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The Diagnosis Systems Based on LIF&PLIF Techniques

LIF&PLIF诊断系统


LIF(Laser Induced Fluorescence) 与PLIF(Planar Laser Induced Fluorescence) 是一种广泛用于液态、气态等物质燃烧场中各种组分浓度与温度场分析的重要分析方法，由于它是采用光学非接触式测量，同时又具有很高的灵敏度以及时间与空间分辨率，因此很受广大科研人员的欢迎。

目前，LIF以及PLIF的主要应用领域包括：
 
过程工程学：例如搅拌器的混合，加热以及冷却系统
 
生物医药工程学
 
流体力学：扰动混合，热传递模型，燃烧，喷射，激波管等
 
LIF与PLIF目前已经广泛应用于上述实验过程中的原子与分子相关参数例如温度与浓度测量中。原子类粒子的检测被称为LEAF（Laser Excited Atomic Fluorescence），这部分粒子可以直接测量，例如燃烧过程中的很多自由基以及粒子都可以通过LIF与PLIF的方法进行直接测量。但是若实验过程本身并不包含有可以通过LIF与PLIF直接激发的粒子，则必须通过加入示踪粒子的办法进行成像测量。
 
LIF与PLIF系统主要具有如下的应用特点：
 
非接触式测量
可以精确且定量的对温度场以及浓度场进行测量
可以与速度测量结合在一起，待测系统的传输特性（例如紊流扩散系统）可以同时得到

图1. PLIF/LIF实验系统示意图
 
对于经典的PLIF与LIF系统来说，整套系统的基本配置如下：
 
1.激光源系统：可以根据测试对象的不同，选择不同的输出波长与能量；
2.柱面晶体：用于把激光变成可以用于PLIF系统的片状光；
3.示踪粒子：一般常用的示踪粒子包括若丹明6G(浓度测量)，若丹明B（用于温度测量）以及磷酸二氢钠荧光粉（用于温度或者浓度测量）；
4.测系统：根据要求可以采用合适的ICCD，进行适当的延迟后得到特定时刻的荧光信息；同时还可以加上光谱仪等设备，进行光谱分析，以便得到更丰富的信息；
5.时序控制装置：对整个实验的时序进行控制；
6.附属设备：附属设备主要包括用于搭建光路所必须采用的光学平台，光具座，调整架以及反射镜等光学配件；
7.数据采集与分析软件：可以对温度以及浓度场进行分析研究。
 
由先锋科技贸易有限公司、北京卓立汉光仪器有限公司与中国科技大学科研人员历经多年共同研制开发的LIF与PLIF诊断系统，致力于为国内广大的LIF与PLIF相关研究人员提供一套完善的LIF与PLIF系统分析工具。
 
为了达到最好的分析效果，此系统内的硬件配置，全部采用全世界最顶尖的相关产品，同时又集成了中国科技大学科研人员十几年的研究经验以及其根据实际使用体会编制的数据采集与分析软件，可以针对用户所提出的要求提出最佳的解决方案。
 
本套系统标准的技术指标如下：
 
*激发波长：220-780nm连续可调，可以根据要求延展到200-4500nm
*线宽：0.8cm-1，可以根据要求最窄可以达到0.05cm-1
*单脉冲能量：110mJ@560nm
*柱面镜：50mm
*球形聚焦透镜：焦距500mm
*片光厚度：0.1-0.3mm
*光斑直径：3-6mm
*重复频率：10Hz
*影像最短采集时间：2ns
*延时范围：0-2000s
*延迟通道：4通道，可根据要求延展到8通道
*ICCD芯片结构：1024*1024
*ICCD像素大小：13um*13um
*像增强器直径尺寸：18mm，可根据要求更换为25mm
*动态范围：16bit
*光谱采集范围：200-875nm，可根据要求扩展到920nm
*读出速度：1MHz
*软件自动对温度以及浓度场进行分析
此套系统可以提供如下您需要的信息：
*OH、CH等众多基团的浓度分布测试
*燃烧场的温度场测试
 
图2 正激波温度测量结果（激波自左至右，2% NO示踪剂，马赫数2.6）

激波在75度的斜劈上的规则反射：

实验条件：P4=103 kPa，P1=4.0 kPa

马赫数：2.6

 

 

图3激波在斜劈规则反射温度测量结果（75°，激波自左至右）
 
下表为不同基团的吸收波长，用户可根据实际的实验情况选择具体的自由基作为示踪粒子。
基团              吸收波长/nm
OH                308 / 285
 CH                   431
CO                230
NO                226
SO                267
O2                217
SO2             320
NO2             590
NH               336
C2                516
 

 
法国Quantel公司TDL90染料激光器
 

 
 TDL90染料激光器输出波长一览表
 
英国Andor公司产ICCD

 
 
美国斯坦福公司DG645时序发生器

 
 
搭建实验系统所需要的光学元件与光学配件

 
 
搭建实验系统所需要的光学元件与光学配件

 
 
搭建实验系统所需要的光学元件与光学配件

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