紋影法

紋影法是力學實驗中一種常用的光學觀測方法。

其基本原理，是利用光在被測流場中的折射率梯度正比於流場的氣流密度進行測量，廣泛用於觀測氣流的邊界層、燃燒、激波、氣體內的冷熱對流以及風洞或水洞流場。

基本介紹

• 中文名：紋影法
• 外文名：schlieren method
• 別稱：紋影技術
• 提出者：Toepler
• 提出時間：1864
• 套用學科：光學，力學
• 適用領域範圍：光學測量

紋影法，又稱紋影技術，包括黑、白紋影法，彩色紋影法和干涉紋影法，是用紋影儀系統進行流場顯示和測量的最常用的光學方法。紋影法首先由Toepler於1864年提出，並套用在光學玻璃折射率的檢測中。

提出與發展

1952年 ，Holde和Norht在紋影儀系統上使用白光的分光稜鏡 ，實現了彩色紋影成象，擴大了紋影技術的套用範圍；1962年，Bland和pelick用紋影法研究了水的壓力和溫度效應後指出，紋影法實用於水洞 的流場顯示；1974年 ，Merzkirch對可壓縮流場中的紋影技術進行了分類，把涉及到在紋影儀系統上進行的干涉紋影法的研究 ，包括光柵干涉、稜鏡干涉以及Moire條紋干涉等 ，均歸類於紋影技術,並得到國內同行的認可。

原理

紋影法是利用光在被測流場中的折射率梯度正比於流場的氣流密度的原理，將流場中密度梯度的變化轉變為記錄平面上相對光強的變化，使可壓縮流場中的激波、壓縮波等密度變化劇烈的區域成為可觀察、可分辨的圖像，從而記錄下來。

裝置

如圖，為紋影系統典型的“Z字型”光路圖，其中S為光源，M1和M2為兩個球面反射鏡（凹面鏡），中間矩形區域為流場區，K為刀口，L為凸透鏡，Q為觀測設備，常用高速攝影。實驗中，光源S發出的光，通過M1反射後經過流場區域，再經過M2反射，由垂直於流場密度梯度的刀口K切去一半，最終投入成像系統Q（高速攝像機）中，即可捕捉到不同氣流密度的流體。

優勢及套用

紋影法具有結果簡單，成像技術好，精度高等優勢，將人眼不可見的流體密度變化轉化為光強信息記錄下來，使得對流場的觀測更為直接形象，特別是彩色紋影技術的發展，使得拍攝的圖像更加美觀。

紋影法作為最常用的光測方法，在流體力學實驗中具有廣泛的套用，可用於觀測氣流的邊界層、燃燒、激波、氣體內的冷熱對流以及風洞或水洞流場。