श्लेयरन फोटोग्राफी
श्लीरेन फोटोग्राफी द्रव प्रवाह को चित्रित करने की एक प्रक्रिया है। पराध्वनिक गति का अध्ययन करने के लिए 1864 में जर्मन भौतिक विज्ञानी अगस्त टॉपलर द्वारा आविष्कार किया गया, यह वस्तुओं के चारों ओर वायु प्रवाह को चित्रित करने के लिए वैमानिकी अभियांत्रिकी में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
शास्त्रीय प्रकाशीय प्रणाली
एक प्रकाशीय शिलेरेन प्रणाली का शास्त्रीय कार्यान्वयन एक लक्षित वस्तु पर, या पीछे से चमकने वाले एकल संमिलित स्रोत से प्रकाश का उपयोग करता है। द्रव पदार्थ में घनत्व प्रवणता के कारण होने वाले अपवर्तक सूचकांक में बदलाव समांतरित प्रकाश किरण को विकृत करते हैं। यह विकृति प्रकाश की तीव्रता (भौतिकी) में एक स्थानिक भिन्नता पैदा करती है, जिसे सीधे एक शैडोग्राफ(छायाचित्र) प्रणाली के साथ देखा जा सकता है।
शास्त्रीय शिलेरेन छवि प्रणाली एक या दो दर्पणों का उपयोग करते हुए दो विन्यासों में दिखाई देते हैं। प्रत्येक कारक में, एक पारदर्शी वस्तु को समांतरित या लगभग-समांतरित प्रकाश से प्रकाशित किया जाता है। किरणें जो वस्तु द्वारा विक्षेपित नहीं होती हैं, अपने केंद्र बिंदु पर आगे बढ़ती हैं, जहां वे चाकू की धार से अवरुद्ध हो जाती हैं। किरणें जो वस्तु द्वारा विक्षेपित होती हैं, उनके पास चाकू की धार को बिना अवरुद्ध किए गुजरने का मौका होता है। नतीजतन, कोई चाकू की धार के बाद एक कैमरा रख सकता है जैसे कि वस्तु की छवि किरणों के विक्षेपण के कारण तीव्रता (भौतिकी) भिन्नता प्रदर्शित करेगी। परिणाम चाकू की धार के लिए सामान्य (ज्यामिति) दिशा में घनात्मक और ऋणात्मक द्रव घनत्व ढ़ाल के अनुरूप हल्के और गहरे पैच(धब्बे) का एक समूह है। जब चाकू की धार का उपयोग किया जाता है, तो प्रणाली को सामान्यतः एक शिलेरेन प्रणाली के रूप में संदर्भित किया जाता है, जो चाकू की धार की दिशा में घनत्व के पहले व्युत्पन्न को मापता है। यदि चाकू की धार का उपयोग नहीं किया जाता है, तो प्रणाली को सामान्यतः एक शैडोग्राफ(छायाग्राफ) प्रणाली के रूप में संदर्भित किया जाता है, जो घनत्व के दूसरे व्युत्पन्न को मापता है।
दो-दर्पण शिलेरेन प्रणाली (कभी-कभी जेड-विन्यास कहा जाता है) में, स्रोत को पहले दर्पण से मिलाया जाता है, संमिलित प्रकाश वस्तु को पार करता है और फिर दूसरे दर्पण द्वारा केंद्रित होता है। यह सामान्यतः एकल-दर्पण विन्यास का उपयोग करने की तुलना में उच्च संकल्प(रिज़ॉल्यूशन) छवि (वस्तु में बेहतर विवरण देखने) की अनुमति देता है।
- Schlieren system designs
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दो-दर्पण शिलेरेन प्रणाली का प्रकाशीय विन्यास, केवल अविचलित किरणें दिखा रहा है।
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कैमरे के संसूचक पर प्रतिबिम्बित विचलित किरणों को दिखाते हुए, दो-दर्पण शिलेरेन प्रणाली का प्रकाशीय विन्यास।
यदि द्रव का प्रवाह एक समान है, तो छवि स्थिर होगी, लेकिन किसी भी अशांति से जगमगाहट (खगोल विज्ञान) होगी, झिलमिलाहट का प्रभाव जो गर्म दिन में गर्म सतहों पर देखा जा सकता है। तात्कालिक घनत्व प्रोफाइल की कल्पना करने के लिए, एक छोटी अवधि की फ्लैश (फोटोग्राफी) (निरंतर रोशनी के बजाय) का उपयोग किया जा सकता है।
फ़ोकसिंग शीलरेन प्रकाशीय प्रणाली
20वीं सदी के मध्य में, आर ए बर्टन ने शिलेरेन फोटोग्राफी का एक वैकल्पिक रूप विकसित किया[1], जिसे अब सामान्यतः ह्यूबर्ट शार्डिन के एक सुझाव के आधार पर फोकसिंग शिलेरेन या लेंस और ग्रिड शिलेरेन कहा जाता [2]है। फोकसिंग शिलेरेन प्रणाली सामान्यतः वैषम्य पैदा करने के लिए विशेषता चाकू की धार को बनाए रखते हैं, लेकिन समांतरित प्रकाश और एकल चाकू की धार का उपयोग करने के बजाय, वे फोकसिंग छवि प्रणाली के साथ दोहराए गए किनारों के एक रोशनी प्रतिरूप का उपयोग करते हैं।।
मूल विचार यह है कि प्रदीप्ति प्रतिरूप को ध्यान केंद्रित करने वाले प्रकाशिकी के साथ ज्यामितीय रूप से सर्वांगसम कटऑफ प्रतिरूप (अनिवार्य रूप से चाकू के किनारों की बहुलता) पर चित्रित किया जाता है, जबकि प्रदीप्ति प्रतिरूप और कटऑफ प्रतिरूप के बीच स्थित घनत्व प्रवणताओं की छवि, सामान्यतः एक कैमरा प्रणाली द्वारा ली जाती है। शास्त्रीय शिलेरेन की तरह, विकृतियां विरूपण की स्थिति और दिशा के अनुरूप उज्ज्वल या अंधेरे के क्षेत्रों का उत्पादन करती हैं, क्योंकि वे किरणों को या तो कटऑफ प्रतिरूप के अपारदर्शी भाग से या उससे दूर पुनर्निर्देशित करते हैं। शास्त्रीय शिलेरेन में, पूरे किरण पथ पर विकृतियों को समान रूप से देखा जाता है, शिलेरेन को ध्यान में रखते हुए, केवल कैमरे के वस्तु क्षेत्र में विकृतियों को स्पष्ट रूप से चित्रित किया जाता है। वस्तु क्षेत्र से दूर विकृतियां धुंधली हो जाती हैं, इसलिए यह तकनीक कुछ हद तक गहराई चयन की अनुमति देती है। इसका यह लाभ भी है कि व्यापक विविधता वाली प्रबुद्ध पृष्ठभूमि का उपयोग किया जा सकता है, क्योंकि समतलीकरण की आवश्यकता नहीं है। यह प्रक्षेपण-आधारित फ़ोकसिंग शीलरेन प्रणाली के निर्माण की अनुमति देता है, जो शास्त्रीय शिलेरेन प्रणाली की तुलना में निर्माण और संरेखित करना बहुत आसान है। शास्त्रीय शिलेरेन में समांतरित प्रकाश की आवश्यकता प्रायः बड़ी प्रणालियों के निर्माण के लिए एक पर्याप्त व्यावहारिक बाधा होती है, क्योंकि संपार्श्विक प्रकाशिकी की आवश्यकता दृश्य के क्षेत्र के समान आकार की होती है। फोकसिंग शिलेरेन प्रणाली एक बड़े रोशनी पृष्ठभूमि प्रतिरूप के साथ कॉम्पैक्ट(सघन) प्रकाशिकी का उपयोग कर सकते हैं, जो विशेष रूप से प्रोजेक्शन प्रणाली के साथ उत्पादन करना आसान है। बड़े डिमैग्निफिकेशन(आवर्धन) वाले प्रणाली के लिए, पृष्ठभूमि प्रतिरूप को डिफोकस करने की अनुमति देने के लिए रोशनी प्रतिरूप को देखने के क्षेत्र की तुलना में लगभग दोगुना बड़ा होना चाहिए।[3][4]
पृष्ठभूमि-उन्मुख तकनीकें
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पृष्ठभूमि-उन्मुख शिलेरेन तकनीक केंद्रित छवियों में बदलाव को मापने या देखने पर निर्भर करती है। इन तकनीकों में, पृष्ठभूमि और शिलेरेन ऑब्जेक्ट (कल्पना की जाने वाली विकृति) दोनों फोकस में हैं और विरूपण का पता लगाया जाता है क्योंकि यह पृष्ठभूमि छवि का हिस्सा अपनी मूल स्थिति के सापेक्ष चलता है। इस फोकस आवश्यकता के कारण, वे बड़े पैमाने के अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किए जाते हैं जहां शिलेरेन ऑब्जेक्ट और पृष्ठभूमि दोनों दूर हैं (सामान्यतः प्रकाशीय प्रणाली की हाइपरफोकल दूरी से परे)। चूंकि इन प्रणालियों को एक कैमरे से अलग किसी अतिरिक्त प्रकाशिकी की आवश्यकता नहीं होती है, वे प्रायः निर्माण करने के लिए सबसे सरल होते हैं, लेकिन वे सामान्यतः अन्य प्रकार के शिलेरेन प्रणालियों के रूप में संवेदनशील नहीं होते हैं, संवेदनशीलता कैमरा रिज़ॉल्यूशन(संकल्प) द्वारा सीमित होती है। तकनीक को एक उपयुक्त पृष्ठभूमि छवि की भी आवश्यकता होती है। कुछ कारको में, प्रयोगकर्ता द्वारा पृष्ठभूमि प्रदान की जा सकती है, जैसे कि एक यादृच्छिक धब्बेदार प्रतिरूप या तेज रेखा, लेकिन प्राकृतिक रूप से होने वाली विशेषताएं जैसे कि परिदृश्य या उज्ज्वल प्रकाश स्रोत जैसे सूर्य और चंद्रमा का भी उपयोग किया जा सकता है।[5] पृष्ठभूमि-उन्मुख शीलरेन को प्रायः सॉफ्टवेयर तकनीकों का उपयोग करके प्रदर्शित किया जाता है जैसे कि डिजिटल(अंकीय) छवि सहसंबंध और कृत्रिम शीलरेन करने के लिए प्रकाशीय प्रवाह विश्लेषण, लेकिन एक एनालॉग प्रकाशीय प्रणाली के साथ धारी छवि में समान प्रभाव प्राप्त करना संभव है।
रूपांतर और अनुप्रयोग
प्रकाशीय शीलरेन पद्धति पर विविधताओं में एक रंगीन लक्ष्य द्वारा चाकू की धार को बदलना सम्मलित है, जिसके परिणामस्वरूप इंद्रधनुषी शीलरेन होता है जो प्रवाह को देखने में सहायता कर सकता है। अलग-अलग धार विन्यास जैसे कि केंद्रित छल्ले भी अस्थिर ढ़ाल दिशाओं के प्रति संवेदनशीलता दे सकते हैं, और डिजिटल(अंकीय) डिस्प्ले और न्यूनाधिक का उपयोग करके प्रोग्राम करने योग्य डिजिटल(अंकीय) धार पीढ़ी का प्रदर्शन किया गया है। अनुकूली प्रकाशिकी पिरामिड वेवफ्रंट(तरंग) संवेदक शीलरेन का एक संशोधित रूप है (एक अपवर्तक वर्ग पिरामिड के कोने से बने दो लंबवत चाकू किनारों वाले)।
पूर्ण शिलेरेन प्रकाशीय प्रणाली को घटकों से बनाया जा सकता है, या व्यावसायिक रूप से उपलब्ध उपकरणों के रूप में खरीदा जा सकता है। सेटल्स की 2001 की पुस्तक में सिद्धांत और संचालन का विवरण दिया गया है।[6] USSR ने एक बार मकसुतोव दूरबीन सिद्धांत के आधार पर कई परिष्कृत शिलेरेन प्रणालियों का उत्पादन किया, जिनमें से कई अभी भी पूर्व सोवियत संघ और चीन में जीवित हैं।
शिलेरेन फोटोग्राफी का उपयोग मीडिया के प्रवाह की कल्पना करने के लिए किया जाता है, जो स्वयं पारदर्शी होते हैं (इसलिए, उनके आंदोलन को सीधे नहीं देखा जा सकता है), लेकिन अपवर्तक सूचकांक ढ़ाल बनाते हैं, जो शिलेरेन छवियों में या तो भूरे रंग के रंगों या रंग में भी दिखाई देते हैं। अपवर्तक सूचकांक ढाल या तो एक ही द्रव पदार्थ के तापमान/दबाव में परिवर्तन या मिश्रण और विलयन में घटकों की सांद्रता में भिन्नता के कारण हो सकते हैं। प्राक्षेपिकी और पराध्वनिक या हाइपरसोनिक वाहनों में प्रघाती तरंगों का अध्ययन गैस गतिकी में एक विशिष्ट अनुप्रयोग है। ताप, भौतिक अवशोषण[7] या रासायनिक प्रतिक्रियाओं के कारण होने वाले प्रवाह की कल्पना की जा सकती है। इस प्रकार शिलेरेन फोटोग्राफी का उपयोग कई अभियांत्रिकी समस्याओं में किया जा सकता है जैसे कि ताप हस्तांतरण, रिसाव का पता लगाना, सीमा परत की टुकड़ी का अध्ययन और प्रकाशिकी का लक्षण वर्णन।
यह भी देखें
- लेजर शीलरेन विक्षेपणमिति
- मैक-जेन्डर व्यतिकरणमापी
- मूर विक्षेपणमिति
- श्लेयरन
- श्लेयरन छवि
- एक्स-रे फ़ोटो(छायाचित्र)
संदर्भ
- ↑ Burton, Ralph A. (1949-11-01). "फील्ड के बड़े क्षेत्रों के लिए एक संशोधित श्लीरेन उपकरण". Journal of the Optical Society of America. The Optical Society. 39 (11): 907. doi:10.1364/josa.39.000907. ISSN 0030-3941. PMID 15393811.
- ↑ Schardin, Hubert (1942). "Die Schlierenverfahren und ihre Anwendungen". सटीक प्राकृतिक विज्ञान के परिणाम. Vol. 20. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. pp. 303–439. doi:10.1007/bfb0111981. ISBN 978-3-540-77206-4.
- ↑ Goulding, J. S. (2006). लार्ज-स्केल फोकसिंग श्लीरेन सिस्टम्स का अध्ययन (Masters Thesis). University of Witwatersrand.
- ↑ Weinstein, L.M. (2010). "लेंस और ग्रिड श्लेयरन और मोशन कैमरा श्लेयरन की समीक्षा और अद्यतन". The European Physical Journal Special Topics. Springer Science and Business Media LLC. 182 (1): 65–95. doi:10.1140/epjst/e2010-01226-y. ISSN 1951-6355. S2CID 120530340.
- ↑ Kamlet, Matt (2016-04-13). "बोस्को उड़ानों के साथ फोटोग्राफिक शॉकवेव अनुसंधान नई ऊंचाइयों तक पहुंचा". NASA Website. Retrieved 2016-05-05.
- ↑ Settles, G. S. (2001). Schlieren and shadowgraph techniques: Visualizing phenomena in transparent media. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. doi:10.1007/978-3-642-56640-0. ISBN 978-3-642-63034-7. S2CID 135790075.
- ↑ Okhotsimskii, Andrei; Hozawa, Mitsunori (1998). "Schlieren visualization of natural convection in binary gas–liquid systems". Chemical Engineering Science. Elsevier BV. 53 (14): 2547–2573. doi:10.1016/s0009-2509(98)00092-x. ISSN 0009-2509.
बाहरी संबंध
- Grady, Denise (2008-10-28). "The Mysterious Cough, Caught on Film". The New York Times. p. D3. Retrieved 2008-10-28.
- "Schlieren Photography – How Does It Work?". ian.org. 2010-01-22. Retrieved 2020-04-04.
- "High-speed Ballistics Imaging: A Guest Blog from Nathan Boor of Aimed Research". mousegunaddict.blogspot.com. 2013-06-10. Retrieved 2020-04-04.
- Buckner, Benjamin D.; L’Esperance, Drew (2013). "Digital synchroballistic schlieren camera for high-speed photography of bullets and rocket sleds". Optical Engineering. 52 (8): 083105. doi:10.1117/1.OE.52.8.083105. ISSN 0091-3286.
- Archived at Ghostarchive and the Wayback Machine: "Schlieren Optical System & Aerodynamic Tests 1958 Shell Oil Co. Educational Film XD13174". PeriscopeFilm. 2020-04-03 – via YouTube.
