同軸拋物面的反射式紋影儀光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及流場顯示及測量領(lǐng)域，特別地，涉及一種同軸拋物面的反射式紋影儀光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]紋影儀光學(xué)系統(tǒng)主要是應(yīng)用在流場顯示與測量領(lǐng)域。紋影技術(shù)主要包括黑白紋影法、彩色紋影法和干涉紋影法，其測量原理是光在被測流場中的折射率變化梯度與流場由運(yùn)動(dòng)引起的密度變化成正比關(guān)系。
[0003]現(xiàn)在傳統(tǒng)的反射式彩色紋影系統(tǒng)包括光源、狹縫、準(zhǔn)直反射鏡、聚焦反射鏡、刀口機(jī)構(gòu)、成像鏡組和探測器等部分。其中，準(zhǔn)直反射鏡與聚焦反射鏡均使用球面鏡。但是由于球面鏡本身無法校正球差等像差，所以會(huì)嚴(yán)重影響?yīng)M縫在刀口處的成像質(zhì)量。當(dāng)?shù)犊谇腥霑r(shí)就會(huì)出現(xiàn)顏色不均勻等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種同軸拋物面的反射式紋影儀光學(xué)系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的反射式紋影儀均勻性與靈敏度不夠高的技術(shù)問題。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
提供一種同軸拋物面的反射式紋影儀光學(xué)系統(tǒng)，包括沿光路依次設(shè)置的光源、狹縫、準(zhǔn)直反射鏡、聚焦反射鏡、刀口及探測器，待測流場位于準(zhǔn)直反射鏡與聚焦反射鏡之間，
光源發(fā)射出的光線經(jīng)狹縫勻光濾光后照射至準(zhǔn)直反射鏡，經(jīng)準(zhǔn)直反射鏡后變換為平行光線，光線經(jīng)過待測流場受其擾動(dòng)影響后傳播至聚焦反射鏡匯聚，匯聚后的光線經(jīng)過刀口后在探測器成像，其中，準(zhǔn)直反射鏡和聚焦反射鏡采用同軸拋物面的面形結(jié)構(gòu)。
[0006]進(jìn)一步地，狹縫用于將光源照射的光束分成四個(gè)窄帶光斑并濾光。
[0007]進(jìn)一步地，光源和狹縫采用LED或者激光直接在狹縫位置作為窄帶光源照明代替。
[0008]進(jìn)一步地，準(zhǔn)直反射鏡和聚焦反射鏡采用傾斜使用的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的同軸拋物鏡，兩個(gè)拋物鏡的面形相同，凹面相對(duì)，傾斜方向相同，傾斜角度相同。
[0009]本發(fā)明具有以下有益效果:
本發(fā)明同軸拋物面的反射式紋影儀光學(xué)系統(tǒng)，通過將準(zhǔn)直反射鏡和聚焦反射鏡設(shè)為同軸拋物面的面形結(jié)構(gòu)，通過對(duì)反射鏡的面形進(jìn)行改進(jìn)，提高了紋影儀整體的均勻性及靈敏度，且無需采用離軸拋物鏡的面形，降低了加工難度與成本。
[0010]除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
【附圖說明】
[0011]構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例同軸拋物面的反射式紋影儀光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是使用球面面形的反射鏡時(shí)從狹縫到刀口處的成像點(diǎn)列圖；
圖3是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例使用同軸拋物面的反射鏡時(shí)從狹縫到刀口處的成像點(diǎn)列圖。
[0012]附圖標(biāo)記說明:
1、光源；2、狹縫；3、準(zhǔn)直反射鏡；4、聚焦反射鏡；5、刀口 ；6、探測器；7、待測流場。
【具體實(shí)施方式】
[0013]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0014]參照圖1，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供了一種同軸拋物面的反射式紋影儀光學(xué)系統(tǒng)，包括沿光路依次設(shè)置的光源1、狹縫2、準(zhǔn)直反射鏡3、聚焦反射鏡4、刀口 5及探測器6，待測流場7位于準(zhǔn)直反射鏡3與聚焦反射鏡4之間，光源1發(fā)射出的光線經(jīng)狹縫2勻光濾光后照射至準(zhǔn)直反射鏡3，經(jīng)準(zhǔn)直反射鏡3后變換為平行光線，光線經(jīng)過待測流場7后傳播至聚焦反射鏡4匯聚，匯聚后的光線經(jīng)過刀口 5后在探測器6成像，其中，準(zhǔn)直反射鏡3和聚焦反射鏡4采用同軸拋物面的面形結(jié)構(gòu)。
[0015]本實(shí)施例通過將準(zhǔn)直反射鏡3和聚焦反射鏡4設(shè)為同軸拋物面的面形結(jié)構(gòu)，通過對(duì)反射鏡的面形進(jìn)行改進(jìn)，提高了紋影儀整體的均勻性及靈敏度，且無需采用離軸拋物鏡的面形，降低了加工難度與成本。
[0016]在具體應(yīng)用中，光源1可選為鹵媽燈，采用的光源光譜范圍寬，光照均勻。狹縫2用于將光源1照射的光束分成四個(gè)窄帶光斑并濾光。狹縫2可選為帶通濾光片或者彩色玻璃將光源1照射的光束轉(zhuǎn)換為四個(gè)單色發(fā)光窄帶。
[0017]可選地，刀口 5具有自由度，用于分別從X軸和Y軸方向切入光束傳播路徑，即沿水平軸和縱向軸方向切入光束傳播路徑，以切割光線形成紋影。
[0018]本實(shí)施例中，探測器6為光學(xué)圖像成像器件，例如(XD圖像傳感器。
[0019]本實(shí)施例中，待測流場7可為溫度場、濃度場或者速度場。
[0020]本實(shí)施例中，參照圖1，準(zhǔn)直反射鏡3和聚焦反射鏡4采用傾斜使用的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的同軸拋物鏡，兩個(gè)拋物鏡的面形相同，凹面相對(duì)，傾斜方向相同，傾斜角度相同。參照圖2及圖3，可以看出使用同軸拋物面的反射鏡后除了象散外其他像差已經(jīng)相對(duì)較小。
[0021]本實(shí)施例系統(tǒng)利用了同軸拋物面的面形的反射鏡其自身就可以校正球差的特點(diǎn)，有效降低準(zhǔn)直會(huì)聚的球差等像差，提高光學(xué)系統(tǒng)的靈敏度與均勻性。
[0022]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種同軸拋物面的反射式紋影儀光學(xué)系統(tǒng)，包括沿光路依次設(shè)置的光源(1)、狹縫(2 )、準(zhǔn)直反射鏡(3 )、聚焦反射鏡(4 )、刀口( 5 )及探測器(6 )，待測流場(7 )位于所述準(zhǔn)直反射鏡(3)與所述聚焦反射鏡(4)之間，其特征在于， 所述光源(1)發(fā)射出的光線經(jīng)所述狹縫(2 )勻光濾光后照射至所述準(zhǔn)直反射鏡(3 )，經(jīng)所述準(zhǔn)直反射鏡(3)后變換為平行光線，光線經(jīng)過所述待測流場(7)受其擾動(dòng)影響后傳播至所述聚焦反射鏡(4)匯聚，匯聚后的光線經(jīng)過所述刀口(5)后在所述探測器(6)成像，其中，所述準(zhǔn)直反射鏡(3)和所述聚焦反射鏡(4)采用同軸拋物面的面形結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸拋物面的反射式紋影儀光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于， 所述狹縫(2)用于將所述光源(1)照射的光束分成四個(gè)窄帶光斑并濾光。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸拋物面的反射式紋影儀光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于， 所述光源(1)和所述狹縫(2)采用LED或者激光直接在狹縫位置作為窄帶光源照明代替。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸拋物面的反射式紋影儀光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于， 所述準(zhǔn)直反射鏡(3)和所述聚焦反射鏡(4)采用傾斜使用的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的同軸拋物鏡，兩個(gè)拋物鏡的面形相同，凹面相對(duì)，傾斜方向相同，傾斜角度相同。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種同軸拋物面的反射式紋影儀光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括沿光路依次設(shè)置的光源、狹縫、準(zhǔn)直反射鏡、聚焦反射鏡、刀口及探測器，待測流場位于準(zhǔn)直反射鏡與聚焦反射鏡之間，光源發(fā)射出的光線經(jīng)狹縫勻光濾光后照射至準(zhǔn)直反射鏡，經(jīng)準(zhǔn)直反射鏡后變換為平行光線，光線經(jīng)過待測流場后傳播至聚焦反射鏡匯聚，匯聚后的光線經(jīng)過刀口后在探測器成像，其中，準(zhǔn)直反射鏡和聚焦反射鏡采用旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的同軸拋物面的面形結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過將準(zhǔn)直反射鏡和聚焦反射鏡設(shè)為同軸拋物面的面形結(jié)構(gòu)，通過對(duì)反射鏡的面形進(jìn)行改進(jìn)，提高了紋影儀整體的均勻性及靈敏度，且無需采用離軸拋物鏡的面形，降低了加工難度與成本。
【IPC分類】G01M9/06, G01N21/45
【公開號(hào)】CN105424312
【申請?zhí)枴緾N201510827454
【發(fā)明人】何鋒赟, 胡玥, 曹艷波
【申請人】中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月25日