Schlieren

Den här videon visar ett enkelpassage höghastighets schlieren-system som fångar den övergångsmässiga ballistiska sekvensen av ett handeldvapen.

Färgad schlieren bild av den termiska plymen från ett brinnande ljus, störd av en bris från höger

Schlieren ( / ˈ ʃ l ɪər ən / SHLEER -ən ; tyska: [ˈʃliːʁən] , lit. 'strimmor') är optiska inhomogeniteter i transparenta medier som inte nödvändigtvis är synliga för det mänskliga ögat . Schlierens fysik utvecklades ur behovet av att producera linser av hög kvalitet utan sådana inhomogeniteter. Dessa inhomogeniteter är lokala skillnader i optisk väglängd som orsakar avvikelser av ljusstrålar, särskilt genom brytning . Denna ljusavvikelse kan ge lokaliserad ljusning, mörkare eller till och med färgförändringar i en bild, beroende på riktningen som strålarna avviker.

Historia

Schlieren observerades först av Robert Hooke 1665 med en stor konkav lins och två ljus. Ett ljus fungerade som ljuskälla. Den varma luften som steg från det andra ljuset gav schlieren. Det konventionella schlieren-systemet krediteras mest till den tyske fysikern August Toepler , även om Jean Bernard Léon Foucault uppfann metoden 1859 som Toepler förbättrade. Toeplers originalsystem var designat för att upptäcka schlieren i glas som används för att göra linser. I det konventionella schlieren-systemet används en punktkälla för att belysa testsektionen som innehåller schlieren. En bild av detta ljus bildas med hjälp av en konvergerande lins (även kallad en schlieren-lins). Denna bild är placerad på det konjugerade avståndet till linsen enligt ekvationen för tunna linser : ${\frac {1}{f}}={\frac {1}{d_ {o}}}+{\frac {1}{d_{i}}}$ där $f$ är linsens brännvidd, $d_{o}$ är avståndet från objekt till linsen och $d_{i}$ är avståndet från bilden av objektet till linsen. En knivsegg vid punktkällan-bildplatsen är placerad för att delvis blockera en del ljus från att nå visningsskärmen. Bildens belysning reduceras jämnt. En andra lins används för att avbilda testsektionen till visningsskärmen. Betraktningsskärmen är placerad ett konjugat avstånd från schlierens plan.

Ordet schlieren kommer från tyskans schliere , som betyder "strimma".

Schlieren flödesvisualisering

Schlieren flödesvisualisering av en Lockheed SR-71 Pratt & Whitney J58 motorinlopp vid Mach 2

Schlieren-flödesvisualisering är baserad på ljusets avböjning av en brytningsindexgradient. Indexgradienten är direkt relaterad till flödestäthetsgradienten. Det avböjda ljuset jämförs med icke avböjt ljus på en visningsskärm. Det ostörda ljuset blockeras delvis av en knivsegg. Ljuset som avleds mot eller bort från kniveggen ger ett skuggmönster beroende på om det tidigare blockerats eller inte blockerats. Detta skuggmönster är en ljusintensitetsrepresentation av expansionerna (regioner med låg densitet) och kompressioner (regioner med hög densitet) som kännetecknar flödet.

Schlieren visar

Schlieren-effekten används ofta i videoprojektortekniker . Grundidén är att någon anordning, såsom en vätskekristallljusventil , används för att producera schlieren-förvrängningar på ett kontrollerat sätt och dessa projiceras på en skärm för att producera den önskade bilden. Projektionsdisplaysystem som den nu föråldrade Eidoforen och Talaria har använt varianter av detta tillvägagångssätt så långt tillbaka som år 1940.

Se även

^ Hooke, R. (1665), "Av en ny egendom i luften," Micrographia , Observation LVIII, s. 217–219, London.
^ Toepler, A. (1864), Beobachtungen nach einer neuen optischen Methode , Maximillan Cohen und Sohn, Bonn.
^ Rienitz, J. (1975). "Schlieren-experiment för 300 år sedan". Naturen . 254 (5498): 293–295. Bibcode : 1975Natur.254..293R . doi : 10.1038/254293a0 . S2CID 4288641 .
^ Settles, GS (2001), Schlieren och shadowgraph-tekniker: Visualisera fenomen i transparenta medier, Berlin: Springer-Verlag. ISBN 978-3540661559
^ Brennesholtz, MS och Stupp, EH (2008), Projection Displays , John Wiley & Sons, p. 259 ff. ISBN 978-0-470-51803-8

externa länkar

[Hooke-1] Hooke, R. (1665), "Av en ny egendom i luften," Micrographia , Observation LVIII, s. 217–219, London.

[Toepler-2] Toepler, A. (1864), Beobachtungen nach einer neuen optischen Methode , Maximillan Cohen und Sohn, Bonn.

[Rienitz-3] Rienitz, J. (1975). "Schlieren-experiment för 300 år sedan". Naturen . 254 (5498): 293–295. Bibcode : 1975Natur.254..293R . doi : 10.1038/254293a0 . S2CID 4288641 .

[Settles-4] Settles, GS (2001), Schlieren och shadowgraph-tekniker: Visualisera fenomen i transparenta medier, Berlin: Springer-Verlag. ISBN 978-3540661559

[5] Brennesholtz, MS och Stupp, EH (2008), Projection Displays , John Wiley & Sons, p. 259 ff. ISBN 978-0-470-51803-8