镜组连接，所述聚光镜组的焦点与准直镜经过第一反射镜反射后的焦点在狭缝装置处重合，将狭缝置于聚光镜组的焦点与准直镜经过第一反射镜反射后的焦点的重合处是为了更便于调节投射到定容弹中的光线的多少，即便于调节光源的大小，所述刀口位于纹影镜经过第二反射镜反射后的焦点处，这样布置是为了便于调节投射到高速摄像机中的光线的多少。
进一步地，所述聚光镜组由沿光路依次设置的第一凸透镜、第一凹透镜和第二凸透镜组成，所述第一凸透镜、第一凹透镜、第二凸透镜三者之间的距离可调，这样通过调节三个透镜之间的距离来适应不同的光源，有利于矫正了复色光在经过透镜后产生的色差，从而能够更准确的获得定容燃烧弹内真实的球形火焰传播照片。
进一步地，所述聚光镜组安装在聚光镜组镜筒内，所述聚光镜组镜筒包括第一凸透镜镜筒、第一凹透镜镜筒和第二凸透镜镜筒；所述第一凸透镜镜筒的一端内圈设有用于嵌合第一凸透镜的第一环形凹槽，所述第一凹透镜镜筒沿轴向设有用于固定第一凹透镜的内腔，所述第二凸透镜镜筒的一端内圈设有用于嵌合第二凸透镜的第二环形凹槽；所述第一凹透镜镜筒的一端与第一凸透镜镜筒具有第一环形凹槽的一端通过螺纹连接，所述第一凹透镜镜筒的另一端与第二凸透镜镜筒具有第二环形凹槽的一端通过螺纹连接。这样，各个镜筒通过螺纹连接，通过镜筒之间旋进的程度来矫正不同情况的色差现象，避免了在调节透镜过程中手直接接触镜面弄脏镜面，同时调节镜面之间的距离也可以更稳定。重要的是，在聚光镜组中，当凸透镜镜筒完全旋进凹透镜镜筒内时，此时的凸透镜和凹透镜的距离等于0。
进一步地，所述第一环形凹槽、第二环形凹槽和内腔内均设有环形限位圈。这样，有利于防止透镜被镜筒划损或者压碎，且便于透镜的清洗和更换。
再进一步地，所述狭缝装置为孔径可调的环形狭缝装置，这样在调试纹影系统时令狭缝孔径为0，能更准确和更方便的确定聚光镜组的焦点，在实验时可以通过调节狭缝孔径的大小来确定所需要光源的大小。
更进一步地，所述光源为LED-光源，耗能低、不容易发热，与聚光镜组之间采用光纤传输光，光纤柔性好，使得光源方便任意移动，将光源与聚光镜组隔离开来，避免了光源发出的热量使得透镜组变形从而影响实验的效果。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
其一，本实用新型采用聚光镜组对现有的聚光镜进行了改进，矫正了复色光在经过聚光镜透镜后而产生的色差，从而能够更准确的获得定容燃烧弹内真实的球形火焰传播照片中球形传播火焰的半径。
其二，本实用新型在聚光镜组和第一面反射镜之间安装了一个可调节孔径大小的狭缝装置，这样在调试纹影系统时就能更容易、更准确的确定聚光镜组折射后的光线的焦点位置，在实验中也能通过调节孔径的大小来方便的调节光源的大小。
其三，本实用新型的光源采用耗能低、不易发热的LED-光源，与聚光镜组之间采用光纤传输光，光纤柔性好，使得光源方便任意移动，将光源与聚光镜组隔离开来，避免了光源发出的热量使得聚光镜组变形，使得聚光镜组矫正色差能力变弱，从而影响实验的效果。
附图说明
图1为一种可矫正色差的反射式定容燃烧弹高速摄像纹影系统的结构示意图；
图2为图1中聚光镜组的结构示意图；
图3为图1中聚光镜组镜筒的结构示意图；
图4为图1中狭缝装置的结构示意图；
其中：光源1、光纤2、聚光镜组3、狭缝装置4、第一反射镜5、准直镜6、定容燃烧弹7、纹影镜8、第二反射镜9、刀口10、高速摄像机11、第一凸透镜12.1、第二凸透镜12.2、第一凹透镜13.1、聚光镜组镜筒14、第一凸透镜镜筒14.1、第一凹透镜镜筒14.2、第二凸透镜镜筒14.3、第一环形凹槽15.1、第二环形凹槽15.2、内腔16、环形限位圈17。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
图中所示的可矫正色差的反射式定容燃烧弹高速摄像纹影系统，包括沿光路依次设置的光源1、光纤2、聚光镜组3、狭缝装置4、第一反射镜5、准直镜6、定容燃烧弹7、纹影镜8、第二反射镜9、刀口10和高速摄像机11；光源1为LED-光源，光纤2的光输入端与光源1连接，光纤2的光输出端与聚光镜组3连接，聚光镜组3的焦点与准直镜6经过第一反射镜5反射后的焦点在狭缝装置4处重合，这样可以通过调节狭缝装置4的孔径大小来调节光源大小，也能在调试纹影系统时能更方便、更准确的确定聚光镜组的焦点，刀口10位于纹影镜8经过第二反射镜9反射后的焦点处，这样可以通过调节刀口10的孔径来确定最后投射到高速摄像机11中的图像的大小。
上述技术方案中，聚光镜组3由沿光路依次设置的第一凸透镜12.1、第一凹透镜13.1和第二凸透镜12.2组成，第一凸透镜12.1、第一凹透镜13.1、第二凸透镜12.2三者之间的距离可调，这样通过调节第一凸透镜12.1、第一凹透镜13.1和第二凸透镜12.2的距离来矫正不同光源发出光线产生的色差。
上述技术方案中，聚光镜组3安装在聚光镜组镜筒14内，聚光镜组镜筒14包括第一凸透镜镜筒14.1、第一凹透镜镜筒14.2和第二凸透镜镜筒14.3；第一凸透镜镜筒14.1的一端内圈设有用于嵌合第一凸透镜12.1的第一环形凹槽15.1，第一凹透镜镜筒14.2沿轴向设有用于固定第一凹透镜13.1的内腔16，第二凸透镜镜筒14.3的一端内圈设有用于嵌合第二凸透镜12.2的第二环形凹槽15.2；第一凹透镜镜筒14.2的一端与第一凸透镜镜筒14.1具有第一环形凹槽15.1的一端通过螺纹连接，第一凹透镜镜筒14.2的另一端与第二凸透镜镜筒14.3具有第二环形凹槽15.2的一端通过螺纹连接。将各个透镜安装在各自所对应的镜筒中，各个镜筒通过螺纹连接，通过镜筒之间旋进的程度来矫正不同情况的色差现象，避免了在调节透镜过程中手直接接触镜面弄脏镜面，同时调节镜面之间的距离也可以更稳定。重要的是，在聚光镜组中，当凸透镜镜筒完全旋进凹透镜镜筒内时，此时的凸透镜和凹透镜的距离等于0。
上述技术方案中，第一环形凹槽15.1、第二环形凹槽15.2和内腔16内均设有环形限位圈17，通过环形限位圈17固定有利于防止透镜被划损或被压碎，且便于透镜的清洗和更换。
上述技术方案中，狭缝装置4为孔径可调的环形狭缝装置，确定聚光镜组3的焦点时，将狭缝装置4的孔径调为0，当投射到狭缝装置4上的是一个明亮的光斑时，狭缝装置4所在的位置为聚光镜组3的焦平面。
本实用新型的工作过程：首先，光源1发出的光经过光纤2传输至聚光镜组3，调节聚光镜组3各个透镜之间的距离，使得最后投射在狭缝装置4上在光的最外圈没有彩色的光圈，再将狭缝装置4的孔径调为0，调节狭缝装置4与聚光镜组3的距离，使得狭缝装置4处的是一个明亮的光斑，此时狭缝装置4所在的面为聚光镜组3的焦平面，狭缝装置4处的是点光源；接着，点光源由聚光镜组3的焦点处发出后，经过第一面反射镜5反射后投射到准直镜6，经过准直镜6反射后的光形成混色均匀的平行光投射到定容燃烧弹7内；然后，定容燃烧弹7内被测区燃烧，形成球形火焰，流体扰动，折射率发生变化，平行光经过被测区域到达纹影镜8，经过纹影镜8反射后的光线经过第二面反射镜9反射后通过刀口10，最后在高速照相机11上成像。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种可矫正色差的反射式定容燃烧弹高速摄像纹影系统，其特征在于：包括沿光路依次设置的光源(1)、光纤(2)、聚光镜组(3)、狭缝装置(4)、第一反射镜(5)、准直镜(6)、定容燃烧弹(7)、纹影镜(8)、第二反射镜(9)、刀口(10)和高速摄像机(11)，所述光纤(2)的光输入端与光源(1)连接，所述光纤(2)的光输出端与聚光镜组(3)连接，所述聚光镜组(3)的焦点与准直镜(6)经过第一反射镜(5)反射后的焦点在狭缝装置(4)处重合，所述刀口(10)位于纹影镜(8)经过第二反射镜(9)反射后的焦点处。
2.根据权利要求1所述的可矫正色差的反射式定容燃烧弹高速摄像纹影系统，其特征在于：所述聚光镜组(3)由沿光路依次设置的第一凸透镜(12.1)、第一凹透镜(13.1)和第二凸透镜(12.2)组成，所述第一凸透镜(12.1)、第一凹透镜(13.1)、第二凸透镜(12.2)三者之间的距离可调。
3.根据权利要求2所述的可矫正色差的反射式定容燃烧弹高速摄像纹影系统，其特征在于：所述聚光镜组(3)安装在聚光镜组镜筒(14)内，所述聚光镜组镜筒(14)包括第一凸透镜镜筒(14.1)、第一凹透镜镜筒(14.2)和第二凸透镜镜筒(14.3)；
所述第一凸透镜镜筒(14.1)的一端内圈设有用于嵌合第一凸透镜(12.1)的第一环形凹槽(15.1)，所述第一凹透镜镜筒(14.2)沿轴向设有用于固定第一凹透镜(13.1)的内腔(16)，所述第二凸透镜镜筒(14.3)的一端内圈设有用于嵌合第二凸透镜(12.2)的第二环形凹槽(15.2)；
所述第一凹透镜镜筒(14.2)的一端与第一凸透镜镜筒(14.1)具有第一环形凹槽(15.1)的一端通过螺纹连接，所述第一凹透镜镜筒(14.2)的另一端与第二凸透镜镜筒(14.3)具有第二环形凹槽(15.2)的一端通过螺纹连接。
4.根据权利要求3所述的可矫正色差的反射式定容燃烧弹高速摄像纹影系统，其特征在于：所述第一环形凹槽(15.1)、第二环形凹槽(15.2)和内腔(16)内均设有环形限位圈(17)。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的可矫正色差的反射式定容燃烧弹高速摄像纹影系统，其特征在于：所述狭缝装置(4)为孔径可调的环形狭缝装置。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的可矫正色差的反射式定容燃烧弹高速摄像纹影系统，其特征在于：所述光源(1)为LED-光源。
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| CN108060972A (zh) * | 2017-12-03 | 2018-05-22 | 天津大学 | 一种可实现纹影法拍摄的光学快速压缩机燃烧缸 |
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