成员信息：2015214105班金烨、吴忠辉、王天宇，指导教师：肖井华、杨胡江
视频简介
设计原理与方法：
纹影法
纹影法(Schlieren photography)是一种用于展现不同密度流体在流场中分布的光学方法。其最初思路源自罗伯特-胡克，并由奥古斯特-托普勒进行了改良。休伯特-沙尔丁首次为纹影法确定了名称并沿用至今。
图1 常见的光学流场观察方式。从左至右分别为阴影法、纹影法和干涉仪法
对于流场的光学观察手段主要有三种：阴影法(Shadowgraph)、纹影法(Schlieren Photography)和干涉仪(Interferometry)法。其中纹影法能够最为直观地观测由于流体的行为。本实验中采用的成像光路为最基础的纹影法光路，即由一个聚焦的点光源、一个刀片（滤波片）、一面凹面球面镜与一台摄像机组成。其具体光路参见如下示意图。点光源和刀片同时置于球面镜的两倍焦距处，而物体则尽可能近地放置在镜面前。通过调整摄像机焦距和光圈能够观察到明亮而均匀的实像。
图2单镜纹影法成像光路。
纹影法的成像的原理是通过光线在不同折射率介质中传播产生的折射等效应，导致光线在像平面上强度不再均匀而产生的明暗图样。对于阴影法，即直接用光源照射流场所投射在屏上的阴影不同，纹影法实际上测量的是刀片法向光线折射率的一阶导数，而阴影法则是二阶导数。对于完全均匀的流体介质，当刀片遮挡住一半反射光线时，摄像机中拍摄的光斑应该为一半亮度的点光源倒立实像。当置于室内时，由于室内空气并非完全静止，此时可在摄像机上观察到细微的明暗变化。若将蜡烛等能够扰动气流的物体置于镜面前，则可以观察到其对周围流场产生的影响。
由于摄相机与点光源在光路中并非共轴重合，因而成像会存在细微的像差。这种相差可通过将刀片替换为分束器，或改为半透半反劈尖等方式进行优化。当球面镜焦距足够大时，该种相差可忽略不计。另外，为了使物体流场成像更为清晰，应尽量将其靠近镜面，使入射和反射光线两次偏折角叠加后不至于过大。
声光衍射
声波在气体、液体介质中传播时，作为一种纵向机械应力波，它是以液体密度周期变化来进行传播的，会引起介质密度呈疏密交替的变化。在超声波前进方向上垂直地放置一个反射面，当调节它与波源间的距离使其为波长的整数倍，即l=K*𝜆/2时，则可形成超声驻波，液体内呈现疏密相间的周期性密度分布。当光通过这种介质时，就相当于通过一个透射光栅，因而会发生衍射
实验仪器与装置:
长焦相机一个；焦距一米的凹面镜一面；蜡烛若干；信号发生器一台；点光源一个；装有不同液体水缸若干。
数据测量与分析:
分析：以四氯化碳为例，我们通过纹影法观测到的图像得到光栅常数，从而推得该液体中声速20°时911.4m/s，与查表结果相比误差1.6%，在可以接受范围内。
结论：
用纹影法观察蜡烛火焰能清楚看到火焰包络，便于观察同向反向振动。也可以定性和定量观测超声光栅，测量相关参数。
项目创新与特色：
引入纹影法观测，将人眼不可见的流体密度变化转化为光强信息记录下来，使得对流场的观测更为直接形象。
也可以把这个引入教学实验中，因为操作简便、原理简单，能更加直观观测实验现象。
