LIF&PLIF診斷系統詳細介紹

LIF（Laser Induced Fluorescence） 與PLIF（Planar Laser Induced Fluorescence） 是一種廣泛用于液態、氣態等物質燃燒場中各種組分濃度與溫度場分析的重要分析方法，由于它是采用光學非接觸式測量，同時又具有很高的靈敏度以及時間與空間分辨率，因此很受廣大科研人員的歡迎。
LIF&PLIF診斷系統詳細介紹目前，LIF以及PLIF的主要應用領域包括：
過程工程學：例如攪拌器的混合，加熱以及冷卻系統
生物醫藥工程學
流體力學：擾動混合，熱傳遞模型，燃燒，噴射，激波管等
LIF與PLIF目前已經廣泛應用于上述實驗過程中的原子與分子相關參數例如溫度與濃度測量中。原子類粒子的檢測被稱為LEAF（Laser Excited Atomic Fluorescence），這部分粒子可以直接測量，例如燃燒過程中的很多自由基以及粒子都可以通過LIF與PLIF的方法進行直接測量。但是若實驗過程本身并不包含有可以通過LIF與PLIF直接激發的粒子，則必須通過加入示蹤粒子的辦法進行成像測量。
LIF與PLIF系統主要具有如下的應用特點：
非接觸式測量
可以且定量的對溫度場以及濃度場進行測量
可以與速度測量結合在一起，待測系統的傳輸特性（例如紊流擴散系統）可以同時得到

圖1. PLIF/LIF實驗系統示意圖
對于經典的PLIF與LIF系統來說，整套系統的基本配置如下：
1.激光源系統：可以根據測試對象的不同，選擇不同的輸出波長與能量；
2.柱面晶體：用于把激光變成可以用于PLIF系統的片狀光；
3.示蹤粒子：一般常用的示蹤粒子包括若丹明6G（濃度測量），若丹明B（用于溫度測量）以及磷酸二氫鈉熒光粉（用于溫度或者濃度測量）；
4.測系統：根據要求可以采用合適的ICCD，進行適當的延遲后得到特定時刻的熒光信息；同時還可以加上光譜儀等設備，進行光譜分析，以便得到更豐富的信息；
5.時序控制裝置：對整個實驗的時序進行控制；
6.附屬設備：附屬設備主要包括用于搭建光路所必須采用的光學平臺，光具座，調整架以及反射鏡等光學配件；
7.數據采集與分析軟件：可以對溫度以及濃度場進行分析研究。
 
由先鋒科技、北京卓立漢光儀器有限公司與中國科技大學科研人員歷經多年共同研制開發的LIF與PLIF診斷系統，致力于為國內廣大的LIF與PLIF相關研究人員提供一套完善的LIF與PLIF系統分析工具。
為了達到好的分析效果，此系統內的硬件配置，全部采用*zui*的相關產品，同時又集成了中國科技大學科研人員十幾年的研究經驗以及其根據實際使用體會編制的數據采集與分析軟件，可以針對用戶所提出的要求提出*的解決方案。
本套系統標準的技術指標如下：
*激發波長：220-780nm連續可調，可以根據要求延展到200-4500nm
*線寬：0.8cm-1，可以根據要求zui窄可以達到0.05cm-1
*單脈沖能量：110mJ@560nm
*柱面鏡：50mm
*球形聚焦透鏡：焦距500mm
*片光厚度：0.1-0.3mm
*光斑直徑：3-6mm
*重復頻率：10Hz
*影像zui短采集時間：2ns
*延時范圍：0-2000s
*延遲通道：4通道，可根據要求延展到8通道
*ICCD芯片結構：1024*1024
*ICCD像素大小：13um*13um
*像增強器直徑尺寸：18mm，可根據要求更換為25mm
*動態范圍：16bit
*光譜采集范圍：200-875nm，可根據要求擴展到920nm
*讀出速度：1MHz
*軟件自動對溫度以及濃度場進行分析
此套系統可以提供如下您需要的信息：
*OH、CH等眾多基團的濃度分布測試
*燃燒場的溫度場測試

圖2 正激波溫度測量結果（激波自左至右，2% NO示蹤劑，馬赫數2.6）

 

激波在75度的斜劈上的規則反射： 實驗條件：P4=103 kPa，P1=4.0 kPa 馬赫數：2.6

圖3激波在斜劈規則反射溫度測量結果（75°，激波自左至右）

下表為不同基團的吸收波長，用戶可根據實際的實驗情況選擇具體的自由基作為示蹤粒子。
基團              吸收波長/nm
OH                308 / 285
CH                431
CO                230
NO                226
SO                267
O2                217
SO2             320
NO2             590
NH               336
C2                516


法國Quan公司TDL90染料激光器

 TDL90染料激光器輸出波長一覽表

英國Andor公司產ICCD

美國斯坦福公司DG645時序發生器

搭建實驗系統所需要的光學元件與光學配件

搭建實驗系統所需要的光學元件與光學配件

搭建實驗系統所需要的光學元件與光學配件