[发明专利]一种用于冲击波高速数字阴影成像的可视化装置

说明书

一种用于冲击波高速数字阴影成像的可视化装置，属于高速瞬态阴影成像的可视化测量领域，本发明为解决现有阴影成像所使用点光源存在易灼伤致盲，价格昂贵的问题。本发明包括短弧氙灯点光源、超高速数字相机和正投反光屏；超高速数字相机的相机镜头中心位置设置45度杆镜；短弧氙灯点光源的光轴与超高速数字相机的光轴呈90度夹角；短弧氙灯点光源发出的点光源汇聚至45度杆镜表面，并以光锥形式反射至正投反光屏上，由超高速数字相机记录在正投反光屏上形成的阴影。本发明用于观察冲击波阴影成像。

技术领域

本发明属于高速瞬态阴影成像的可视化测量领域。

背景技术

随着我国航天技术、武器装备和基础学科的发展，涉及超高速空气动力学、超高速撞击、爆炸与冲击等领域的研究不断深入。在这些研究工作中，许多现象是持续时间很短的瞬态变化过程，需要有高速数字可视化系统才能够对这一过程进行清晰、连续地成像记录，以便掌握物理现象的本质。美国加里·塞特尔(G.S.Settles)在其2001年出版的专著《纹影与阴影技术——透明介质中的可视化现象》中对纹影成像和阴影成像的技术发展历史和在各个领域的应用及未来的发展进行总结和展望。作者认为纹影成像技术不适用于大视场实验，而简单的阴影成像技术可以为大视场实验提供强有力的解决方案。作者对直接阴影成像技术进行了详细的介绍，给出了直接阴影成像技术的工作原理设置图：点光源-高速相机-反光屏，对流场冲击波和扰动的可视化研究具有简单性和通用性。但直接阴影成像技术需要高亮度的点光源以及高增益的反光屏，成为阻碍直接阴影成像技术发展应用的瓶颈。

目前，国内外相关研究主要采用大功率高频近红外激光光源，属于不可见光，易于灼伤致盲，价格昂贵，一套光源需要40多万人民币。

发明内容

本发明目的是为了解决现有阴影成像所使用点光源存在易灼伤致盲，价格昂贵的问题，提供了一种用于冲击波高速数字阴影成像的可视化装置。

本发明所述一种用于冲击波高速数字阴影成像的可视化装置，包括短弧氙灯点光源18、超高速数字相机14和正投反光屏17；

超高速数字相机14的相机镜头15中心位置设置45度杆镜16；

短弧氙灯点光源18的光轴与超高速数字相机14的光轴呈90度夹角；

短弧氙灯点光源18发出的点光源汇聚至45度杆镜16表面，并以光锥形式反射至正投反光屏17上，由超高速数字相机14记录在正投反光屏17上形成的阴影。

优选地，短弧氙灯点光源18包括短弧氙灯灯管3、短弧氙灯控制电源、正极散热片2、负极散热片7、短弧氙灯管安装调整机构8、球面反射镜11、平凸光学透镜组和机箱13；

短弧氙灯灯管3上端的阳极设置有正极散热片2，短弧氙灯灯管3下端的阴极设置有负极散热片7，所述负极散热片7通过短弧氙灯管安装调整机构8安装于机箱13底板上，短弧氙灯灯管3的阴阳极分别连接短弧氙灯控制电源的正负极；

平凸光学透镜组由入光侧平凸透镜4、出光侧平凸透镜6和透镜组安装圆筒5构成，入光侧平凸透镜4和出光侧平凸透镜6同轴安装在透镜组安装圆筒5内，透镜组安装圆筒5安装在机箱13一侧壁上；

球面反射镜11为凹面球面反射镜，并安装于机箱13对侧侧壁上；

短弧氙灯灯管3的球形玻壳位于球面反射镜11和平凸光学透镜组之间且三者水平同轴设置，球面反射镜11和入光侧平凸透镜4的焦点均位于短弧氙灯灯管3的弧隙处；

球面反射镜11将短弧氙灯灯管3发出的发散光汇聚至焦点后继续前行入射至入光侧平凸透镜4，入光侧平凸透镜4将汇聚光变为平行光，该平行光经出光侧平凸透镜6汇聚为点光源输出。

优选地，还包括冷却风扇1，所述冷却风扇1设置于机箱13顶部，冷却风扇1与短弧氙灯灯管3竖直方向同轴设置。

优选地，在机箱13的侧壁设置系列通风孔。