燃烧光影的极限之旅:EyeiTS像增强模组与高速相机的完美拍档

  在碳氢燃料燃烧的实际实验中,拍摄CH和OH基团面临诸多挑战。主要原因在于这些基团的自发光信号非常微弱,容易被强光背景淹没,因此对拍摄设备的灵敏度要求极高。在拍摄羟基(OH基团)等发光基团过程中,其发光波长位于紫外波段。常规高速相机不仅在紫外波段量子效率不高,且由于高速拍摄过程中曝光时间短,拍摄信号微弱,因此用高速相机捕捉火焰燃烧过程是一个巨大的挑战。

 

  研究背景

 

  碳氢燃料燃烧研究涵盖了能源、环境、化学、材料、航空航天、安全工程和可再生能源等多个领域。拍摄燃烧过程中生成的中间产物CH和OH基团成像实验是碳氢燃料燃烧的重要手段之一。拍摄这些基团不仅可以深入理解燃烧机理,优化燃烧效率,控制污染排放,还能在高温高压条件下改进燃烧技术,并支持新型燃料的开发。

 

  借助中智科仪EyeiTS像增强模组,燃烧过程中的信号显著增强,并将其波段转换到高速相机高量子效率的范围,从而弥补了高速相机在紫外波段量子效率低的缺憾,有效解决了紫外波段的成像问题。

 

  实验方案

 

  一、实验设备:

 

  1)中智科仪EyeiTS像增强模组:型号EyeiTS-S-HQB-F;

 

  2)高速相机;

 

  3)紫外镜头;

 

  4)430nm窄带滤光片。

 

  二、实验任务描述:

 

  在航空煤油燃烧过程中捕捉CH基团。

 

  三、实验测试流程:

 

  1.在紫外镜头上加装430nm窄带滤光片,紫外镜头安装在EyeiTS像增强模组前端,高速相机安装在像增强模组后端,分别调节镜头和像增强模组后端内置中继镜头进行对焦。

 

  2. EyeiTS像增强模组设置为连续模式,增益≥2000,具体增益根据实际拍摄效果设置。由于煤油燃烧是一个强湍流大尺度的动态过程,波动频率较高,高速相机拍摄频率设置为5000Hz,以捕捉CH基团的波动过程。

 

  图1 实验现场图片

 

  实验结果

 

  借助EyeiTS像增强模组,高速相机成功拍摄了煤油旋流火焰中CH基团自发光的高速变化过程。

 

  图4 煤油燃烧过程中CH基团发光图像

 

  结论

 

  实验结果表明,在低曝光时间下,EyeiTS像增强模组可以以合适的增益捕捉到煤油旋流火焰中CH基团的分布情况,从而展现出不同时刻CH基团的空间分布。实验成功证明了EyeiTS像增强模组与高速相机的结合,是捕捉燃烧过程中间产物并进行研究分析的强有力的工具。通过这项技术,可以更清晰地了解燃烧过程中基团分布及其变化,为燃烧过程的进一步研究奠定坚实的基础。

 

  解决方案

 

  由中智科仪自主研发生产的EyeiTS像增强模组适用于灵敏度要求以及高速采集速度要求较高的实验:

 

 

  01、单光子探测灵敏度:

 

  在火焰燃烧诊断实验中,选用Hi-QE Blue 光阴极,在紫外波段的量子效率高达30%以上;更高增益的双层MCP可选,最高增益高达15万倍,支持单光子信号探测。

 

  02、超高采集频率:

 

  EyeiTS高速像增强模组最高可支持百万帧高速成像采集。

 

  03、精准的时序控制:

 

  EyeiTS高速像增强模组可选择D410时序同步控制器,具有3路独立输入输出的时序同步控制器,最短延迟时间为10ps;

 

  04、高通量紫外镜头:

 

  F/2超大通量紫外镜头专为火焰燃烧优化设计。

2024-08-30