紋影儀是一種利用光線在密度不均勻介質(zhì)中偏折原理，實(shí)現(xiàn)流場密度變化可視化的光學(xué)儀器。當(dāng)氣體或液體中存在溫度、壓力或成分的不均勻分布時(shí)，介質(zhì)密度隨之變化，折射率也相應(yīng)改變。平行光線穿過密度梯度區(qū)域時(shí)發(fā)生偏折，通過適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)將這些偏折轉(zhuǎn)換為可見的明暗變化，就可以觀察到流場的密度分布。紋影技術(shù)是空氣動力學(xué)、燃燒學(xué)、傳熱學(xué)等領(lǐng)域研究的重要實(shí)驗(yàn)手段。
紋影儀的基本光學(xué)系統(tǒng)包括光源、準(zhǔn)直鏡、測試段、紋影鏡和觀察屏。點(diǎn)光源發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn)直鏡形成平行光，穿過測試段中的流場。流場中的密度梯度使光線發(fā)生偏折。紋影鏡將光線聚焦，在焦點(diǎn)位置放置刀口光闌，切割部分光線。偏折的光線因刀口阻擋在觀察屏上形成陰影，密度梯度越大，陰影越明顯。CCD相機(jī)或高速攝像機(jī)記錄紋影圖像，實(shí)現(xiàn)流場的可視化觀測。
紋影技術(shù)的敏感性取決于光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)配置。光源狹縫寬度和刀口高度決定靈敏度，狹縫越細(xì)、刀口越靠近焦點(diǎn)，靈敏度越高，但光強(qiáng)也越低，需要權(quán)衡選擇。焦距越長，偏折相同角度的光線在像面上的位移越大，靈敏度越高。透鏡或反射鏡的質(zhì)量影響圖像清晰度?，F(xiàn)代紋影系統(tǒng)采用高亮度LED或激光光源、高質(zhì)量光學(xué)元件和高分辨率相機(jī)，成像質(zhì)量顯著提高。
紋影儀在空氣動力學(xué)研究中應(yīng)用廣泛。風(fēng)洞試驗(yàn)中，紋影儀可以清晰顯示機(jī)翼激波、附面層、尾流等流動現(xiàn)象，幫助理解氣動特性。激波位置和形狀對阻力、升力有重要影響，紋影是觀察激波最直接的方法。可壓縮流動中的馬赫波、膨脹波、壓縮波等都可以通過紋影顯示。高速飛行器、火箭的氣動設(shè)計(jì)都依賴紋影實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
在燃燒研究中，紋影技術(shù)同樣發(fā)揮重要作用。燃燒過程中氣體溫度變化劇烈，密度梯度大，紋影可以顯示火焰形狀、燃燒區(qū)域、溫度場分布。氣體射流與周圍空氣的混合過程、燃燒室中的流動結(jié)構(gòu)、爆震波的傳播等都可以通過紋影觀察。彩色紋影技術(shù)通過特殊濾波器將不同折射率區(qū)域顯示為不同顏色，增強(qiáng)可視化效果。
紋影技術(shù)的局限在于只能顯示密度梯度，不能直接測量密度值。對于密度變化較小的流場，靈敏度可能不足。流場的三維結(jié)構(gòu)在二維圖像上疊加，有時(shí)難以分辨。定量測量需要結(jié)合其他技術(shù)（如干涉法）或進(jìn)行復(fù)雜的圖像處理。這些局限推動了背景導(dǎo)向紋影（BOS）等新技術(shù)的發(fā)展。
