Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Шлі́рен-зйо́мка (ме́тод Те́плера) — це процес, який використовується для візуалізації потоку текучих середовищ з різною щільністю. Винайдений німецьким фізиком 1864 року для вивчення надзвукового руху. Цей процес широко використовується в авіаційній техніці, щоб сфотографувати потік повітря навколо об'єктів.
Класична оптична система
Класична реалізація оптичної шлірен-системи використовує світло від одного точкового джерела світла. Зміна показника заломлення, викликаного градієнтами щільності в рідині спотворює промінь світла. Це спотворення створює просторову зміну інтенсивності світла, яка може бути візуалізована безпосередньо тіньовою системою.
У класичній шлірен-зйомці, точкове джерело світла фокусується на оптичному елементі (звичайно лінза або увігнуте дзеркало). У фокусі об'єктива розміщують діафрагму (гостре лезо — лезо Фуко), для того щоб блокувати близько половини світла. У потоці однорідної щільності це дозволяє зробити фотографію на половину яскравості. Проте в потоці з варіаціями щільності спотворений промінь фокусується недосконало, і частинки, які були зосереджені в районі, охопленому лезом ножа блокуються. Результатом є набір світлих і темних плям, відповідно позитивних і негативних градієнтів щільності газу в напрямку, перпендикулярному до леза. Коли використовується лезо, то систему, як правило, називають шлірен-системою, яка вимірює першу похідну від щільності в напрямі леза. Якщо лезо, не використовується, то система, як правило, називається тіньовою системою, яка вимірює другу похідну від щільності.
Якщо потік газу однорідний то зображення буде стійким, але будь-яка турбулентність викликатиме мерехтіння (ефект, який можна побачити на гарячих поверхнях в сонячний день). Щоб візуалізувати профілі миттєвої щільності, можна використовувати малу тривалість спалаху.
Фокусуюча оптична шлірен-система
У середині 20-го століття, Р. А. Бертон розробив альтернативну форму шлірен-методу. Фокусуючі шлірен-системи зазвичай зберігають характерне лезо, для того, щоб створити контраст, але замість того щоб використовувати точкове джерело світла та одне лезо, вони використовують розподіл освітленості повторюваних лез, котрий фокусує систему формування зображення.
У той час як у класичній шлірен зйомці, спотворення по всій траєкторії пучка візуалізуються в рівній мірі, у фокусуючій шлірен-системі, тільки спотворення в полі об'єктива камери чітко відображені. Спотворення далеко від поля об'єктива стають розмитими, тому цей метод дає деякий ступінь вибору глибини. Також може бути використано широке розмаїття освітлюваних шарів, так як джерело світла не повинно бути точковим. Це дозволяє будувати проєкції на основі фокусування шлірен-систем, які набагато простіше створювати і вирівнювати, ніж класичні системи. Потреба у точковому джерелі світла у класичній шлірен-зйомці часто є суттєвою перешкодою для створення великих систем. Для систем з великим зменшення масштабу, розподіл освітленості повинен приблизно в два рази перевищувати розмір поля зору, щоб дозволити розмитість фону.
Варіації і додатки
Варіації на тему шлірен-зйомки включають заміну леза на кольорову ціль, що призводить до райдужних зображень, які можуть допомогти у візуалізації потоку. Різні крайові конфігурації, такі як концентричні кільця, можуть також додати чутливості до зміни напрямків градієнта. У СРСР колись було розроблено ряд складних тіньових систем заснованих на принципі телескопа Максутова, багато з яких до сьогодні використовують.
Тіньова фотографія використовується для візуалізації потоків середовищ, які самі по собі є прозорими (отже, їх рух не може бути безпосередньо видно), але утворюють певний показник заломлення, вони стають видимими в тіньових зображеннях або як відтінки сірого чи інших кольорів
Практичне використання
Шлірен-метод отримав особливо широке поширення при візуалізації різних процесів в повітряному середовищі. Це відноситься, наприклад, до досліджень розподілу щільності повітряних потоків, що утворюються при обтіканні моделей в аеродинамічних трубах, тобто, в авіаційній техніці. Застосовується, також в механіці рідини, балістиці, вивченні поширення і змішування газів і розчинів, дослідженні теплообміну за рахунок конвекції і т. П.
Мінусом практичного використання класичного шлірен-методу є необхідність поміщати досліджуваний об'єкт в паралельний пучок променів, що йде через лінзи або увігнуті дзеркала. Ця обставина змушувала або виготовляти дорогі, громіздкі установки, або використовувати зменшені моделі реальних технічних пристроїв.
У 80-х роках XX століття американський фізик Леонард М. Вайнштейн (англ. Leonard M. Weinstein) запропонував використовувати світловідбиваючий екран, за своїми властивостями схожий з катафотом, який дозволяв працювати з розбіжними променями. В результаті були отримані повномасштабні зображення ударних хвиль від вибухів, конвекційних потоків від промислового обладнання і людей.
У 2003 році професор механіки Пенсільванського університету Гарі Сеттл (англ. Gary Settle) запропонував використовувати спеціальні світлоповертаючі покриття, що взагалі зняло обмеження на розмір досліджуваних об'єктів.
Джерела
- Burton, R.A., "A Modified Schlieren Apparatus for Large Areas of Field," J. Opt. Soc. Am. 39, 907–907 (1949).
- Schardin, H., Ergebnisse der Exakten Natur-wissenschaft 20, p. 303 (1942)
- Goulding, J.S., [A Study of Large-Scale Focusing Schlieren Systems], Masters Thesis, University of Witwatersrand (2006).
- Weinstein, L.M., “Review and update of lens and grid schlieren and motion camera schlieren,” Eur. Phys. J. Special Topics 182, 65–95 (2010).
- Settles, G. S., Schlieren and shadowgraph techniques: Visualizing phenomena in transparent media, Berlin:Springer-Verlag, 2001.
- A. Okhotsimskii, M. Hozawa. Schlieren visualization of natural convection in binary gas-liquid systems. Chemical Engineering Science, Volume 53, Number 14, 15 July 1998, pp. 2547-2573
Зовнішні посилання
| Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Шлірен-зйомка |
- Grady, Denise (28 жовтня 2008). . The New York Times. с. D3. Архів оригіналу за 2 лютого 2017. Процитовано 28 жовтня 2008.
- Schlieren Photography – How Does It Work? [ 3 жовтня 2016 у Wayback Machine.]
- High-Speed Ballistic Imaging [ 14 жовтня 2016 у Wayback Machine.]
- “Digital synchroballistic schlieren camera for high-speed photography of bullets and rocket sleds,” in Optical Engineering (subscription to SPIE Digital Library required)
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Shli ren zjo mka me tod Te plera ce proces yakij vikoristovuyetsya dlya vizualizaciyi potoku tekuchih seredovish z riznoyu shilnistyu Vinajdenij nimeckim fizikom 1864 roku dlya vivchennya nadzvukovogo ruhu Cej proces shiroko vikoristovuyetsya v aviacijnij tehnici shob sfotografuvati potik povitrya navkolo ob yektiv Foto T 38S zroblene pid chas polotu za dopomogoyu shliren metodu Klasichna optichna sistemaKlasichna realizaciya optichnoyi shliren sistemi vikoristovuye svitlo vid odnogo tochkovogo dzherela svitla Zmina pokaznika zalomlennya viklikanogo gradiyentami shilnosti v ridini spotvoryuye promin svitla Ce spotvorennya stvoryuye prostorovu zminu intensivnosti svitla yaka mozhe buti vizualizovana bezposeredno tinovoyu sistemoyu U klasichnij shliren zjomci tochkove dzherelo svitla fokusuyetsya na optichnomu elementi zvichajno linza abo uvignute dzerkalo U fokusi ob yektiva rozmishuyut diafragmu gostre lezo lezo Fuko dlya togo shob blokuvati blizko polovini svitla U potoci odnoridnoyi shilnosti ce dozvolyaye zrobiti fotografiyu na polovinu yaskravosti Prote v potoci z variaciyami shilnosti spotvorenij promin fokusuyetsya nedoskonalo i chastinki yaki buli zoseredzheni v rajoni ohoplenomu lezom nozha blokuyutsya Rezultatom ye nabir svitlih i temnih plyam vidpovidno pozitivnih i negativnih gradiyentiv shilnosti gazu v napryamku perpendikulyarnomu do leza Koli vikoristovuyetsya lezo to sistemu yak pravilo nazivayut shliren sistemoyu yaka vimiryuye pershu pohidnu vid shilnosti v napryami leza Yaksho lezo ne vikoristovuyetsya to sistema yak pravilo nazivayetsya tinovoyu sistemoyu yaka vimiryuye drugu pohidnu vid shilnosti Yaksho potik gazu odnoridnij to zobrazhennya bude stijkim ale bud yaka turbulentnist viklikatime merehtinnya efekt yakij mozhna pobachiti na garyachih poverhnyah v sonyachnij den Shob vizualizuvati profili mittyevoyi shilnosti mozhna vikoristovuvati malu trivalist spalahu Fokusuyucha optichna shliren sistemaDiagrama fokusuyuchoyi shliren sistemi ane za dopomogoyu Shliren zjomki U seredini 20 go stolittya R A Berton rozrobiv alternativnu formu shliren metodu Fokusuyuchi shliren sistemi zazvichaj zberigayut harakterne lezo dlya togo shob stvoriti kontrast ale zamist togo shob vikoristovuvati tochkove dzherelo svitla ta odne lezo voni vikoristovuyut rozpodil osvitlenosti povtoryuvanih lez kotrij fokusuye sistemu formuvannya zobrazhennya U toj chas yak u klasichnij shliren zjomci spotvorennya po vsij trayektoriyi puchka vizualizuyutsya v rivnij miri u fokusuyuchij shliren sistemi tilki spotvorennya v poli ob yektiva kameri chitko vidobrazheni Spotvorennya daleko vid polya ob yektiva stayut rozmitimi tomu cej metod daye deyakij stupin viboru glibini Takozh mozhe buti vikoristano shiroke rozmayittya osvitlyuvanih shariv tak yak dzherelo svitla ne povinno buti tochkovim Ce dozvolyaye buduvati proyekciyi na osnovi fokusuvannya shliren sistem yaki nabagato prostishe stvoryuvati i virivnyuvati nizh klasichni sistemi Potreba u tochkovomu dzhereli svitla u klasichnij shliren zjomci chasto ye suttyevoyu pereshkodoyu dlya stvorennya velikih sistem Dlya sistem z velikim zmenshennya masshtabu rozpodil osvitlenosti povinen priblizno v dva razi perevishuvati rozmir polya zoru shob dozvoliti rozmitist fonu Variaciyi i dodatkiUdarna hvilya kuli Variaciyi na temu shliren zjomki vklyuchayut zaminu leza na kolorovu cil sho prizvodit do rajduzhnih zobrazhen yaki mozhut dopomogti u vizualizaciyi potoku Rizni krajovi konfiguraciyi taki yak koncentrichni kilcya mozhut takozh dodati chutlivosti do zmini napryamkiv gradiyenta U SRSR kolis bulo rozrobleno ryad skladnih tinovih sistem zasnovanih na principi teleskopa Maksutova bagato z yakih do sogodni vikoristovuyut Tinova fotografiya vikoristovuyetsya dlya vizualizaciyi potokiv seredovish yaki sami po sobi ye prozorimi otzhe yih ruh ne mozhe buti bezposeredno vidno ale utvoryuyut pevnij pokaznik zalomlennya voni stayut vidimimi v tinovih zobrazhennyah abo yak vidtinki sirogo chi inshih koloriv source source source source source source Videozapis postrilu kuli za dopomogoyu shliren metodu Praktichne vikoristannyaShliren metod otrimav osoblivo shiroke poshirennya pri vizualizaciyi riznih procesiv v povitryanomu seredovishi Ce vidnositsya napriklad do doslidzhen rozpodilu shilnosti povitryanih potokiv sho utvoryuyutsya pri obtikanni modelej v aerodinamichnih trubah tobto v aviacijnij tehnici Zastosovuyetsya takozh v mehanici ridini balistici vivchenni poshirennya i zmishuvannya gaziv i rozchiniv doslidzhenni teploobminu za rahunok konvekciyi i t P Minusom praktichnogo vikoristannya klasichnogo shliren metodu ye neobhidnist pomishati doslidzhuvanij ob yekt v paralelnij puchok promeniv sho jde cherez linzi abo uvignuti dzerkala Cya obstavina zmushuvala abo vigotovlyati dorogi gromizdki ustanovki abo vikoristovuvati zmensheni modeli realnih tehnichnih pristroyiv U 80 h rokah XX stolittya amerikanskij fizik Leonard M Vajnshtejn angl Leonard M Weinstein zaproponuvav vikoristovuvati svitlovidbivayuchij ekran za svoyimi vlastivostyami shozhij z katafotom yakij dozvolyav pracyuvati z rozbizhnimi promenyami V rezultati buli otrimani povnomasshtabni zobrazhennya udarnih hvil vid vibuhiv konvekcijnih potokiv vid promislovogo obladnannya i lyudej U 2003 roci profesor mehaniki Pensilvanskogo universitetu Gari Settl angl Gary Settle zaproponuvav vikoristovuvati specialni svitlopovertayuchi pokrittya sho vzagali znyalo obmezhennya na rozmir doslidzhuvanih ob yektiv DzherelaBurton R A A Modified Schlieren Apparatus for Large Areas of Field J Opt Soc Am 39 907 907 1949 Schardin H Ergebnisse der Exakten Natur wissenschaft 20 p 303 1942 Goulding J S A Study of Large Scale Focusing Schlieren Systems Masters Thesis University of Witwatersrand 2006 Weinstein L M Review and update of lens and grid schlieren and motion camera schlieren Eur Phys J Special Topics 182 65 95 2010 Settles G S Schlieren and shadowgraph techniques Visualizing phenomena in transparent media Berlin Springer Verlag 2001 A Okhotsimskii M Hozawa Schlieren visualization of natural convection in binary gas liquid systems Chemical Engineering Science Volume 53 Number 14 15 July 1998 pp 2547 2573Zovnishni posilannyaVikishovishe maye multimedijni dani za temoyu Shliren zjomka Grady Denise 28 zhovtnya 2008 The New York Times s D3 Arhiv originalu za 2 lyutogo 2017 Procitovano 28 zhovtnya 2008 Schlieren Photography How Does It Work 3 zhovtnya 2016 u Wayback Machine High Speed Ballistic Imaging 14 zhovtnya 2016 u Wayback Machine Digital synchroballistic schlieren camera for high speed photography of bullets and rocket sleds in Optical Engineering subscription to SPIE Digital Library required