捕捉瞬息火焰中的CH基團——EyeiTS像增強器與高速相機的絕佳搭檔

碳氫燃料燃燒研究涵蓋了能源、環(huán)境、化學、材料、航空航天、安全工程和可再生能源等多個領(lǐng)域。利用激光誘導熒光(LIF)來拍攝燃燒過程中生成的中間產(chǎn)物CH和OH基團成像實驗是碳氫燃料燃燒的重要手段之一。拍攝這些基團不僅可以深入理解燃燒機理，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燃燒技術(shù)，并支持新型燃料的開發(fā)。

實驗背景

在碳氫燃料燃燒的實際實驗中，拍攝CH和OH基團面臨諸多挑戰(zhàn)。主要原因在于這些基團的自發(fā)光信號非常微弱，容易被強光背景淹沒，因此對拍攝設(shè)備的靈敏度要求極高。在燃燒過程中，CH基團的自發(fā)光波長為430 nm，盡管其自發(fā)光較弱，但通過適當?shù)脑鰪娛侄?，我們依然能夠克服這些困難，實現(xiàn)清晰地捕捉火焰中的OH和CH基團的分布情況。那么，我們是如何做到這一點的呢?

實驗設(shè)備

在我們北京航空航天大學宇航學院的“EyeiTS像增強器配合高速相機拍攝高頻激光誘導熒光”實驗測試中，我們使用中智科儀EyeiTS像增強器搭配Phantom V711高速相機，以及Nikon紫外光學鏡頭和430 nm窄帶濾光片等設(shè)備完成測試。

EyeiTS高速成像增強模組

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

EyeiTS高速像增強模組能夠?qū)崿F(xiàn)高達103至10?倍以上的光學增益。其獨特的Hi-QE系列高量子效率光陰極在紫外和藍光優(yōu)化波段表現(xiàn)出色，量子效率超過30%，從而實現(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)等發(fā)光基團，其發(fā)光波長位于紫外波段。EyeiTS高速圖像增強模組通過顯著增強信號光，并將其波段轉(zhuǎn)換到高速相機高量子效率的范圍，從而彌補了高速相機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。

實驗過程

在本次實驗中，采用 EyeiTS 像增強器以連續(xù)模式工作：

1. 設(shè)備安裝和調(diào)整：我們在航空煤油燃燒火焰中捕捉CH基團。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像增強器前端，高速相機安裝在像增強器后方，調(diào)節(jié)鏡頭焦距進行對焦。

2. 拍攝設(shè)置

由于煤油燃燒是一個強湍流大尺度的動態(tài)過程，波動頻率較高，我們將高速相機的拍攝頻率設(shè)置為5000 Hz，以捕捉CH基團的波動過程。

3. 拍攝結(jié)果

實驗結(jié)論

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

這次實驗的成功證明了EyeiTS像增強器與高速相機的完美配合，為燃燒過程中中間產(chǎn)物的研究提供了強有力的工具。通過這項技術(shù)，我們能夠更清晰地了解燃燒過程中的基團分布及其變化，為進一步的燃燒研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。

審核編輯 黃宇