Cristin-prosjekt-ID: 452747
Sist endret: 12. februar 2016, 10:35

Cristin-prosjekt-ID: 452747
Sist endret: 12. februar 2016, 10:35
Prosjekt

Developments in Optical Measurements Techniques

prosjektleder

Kristian Sveen
ved Mekanikk ved Universitetet i Oslo

prosjekteier / koordinerende forskningsansvarlig enhet

  • Matematisk institutt ved Universitetet i Oslo

Finansiering

  • TotalbudsjettNOK 9.987.000
  • Norges forskningsråd
    Prosjektkode: 231491

Klassifisering

Vitenskapsdisipliner

Mekaniske og strømningstekniske fag

Emneord

Fluidmekanikk

Kategorier

Prosjektkategori

  • Bidragsprosjekt
  • Doktorgradsprosjekt

Kontaktinformasjon

Tidsramme

Avsluttet
Start: 1. januar 2014 Slutt: 31. desember 2017

Beskrivelse Beskrivelse

Tittel

Developments in Optical Measurements Techniques

Populærvitenskapelig sammendrag

Hot air rising above a surface such as tarmac may often be seen to cause
mirages which appear like a lake or body of water at a distance. The
apparent water is in fact a reflection of the sky caused by the refractive
index of the hot air. This effect was first noted by scientist Robert Hooke in
1665. In 1864 German scientist August Toepler was studying the quality
of optical lenses and invented what we today know as Schlieren imaging
(schliere is German for "streak"). Changes in refractive index (caused
by density gradients) in a material will give rise to variations in how light
is refracted through the material. Toepler introduced a way to limit light
which was shifted in one direction and keep the light which was shifted
in the other direction. In this way he was able to not only locate where a
flaw in his lens was located, but also learn something about the shape of
the flaw. The Schlieren technique as invented by Toepler was relatively
expensive and required substantial expertise. In the late 1990's two groups
of researchers, at University of Cambridge and at the German Aerospace Center in Göttingen, independently discovered a much simpler and cheaper
way to measure the same information. They discovered essentially what
Hooke had discovered 300 years earlier - variations in the refractive index of
an object will give rise to an apparent motion of a background pattern located
behind the experiment. By using a digital camera to image a random pattern
located behind the measurement object, they could measure the apparent
displacement using pattern recognition software and thereby calculate the
change in refractive index gradient. The DOMT project will work to improve
this digital Schlieren technique and apply it to 3 different experiments of
practical, everyday use.

Vitenskapelig sammendrag

Synthetic Schlieren (SS) is a measurement technique that measures
changes in a density gradient field using the refraction of light. The technique is a digital version of the original Schlieren technique developed by Toepler
and Focault independently in the late 1800's. This technique was based on
an elaborate optical setup featuring a knife edge placed at the focal point of
the experiment. The knife edge would serve to mask out light rays that were
refracted in one direction, whereas light rays refracted in the other direction
would remain. Hence, the resulting image would contain bright and dark
patches depending on the refractive index variations.
The digital version of Schlieren was first published by a group at Cambridge
University (Dalziel et al, 1998) and subsequently by a group in Göttingen
(Meier, 1999), independently. Their version of the Schlieren technique is
based on imaging a known background pattern located behind an optically
transparent experiment section. Refractive index changes in the experiment
will give rise to apparent displacements of the background pattern, and
hence, by applying pattern matching principles one may calculate the depth
integrated density gradient field.
Up until now Synthetic Schlieren has relied on acquiring two subsequent
images of the background pattern with a known time spacing and there
has been no way of acquiring instantaneous measurements. This
may, for example, be highly important when the density gradients in
the experiment changes with both motion of the fluid and temperature
variations. Furthermore, for very long time-series, the original Synthetic
Schlieren concept will see a significant impact of temporal fluctuations in the
surroundings, such as the air in a laboratory.
The primary objective of the present proposal is to develop and publish
a technique that enables instantaneous density gradient measurements.
Secondarily, the project will generalize the pattern matching principles of
Synthetic Schlieren.

Tittel

Utvikling av optiske måleteknologier

Populærvitenskapelig sammendrag

Varm luft som stiger fra en farm overflate, for eksempel asfalt, kan ofte
forårsake såkalte luftspeilinger hvor man kan få inntrykk av at asfalten
forsvinner ut i en innsjø. Vannet er i praksis en refleksjon av himmelen, som
er forårsaket av at den varme luften har en annen brytningsindeks enn kald
luft. Effekten av hvorledes lys beveger seg gjennom luft ble først beskrevet
av vitenskapsmannen Robert Hooke i 1665. I 1864 studerte den tyske
forskeren August Toepler optiske linser og fant opp en metode som i dag er
kjent som Schlieren (Schliere er tysk for strek). Endringer i brytningsindeks,
som for en linse typisk ville være en liten feil eller unøyaktighet, vil sørge
for at lys blir avbøyd på sin vei gjennom objektet. Toepler fant på en måte
å sørge for at lys som blir avbøyd en vei blir maskert ut, mens lys som
blir avøyd en annen vei blir beholdt. På den måten kunne han si noe
om både hvor linsene hans hadde feil, og også noe om hvordan feilen
så ut. Schlieren teknikken som Toepler oppfant var til dels kostbar og
krevde betydelig ekspertise for praktisk bruk. På sent 1990-tall oppdaget
to uavhengige forsknings-grupper, ved Universitetet i Cambridge og det
Tyske Luft- og Romfartsinstituttet i Göttingen, en mye enklere og billigere
måte å utføre Schlieren målingene på. De oppdaget det samme som Hooke
hadde oppdaget i 1665 - variasjoner i brytningsindeks vil gi opphav til
en tilsynelatende bevegelse av et bakgrunnsmønster. Ved å fokusere et
digitalt kamera på et bakgrunnsmønster kunne de måle den tilsynelatende
bevegelsen ved hjelp av programvare for mønstergjenkjenning og dermed
regne seg tilbake til endringen av brytningsindeksen. Prosjektet DOMT vil
arbeide med en forbedring av denne digitale Schlieren metoden og anvende
den på 3 forskjellige eksperimenter med praktisk betydning.

prosjektdeltakere

prosjektleder
Aktiv cristin-person

Kristian Sveen

  • Tilknyttet:
    Prosjektleder
    ved Mekanikk ved Universitetet i Oslo
  • Tilknyttet:
    Prosjektdeltaker
    ved Strømningsteknikk ved Institutt for energiteknikk

Lisa Smith

  • Tilknyttet:
    Prosjektdeltaker
    ved Mekanikk ved Universitetet i Oslo

Murat Tutkun

  • Tilknyttet:
    Prosjektdeltaker
    ved Mekanikk ved Universitetet i Oslo
  • Tilknyttet:
    Prosjektdeltaker
    ved Strømningsteknikk ved Institutt for energiteknikk

Atle Jensen

  • Tilknyttet:
    Prosjektdeltaker
    ved Mekanikk ved Universitetet i Oslo

Jostein Kolaas

  • Tilknyttet:
    Prosjektdeltaker
    ved Mekanikk ved Universitetet i Oslo
  • Tilknyttet:
    Prosjektdeltaker
    ved Matematisk institutt ved Universitetet i Oslo
1 - 5 av 5