CN105807441A - 可矫正色差的透射式定容***高速摄像纹影*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可矫正色差的透射式定容***高速摄像纹影***，该纹影***包括沿光路方向依次设置的光源、光纤、聚光镜组、狭缝装置、第一双分离式透镜组、定容***、第二双分离式透镜组、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第一双分离式透镜组的焦点在狭缝装置处重合，所述刀口位于第二双分离式透镜组的焦点处。本发明采用聚光镜组是对传统纹影***中的聚光镜进行了改进，矫正了复色光在经过凸透镜折射时产生的色差，从而能够更准确的获得定容***内真实的球形火焰照片。

Description

可矫正色差的透射式定容***高速摄像纹影***
技术领域
本发明涉及透射式纹影***，具体地指一种可矫正色差的透射式定容***高速摄像纹影***。
背景技术
定容***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***利用定容***内燃料燃烧时密度不同的流体对通过的光会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***内折射经过另一端定容***两端玻璃窗口最终使得捕捉球形火焰传播的过程投射到高速摄像机捕捉定容***内的球形火焰传播的过程。
如图1所示为传统透射式定容***高速摄像纹影***的结构示意图，采用凸透镜19将光源1发出的光发散成平行光投射到定容***6一端的视窗玻璃，再将从另一端视窗玻璃出来的经过流体折射的光线用凸透镜19在刀口8处会聚，最后投射到高速摄像机9中。由于实验室中用的光源都是复色光，在传统的透射式纹影***中准直镜和纹影镜都采用的是凸透镜19，凸透镜19将复色光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，光线每经过***中的一个凸透镜19就会发生一次色差，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9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9通过纹影***拍摄到的球形火焰半径就会与定容***中实验的真实现象实验的球形火焰的半径有所偏差，从而影响最终由这些球形传播火焰的测量参数得到的真实的球形传播火焰的参数的计算结果。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种可矫正色差的透射式定容***高速摄像纹影***，该纹影***采用的聚光镜组对传统纹影***中的聚光镜进行了改进，将传统的聚光镜由原来的单个凸透镜改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时产生的色差现象，从而能够更准确的获得定容***内的球形火焰传播照片。
为实现上述目的，本发明所设计的可矫正色差的透射式定容***高速摄像纹影***，包括沿光路方向依次设置的光源、光纤、聚光镜组、狭缝装置、第一双分离式透镜组、定容***、第二双分离式透镜组、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第一双分离式透镜组的焦点在狭缝装置处重合，所述刀口位于第二双分离式透镜组的焦点处。
进一步地，所述聚光镜组由沿光路方向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，有利于矫正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***内真实的球形火焰照片。
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，当每个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，所述第一双分离式透镜组由沿光路方向依次设置的第三凸透镜和第二凹透镜组成，所述第三凸透镜与第二凹透镜之间的距离可调。由于光在通过透镜会产生色差现象，将传统的纹影***中的准直透镜改为双分离式透镜组，有利于矫正复色光经过传统的准直透镜折射后产生色差现象。
进一步地，所述第一双分离式透镜组安装在第一透镜镜筒内，所述第一透镜镜筒包括第三凸透镜镜筒和第二凹透镜镜筒，所述第三凸透镜镜筒的一端内圈设有用于嵌合第三凸透镜的第三环形凹槽，所述第二凹透镜镜筒的一端内圈设有用于嵌合第二凹透镜的第四环形凹槽，所述第三凸透镜镜筒具有第三环形凹槽的一端与第二凹透镜镜筒具有第四环形凹槽的一端通过螺纹连接。这样，两个镜筒通过螺纹连接，可以通过镜筒旋进程度来确定两个透镜之间的距离，同时，螺纹设计也使得调节过程更加均匀稳定。
进一步地，所述第二双分离式透镜组由沿光路方向依次设置的第三凹透镜和第四凸透镜组成，所述第三凹透镜与第四凸透镜之间的距离可调。传统的纹影***中的纹影透镜为凸透镜，将凸透镜替换为双分离式透镜组，这样，有利于矫正复色光经过纹影透镜折射后产生色差现象。
进一步地，所述第二双分离式透镜组安装在第二透镜镜筒内，所述第二透镜镜筒包括第三凹透镜镜筒和第四凸透镜镜筒，所述第三凹透镜镜筒的一端内圈设有用于嵌合第三凹透镜的第五环形凹槽，所述第四凸透镜镜筒的一端内圈设有用于嵌合第四凸透镜的第六环形凹槽，所述第三凹透镜镜筒具有第五环形凹槽的一端与第四凸透镜镜筒具有第六环形凹槽的一端通过螺纹连接。这样，可以通过镜筒旋进程度来确定两个透镜之间的距离，同时，螺纹设计也使得调节过程更加均匀稳定。重要的是，在第一双分离透镜组和第二双分离透镜组中，每个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、第三环形凹槽、第四环形凹槽、第五环形凹槽、第六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***时就能更容易、更准确的确定聚光镜组折射后光线的焦点位置，在实验时可以通过调节孔径来选取所需光源的大小。
更进一步地，所述光源为LED-光源。这样，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，本发明具有如下优点：
其一，本发明采用聚光镜组是对以往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***内真实的球形火焰照片。
其二，本发明在聚光镜组和第一双分离式透镜组之间的设有一个可以调节孔径大小的环形狭缝装置，这样在调试纹影***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
其三，本发明将定容***视窗前后的凸透镜改成双分离式透镜组，矫正复色光经过折射后产生色差现象。
附图说明
图1为传统透射式定容***高速摄像纹影***的结构示意图；
图2为本发明一种可矫正色差的透射式定容***高速摄像纹影***的结构示意图；
图3为图2中聚光镜组的结构示意图；
图4为图3中聚光镜组镜筒的结构示意图；
图5为图2中第一双分离式透镜组的结构示意图；
图6为图5中第一透镜镜筒的结构示意图；
图7为图2中第二双分离式透镜组的结构示意图；
图8为图7中第二透镜镜筒的结构示意图；
图9为图2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、第一双分离式透镜组5、定容***6、第二双分离式透镜组7、刀口8、高速摄像机9、第一凸透镜10.1、第二凸透镜10.2、第三凸透镜10.2、第四凸透镜10.4、第一凹透镜11.1、第二凹透镜11.2、第三凹透镜11.3、聚光镜组镜筒12、第一凸透镜镜筒13.1、第二凸透镜镜筒13.2、第三凸透镜镜筒13.3、第四凸透镜镜筒13.4、第一凹透镜镜筒14.1、第二凹透镜镜筒14.2、第三凹透镜镜筒14.3、第一环形凹槽15.1、第二环形凹槽15.2、第三环形凹槽15.3、第四环形凹槽15.4、第五环形凹槽15.5、第六环形凹槽15.6、内腔16、第一透镜镜筒17.1、第二透镜镜筒17.2、环形限位圈18、凸透镜19。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示的传统透射式定容***高速摄像纹影***，其结构和工作原理已在背景技术中作了详细介绍，于此不再赘述。
如图2～9所示本发明可矫正色差的透射式定容***高速摄像纹影***，包括沿光路方向依次设置的光源1、光纤2、聚光镜组3、狭缝装置4、第一双分离式透镜组5、定容***6、第二双分离式透镜组7、刀口8和高速摄像机9。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的焦点与第一双分离式透镜组5的焦点在狭缝装置4处重合，刀口8位于第二双分离式透镜组7的焦点处。实验过程中可以通过调节刀口8孔径的大小来确定最终投射在高速摄像机9中图像结果。
上述技术方案中，聚光镜组3由沿光路方向依次设置的第一凸透镜10.1、第一凹透镜11.1和第二凸透镜10.2组成，第一凸透镜10.1、第一凹透镜11.1、第二凸透镜10.2三者之间的距离可调。这样通过调节第一凸透镜10.1、第一凹透镜11.1和第二凸透镜10.2的距离来让聚光镜组3矫正不同光源发出光线产生的色差。其中，第一凸透镜10.1和第二凸透镜10.2的材料选用冕牌玻璃，第一凹透镜11.1的材料选用火石玻璃。这样，有利于矫正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***6内真实的球形火焰照片。聚光镜组3安装在聚光镜组镜筒12内，聚光镜组镜筒12包括第一凸透镜镜筒13.1、第一凹透镜镜筒14.1和第二凸透镜镜筒13.2；第一凸透镜镜筒13.1的一端内圈设有用于嵌合第一凸透镜10.1的第一环形凹槽15.1，第一凹透镜镜筒14.1沿轴向设有用于固定第一凹透镜11.1的内腔16，第二凸透镜镜筒13.2的一端内圈设有用于嵌合第二凸透镜10.2的第二环形凹槽15.2；第一凹透镜镜筒14.1的一端与第一凸透镜镜筒13.1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14.1的另一端与第二凸透镜镜筒13.2具有第二环形凹槽15.2的一端通过螺纹连接。将各个透镜安装在所对应的镜筒中，镜筒之间通过螺纹连接，通过镜筒之间旋进的程度来矫正不同光源的色差现象，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。
上述技术方案中，第一双分离式透镜组5由沿光路方向依次设置的第三凸透镜10.3和第二凹透镜11.2组成，第三凸透镜10.3与第二凹透镜11.2之间的距离可调。这样，可以矫正复色光在经过折射后产生的色差现象。第一双分离式透镜组5安装在第一透镜镜筒17.1内，第一透镜镜筒17.1包括第三凸透镜镜筒13.3和第二凹透镜镜筒14.2，第三凸透镜镜筒13.3的一端内圈设有用于嵌合第三凸透镜10.3的第三环形凹槽15.3，第二凹透镜镜筒14.2的一端内圈设有用于嵌合第二凹透镜11.2的第四环形凹槽15.4，第三凸透镜镜筒13.3具有第三环形凹槽15.3的一端与第二凹透镜镜筒14.2具有第四环形凹槽15.4的一端通过螺纹连接。通过螺纹连接两个镜筒，可以通过镜筒旋进程度来确定两个透镜之间的距离，同时，螺纹设计也使得调节过程更加均匀稳定。镜筒的设计是为了避免在调节过程和实验过程中手或其他物体接触到镜面弄脏镜面。上述技术方案中，第二双分离式透镜组7由沿光路方向依次设置的第三凹透镜11.3和第四凸透镜10.4组成，第三凹透镜11.3与第四凸透镜10.4之间的距离可调。这样，可以矫正不同情况下复色光在经过折射后产生的色差现象。
上述技术方案中，第二双分离式透镜组7安装在第二透镜镜筒17.2内，第二透镜镜筒17.2包括第三凹透镜镜筒14.3和第四凸透镜镜筒13.4，第三凹透镜镜筒14.3的一端内圈设有用于嵌合第三凹透镜11.3的第五环形凹槽15.5，第四凸透镜镜筒13.4的一端内圈设有用于嵌合第四凸透镜10.4的第六环形凹槽15.6，第三凹透镜镜筒14.3具有第五环形凹槽15.5的一端与第四凸透镜镜筒13.4具有第六环形凹槽15.6的一端通过螺纹连接。这样，两个镜筒通过螺纹连接，可以通过镜筒旋进程度来确定两个透镜之间的距离，同时，螺纹设计也使得调节过程更加均匀稳定；镜筒的设计是为了避免在调节过程和实验过程中手或其他物体接触到镜面从而弄脏镜面。重要的是，在聚光镜组、第一双分离透镜组和第二双分离透镜组中，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、第三环形凹槽15.3、第四环形凹槽15.4、第五环形凹槽15.5、第六环形凹槽15.6和内腔16内均设有环形限位圈18。具体地，环形限位圈18采用橡胶圈，有利于防止在固定透镜过程中划损或者压碎透镜。
上述技术方案中，狭缝装置4为孔径可调的环形狭缝装置。在调试纹影***时，让狭缝装置4的孔径为0，移动狭缝装置4，当通过聚光镜组3后的光线投射在狭缝装置4中心处是一个清晰的亮斑时，狭缝装置4所处的位置即为聚光镜组3的焦点。这样，在调试纹影***时就能更容易、更准确的确定聚光镜组3折射后的光线的焦点位置。
本发明的工作过程：首先，光源1发出的光经过光纤2传输达到聚光镜组3，调节聚光镜组3各个透镜之间的距离，使得通过聚光镜组3的光线投射到狭缝装置4上在光的最外圈没有彩色的光圈，沿着光路的方向移动狭缝装置4，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所在的平面即为聚光镜组3的焦平面，狭缝装置4处形成点光源；接着，点光源由聚光镜组3的焦点4处发出后，经过第一双分离式透镜组5折射(在调试过程中，可以在第一双分离式透镜组5与定容弹6之间垂直放置一张白纸，调节第一双分离式透镜组5两个透镜之间的距离，确定经过第一双分离式透镜组5折射后的光线投射在白纸上的光圈最外圈没有彩色的光圈即可)，经过第一双分离式透镜组5折射后的光形成复色平行光投射到定容***6内，定容***6内的燃料被火花塞放出的火花点燃，形成球形火焰向外传播，流体扰动，折射率发生变化，平行光经过被测区域到达第二双分离式透镜组7，经过第二双分离式透镜组7会聚后的光线经过刀口8，最后，在高速照相机9上成像。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可矫正色差的透射式定容***高速摄像纹影***，其特征在于：包括沿光路方向依次设置的光源(1)、光纤(2)、聚光镜组(3)、狭缝装置(4)、第一双分离式透镜组(5)、定容***(6)、第二双分离式透镜组(7)、刀口(8)和高速摄像机(9)；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)的焦点与第一双分离式透镜组(5)的焦点在狭缝装置(4)处重合，所述刀口(8)位于第二双分离式透镜组(7)的焦点处。
2.根据权利要求1所述的可矫正色差的透射式定容***高速摄像纹影***，其特征在于：所述聚光镜组(3)由沿光路方向依次设置的第一凸透镜(10.1)、第一凹透镜(11.1)和第二凸透镜(10.2)组成，所述第一凸透镜(10.1)、第一凹透镜(11.1)、第二凸透镜(10.2)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透射式定容***高速摄像纹影***，其特征在于：所述聚光镜组(3)安装在聚光镜组镜筒(12)内，所述聚光镜组镜筒(12)包括第一凸透镜镜筒(13.1)、第一凹透镜镜筒(14.1)和第二凸透镜镜筒(13.2)；所述第一凸透镜镜筒(13.1)的一端内圈设有用于嵌合第一凸透镜(10.1)的第一环形凹槽(15.1)，所述第一凹透镜镜筒(14.1)沿轴向设有用于固定第一凹透镜(11.1)的内腔(16)，所述第二凸透镜镜筒(13.2)的一端内圈设有用于嵌合第二凸透镜(10.2)的第二环形凹槽(15.2)；所述第一凹透镜镜筒(14.1)的一端与第一凸透镜镜筒(13.1)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(14.1)的另一端与第二凸透镜镜筒(13.2)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1或2或3所述的可矫正色差的透射式定容***高速摄像纹影***，其特征在于：所述第一双分离式透镜组(5)由沿光路方向依次设置的第三凸透镜(10.3)和第二凹透镜(11.2)组成，所述第三凸透镜(10.3)与第二凹透镜(11.2)之间的距离可调。
5.根据权利要求4所述的可矫正色差的透射式定容***高速摄像纹影***，其特征在于：所述第一双分离式透镜组(5)安装在第一透镜镜筒(17.1)内，所述第一透镜镜筒(17.1)包括第三凸透镜镜筒(13.3)和第二凹透镜镜筒(14.2)，所述第三凸透镜镜筒(13.3)的一端内圈设有用于嵌合第三凸透镜(10.3)的第三环形凹槽(15.3)，所述第二凹透镜镜筒(14.2)的一端内圈设有用于嵌合第二凹透镜(11.2)的第四环形凹槽(15.4)，所述第三凸透镜镜筒(13.3)具有第三环形凹槽(15.3)的一端与第二凹透镜镜筒(14.2)具有第四环形凹槽(15.4)的一端通过螺纹连接。
6.根据权利要求5所述的可矫正色差的透射式定容***高速摄像纹影***，其特征在于：所述第二双分离式透镜组(7)由沿光路方向依次设置的第三凹透镜(11.3)和第四凸透镜(10.4)组成，所述第三凹透镜(11.3)与第四凸透镜(10.4)之间的距离可调。
7.根据权利要求6所述的可矫正色差的透射式定容***高速摄像纹影***，其特征在于：所述第二双分离式透镜组(7)安装在第二透镜镜筒(17.2)内，所述第二透镜镜筒(17.2)包括第三凹透镜镜筒(14.3)和第四凸透镜镜筒(13.4)，所述第三凹透镜镜筒(14.3)的一端内圈设有用于嵌合第三凹透镜(11.3)的第五环形凹槽(15.5)，所述第四凸透镜镜筒(13.4)的一端内圈设有用于嵌合第四凸透镜(10.4)的第六环形凹槽(15.6)，所述第三凹透镜镜筒(14.3)具有第五环形凹槽(15.5)的一端与第四凸透镜镜筒(13.4)具有第六环形凹槽(15.6)的一端通过螺纹连接。
8.根据权利要求7所述的可矫正色差的透射式定容***高速摄像纹影***，其特征在于：所述第一环形凹槽(15.1)、第二环形凹槽(15.2)、第三环形凹槽(15.3)、第四环形凹槽(15.4)、第五环形凹槽(15.5)、第六环形凹槽(15.6)和内腔(16)内均设有环形限位圈(18)。
9.根据权利要求1或2或3所述的可矫正色差的透射式定容***高速摄像纹影***，其特征在于：所述狭缝装置(4)为孔径可调的环形狭缝装置。
10.根据权利要求1或2或3所述的可矫正色差的透射式定容***高速摄像纹影***，其特征在于：所述光源(1)为LED-光源。
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