碳?xì)淙剂先紵芯亢w了能源、環(huán)境、化學(xué)、材料、航空航天、安全工程和可再生能源等多個(gè)領(lǐng)域。利用激光誘導(dǎo)熒光(LIF)來拍攝燃燒過程中生成的中間產(chǎn)物CH和OH基團(tuán)成像實(shí)驗(yàn)是碳?xì)淙剂先紵闹匾侄沃?。拍攝這些基團(tuán)不僅可以深入理解燃燒機(jī)理，優(yōu)化燃燒效率，控制污染排放，還能在高溫高壓條件下改進(jìn)燃燒技術(shù)，并支持新型燃料的開發(fā)。

實(shí)驗(yàn)背景

在碳?xì)淙剂先紵膶?shí)際實(shí)驗(yàn)中，拍攝CH和OH基團(tuán)面臨諸多挑戰(zhàn)。主要原因在于這些基團(tuán)的自發(fā)光信號(hào)非常微弱，容易被強(qiáng)光背景淹沒，因此對(duì)拍攝設(shè)備的靈敏度要求極高。在燃燒過程中，CH基團(tuán)的自發(fā)光波長(zhǎng)為430 nm，盡管其自發(fā)光較弱，但通過適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)手段，我們依然能夠克服這些困難，實(shí)現(xiàn)清晰地捕捉火焰中的OH和CH基團(tuán)的分布情況。那么，我們是如何做到這一點(diǎn)的呢?

實(shí)驗(yàn)設(shè)備

在我們北京航空航天大學(xué)宇航學(xué)院的“EyeiTS像增強(qiáng)器配合高速相機(jī)拍攝高頻激光誘導(dǎo)熒光”實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，我們使用中智科儀EyeiTS像增強(qiáng)器搭配Phantom V711高速相機(jī)，以及Nikon紫外光學(xué)鏡頭和430 nm窄帶濾光片等設(shè)備完成測(cè)試。

EyeiTS高速成像增強(qiáng)模組

● 高達(dá)15萬倍增益 ● 支持百萬幀高速成像 ● 先進(jìn)的二代Hi-QE及三代GaAs光陰極 ● 3ns/500ps光學(xué)快門 ● 三通道同步時(shí)序控制器

EyeiTS高速像增強(qiáng)模組能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)103至10?倍以上的光學(xué)增益。其獨(dú)特的Hi-QE系列高量子效率光陰極在紫外和藍(lán)光優(yōu)化波段表現(xiàn)出色，量子效率超過30%，從而實(shí)現(xiàn)了高靈敏度的高速成像，非常適合應(yīng)用于燃燒、等離子體等領(lǐng)域。

在PLIF應(yīng)用中，需要高速拍攝羥基(OH基團(tuán))等發(fā)光基團(tuán)，其發(fā)光波長(zhǎng)位于紫外波段。EyeiTS高速圖像增強(qiáng)模組通過顯著增強(qiáng)信號(hào)光，并將其波段轉(zhuǎn)換到高速相機(jī)高量子效率的范圍，從而彌補(bǔ)了高速相機(jī)在紫外波段量子效率低的缺憾，有效解決了紫外波段的成像問題。

實(shí)驗(yàn)過程

在本次實(shí)驗(yàn)中，采用 EyeiTS 像增強(qiáng)器以連續(xù)模式工作：

1. 設(shè)備安裝和調(diào)整：我們?cè)诤娇彰河腿紵鹧嬷胁蹲紺H基團(tuán)。首先，在紫外鏡頭上加裝430 nm窄帶濾光片，然后將紫外鏡頭安裝在EyeiTS像增強(qiáng)器前端，高速相機(jī)安裝在像增強(qiáng)器后方，調(diào)節(jié)鏡頭焦距進(jìn)行對(duì)焦。

2. 拍攝設(shè)置

由于煤油燃燒是一個(gè)強(qiáng)湍流大尺度的動(dòng)態(tài)過程，波動(dòng)頻率較高，我們將高速相機(jī)的拍攝頻率設(shè)置為5000 Hz，以捕捉CH基團(tuán)的波動(dòng)過程。

3. 拍攝結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過EyeiTS像增強(qiáng)器的常開模式，配合高速相機(jī)和430 nm濾光片，我們成功拍攝了煤油旋流火焰中CH基團(tuán)自發(fā)光的高速變化過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在低曝光時(shí)間下，EyeiTS像增強(qiáng)器可以以合適的增益捕捉到煤油旋流火焰中CH基團(tuán)的分布情況，從而展現(xiàn)出不同時(shí)刻CH基團(tuán)的空間分布。

這次實(shí)驗(yàn)的成功證明了EyeiTS像增強(qiáng)器與高速相機(jī)的完美配合，為燃燒過程中中間產(chǎn)物的研究提供了強(qiáng)有力的工具。通過這項(xiàng)技術(shù)，我們能夠更清晰地了解燃燒過程中的基團(tuán)分布及其變化，為進(jìn)一步的燃燒研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

審核編輯 黃宇