1
Измерительные испытательные системы
численное моделирование   /   шум вибрация давление
динамика потоков жидкости и газа
оборудование для краш испытаний   /  метрология
+ 7 (495) 799-90-92
+ 7 (495) 204-18-51
Каталог
Система лазерно-индуцированной гидроксильной флуоресценции OH LIF с разрешением по времени

Система лазерно-индуцированной гидроксильной флуоресценции OH LIF с разрешением по времени

Визуализация высокоскоростного фронта пламени при турбулентном горении

1.jpg

 

Современное решение для визуализации фронта пламени с временным разрешением

Визуализация фронта пламени посредством OH плоской лазерно-индуцированной флуоресценции ( LIF) может выполняться с использованием достаточно высокой частоты кадров, чтобы получить сведения о быстрой динамике при различных вариантах горения, среди которых воспламенение, распространение пламени и локальное угасание. Наша планарная система лазерно-индуцированной гидроксильной флуоресценции OH LIF с временным разрешением объединяет новейшие разработки в области высокоскоростной визуализации и лазерных технологий с удобным программным обеспечением для обработки высокоскоростного сбора данных и анализа даже самых сложных процессов турбулентного горения.

Основные преимущества

•     Усовершенствованный твердотельный лазер (Nd:YAG) и перестраиваемый лазер на красителе способны работать с частотой повторения импульсов до 10 кГц

•     Высококачественная ультрафиолетовая оптика светового ножа

•     Широкий модельный ряд высокоскоростных КМОП-видеокамер

•     Чувствительные к ультрафиолету высокоскоростные усилители яркости изображения

•     Синхронизатор, характеризующийся сверхвысокой временной точностью в субнаносекундном диапазоне

•     Полноценная программная платформа для настройки системы, сбора данных, анализа данных и наглядного представления результатов

 


Мощный инструмент для исследования явлений турбулентного горения

Система лазерно-индуцированной гидроксильной флуоресценции с временным разрешением использует неинтрузивную (оптическую) методику двумерных измерений, основанную на лазерно-индуцированной флуоресценции гидроксильного радикала (ОН), образующегося во время горения. Луч высокоскоростного перестраиваемого лазера преобразуется в световой нож, освещающий тонкий плоский участок области горения и возбуждающий гидроксильные радикалы, которые впоследствии излучают флуоресцентный свет. Флуоресценция регистрируется видеокамерой с усилителем яркости изображения, после чего создается карта распределения гидроксила, которая используется для указания фронта пламени.

Благодаря удобному оборудованию и программному обеспечению пользователь быстро обретает полную уверенность в том, что он сможет управлять системой. DynamicStudio служит основой систем Dantec Dynamics, поскольку является наиболее всеобъемлющим программным обеспечением для визуализации оптической диагностики. Благодаря этому программному обеспечению можно легко управлять измерительной системой и выполнять расширенный анализ графических данных с целью извлечения ценной информации и улучшения понимания исследуемого процесса горения.

При необходимости система может также управлять вторым лазером и видеокамерой, например, во время синхронизированных измерений скорости с помощью анемометрии по изображениям частиц.

Краткое описание лазерно-индуцированной гидроксильной флуоресценции с разрешением по времени (Time resolved OH Laser-induced Fluorescence (TR OH LIF)

Система состоит из современного твердотельного лазера (Nd:YAG), перестраиваемого лазера на красителе (специально разработан для достижения высоких частот повторения), высокоскоростной КМОП-видеокамеры (оснащена усилителем яркости изображения, чувствительным к ультрафиолету), современных электронных компонентов для аппаратной синхронизации и программного обеспечения, выполняющего прямой сбор и анализ данных.

2.jpg

Обобщенное представление различных компонентов.

Источник лазерного излучения и оптические компоненты светового ножа

Энергия лазерного импульса является критически важным свойством для систем лазерно-индуцированной флуоресценции с разрешением по времени, поэтому выбор источника лазерного излучения имеет огромную важность. Для измерения лазерно-индуцированной гидроксильной флуоресценции с разрешением по времени используется усовершенствованный перестраиваемый лазер на красителе, накачиваемый твердотельным лазером Nd:YAG. Благодаря этому возможна генерация лазерных импульсов, которые затем возбуждают гидроксильные радикалы на волне длиной около 283 нм.

Источником накачки служит твердотельный диодный лазер на основе неодим-иттрий-алюминиевого граната. Такой лазер способен генерировать короткие импульсы длительностью от 10 нс и предназначен для работы совместно с перестраиваемым лазером на красителе. Для обеспечения соответствия лазера функциональным требованиям выполняется оптимизация частоты повторения и энергии импульсов каждого лазера с учетом конкретного применения.

Максимальная выходная мощность лазера на красителе достигается при использовании специального генератора второй гармоники (Second Harmonic Generator (SHG), оптимизированного для преобразования видимого света в ультрафиолет. Для выбора необходимого абсорбционного пика гидроксила требуется точная настройка выходной мощности лазера путем сканирования длины волны. Генератор второй гармоники позволяет настраивать выходной луч в диапазоне 220-320 нм.

Управление генератором второй гармоники осуществляется с помощью электропривода, поэтому фазовая синхронизация кристалла выполняется автоматически во время сканирования длины волны. В результате энергия импульсов лазера на красителе всегда оптимальна и не требует ручной настройки. Остается сосредоточиться на измерениях, а не на измерительном оборудовании.


 

Лазер на красителе характеризуется следующими особенностями:

•     ширина линии 0,06 см-1 при длине волны 580 нм обеспечивает более эффективное возбуждение узких линий поглощения, вследствие чего повышается отношение сигнал/шум;

•     цифровой выбор длины волны упрощает управление с помощью компьютера;

•     автоматическая фазовая синхронизация кристалла во время сканирования длины волны позволяет избавиться от необходимости ручной настройки.

Система комплектуется оптическими устройствами, используемыми для формирования ультрафиолетового светового ножа. Размеры светового ножа равны приблизительно 50 мм x 0,1 мм (при использовании вместе с регулятором сужения луча), а фокусное расстояние составляет 600 мм.

В целях формирования безопасной рабочей среды передача ультрафиолетового и видимого излучений твердотельного лазера (Nd:YAG) к месту формирования светового ножа осуществляется с использованием закрытой среды. Рекомендуется носить очки для юстировки лазерного луча и защиты от лазерного излучения.

Видеокамеры, усилители яркости изображения и объективы

Пользователям предлагается несколько типов КМОП (CMOS) - видеокамер, характеризующихся разной частотой кадров, размером пикселей, светочувствительностью и межкадровой выдержкой. Среди высококачественных видеокамер, рекомендованных для двухмерных измерений лазерно-индуцированной флуоресценции с разрешением по времени, доступна видеокамера SpeedSense 1212. Благодаря полной разрешающей способности сенсора 1280 x 800 пикселей такая видеокамера может получать данные со скоростью до 12,6 кГц. Наличие больших светочувствительных пикселей также способствует использованию видеокамеры SpeedSense 1212 в качестве великолепного средства измерения лазерно-индуцированной флуоресценции с разрешением по времени.

Видеокамера и усилитель яркости изображения являются отдельными компонентами, что позволяет модернизировать существующие системы, предназначенные для исследования горения. Данное решение идеально подходит для лабораторий, применяющих различные методы исследований, среди которых анемометрия по изображениям частиц и лазерно-индуцированная флуоресценция в жидких и газовых фазах (в том числе процессы горения), микроскопия и спектроскопия.

Усилители яркости изображения рассчитаны на работу с ультрафиолетовым, видимым и ближним инфракрасным излучением. Их широкополосный фотокатод позволяет охватить широкий спектр вариантов применения. Обеспечивается полный контроль над временем срабатывания затвора (от бесконечности до сверхбыстрого) и усилением. Для высокоскоростной съёмки доступны два модельных ряда видеокамер: серия L (минимальное время срабатывания затвора 40 нс, максимальная частота повторения 100 кГц) и серия H (минимальное время срабатывания затвора 10 нс, максимальная частота повторения 200 кГц). Видеокамеры серии H, характеризующиеся быстрым срабатывание затвора, наилучшим образом подходят для сверхбыстрых и светоинтенсивных процессов, таких как искрение и воспламенение.

Оптимизированное пропускание ультрафиолетового излучения специальным 100-миллиметровым объективом видеокамеры обеспечивает согласование с усилителями яркости. Для обнаружения флуоресценции гидроксила доступен специальный узкополосный интерференционный фильтр.

Высокоэффективный синхронизатор

Синхронизация лазерных импульсов, видеокамер и усилителей яркости изображения осуществляется высокоэффективным синхронизатором, полностью управляемым с помощью программного обеспечения DynamicStudio.

Синхронизатор представляет собой многоканальный генератор сигналов задержки с разрешением <= 1 нс. 32 выходных канала программируются независимо, благодаря чему доступны исчерпывающие возможности синхронизации и запуска для высокотребовательных процессов. Также имеются четыре входных канала для синхронизации с внешними устройствами или событиями, два аналоговых входа с частотой дискретизации до 500 кГц и четыре аналоговых выхода. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с отдельной спецификацией, посвященной синхронизаторам изображений.

Удобная программная платформа для обработки изображений и простого анализа данных

Основой системы получения изображений служит программное обеспечение DynamicStudio — удобная программная платформа для обработки изображений.

 

 

3.jpg

Оптика параллельного светового ножа для ультрафиолетового/видимого диапазона

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.jpg

КМОП-видеокамера SpeedSense

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.jpg

Высокоэффективный синхронизатор


Автоматически настраиваемая современная распределённая система упрощает получение полного контроля над оборудованием для сбора изображений. Сбор и анализ данных реализуются в рамках одной программной платформы, поэтому не нужно тратить время на экспорт данных для дальнейшего анализа.

Благодаря удобному доступу к большому количеству численных методов, а также к быстрым и точным методам калибровки и обработки, можно воспользоваться преимуществами работы с по-настоящему удобной программной платформой.

Программное обеспечение предоставляет возможность использовать следующие численные методы:

•     обработка данных на основе:

◊    фильтрации сигналов лазерно-индуцированной флуоресценции и коррекции усиления;

◊     коррекции энергии (учитывается коррекция профиля светового ножа, плотность потока энергии и энергетический баланс);

◊     физических основ флуоресценции с учетом исследуемой горючей основы (возможен расчет заполненности состояния, частоты излучения и коэффициента поглощения поперечного сечения);

•     статистическая обработка по изображениям лазерно-индуцированной флуоресценции и скалярным картам;

•     обнаружение фронта пламени/межфазной границы;

•     обнаружение фронта пламени с последующим высокоточным анализом скорости по фронту пламени (для комбинированных измерений анемометрии по изображениям частиц и лазерно-индуцированной гидроксильной флуоресценции).

6.jpg                          7.jpg

Левый рисунок: одиночный кадр поднятого пламени при одновременном использовании лазерно-индуцированной гидроксильной флуоресценции TR OH LIF и TR PIV анемометрии по изображениям частиц. Правый рисунок: обнаружение фронта пламени с использованием лазерно-индуцированной гидроксильной флуоресценции OH LIF (черная линия) позволяет проводить разделенный на фазы анализ анемометрии по изображениям частиц PIV в горючих (красный) и негорючих (синий) областях для улучшения результатов анемометрии по изображениям частиц.

Программное обеспечение позволяет выполнять многие процедуры в автоматическом режиме, например, коррекцию энергии лазерных импульсов (для каждого отдельного изображения лазерно-индуцированной флуоресценции), калибровку оборудования, обработку данных и т. д. DynamicStudio содержит также библиотеку обработки изображений (Image Processing Library ( IPL), которая представляет собой обширный «электронный каталог» численных методов, обеспечивающих быстрое улучшение качества изображений, фильтрацию изображений и другую дополнительную численную обработку с целью получения наилучших результатов на основе изображений лазерно-индуцированной флуоресценции. Обработка полностью автоматизирована и предоставляет возможность макроанализа (то есть последовательность методов обработки).

Расширение возможностей анализа с помощью последовательностей анализа и технологии MatLab® Link

Анализ данных дополнительно усилен возможностью формирования последовательностей анализа и выполнения пакетной обработки, благодаря чему значительно ускоряется обработка больших наборов данных. Встраивание технологии MatLab Link в программное обеспечение DynamicStudio сделало возможным адаптацию анализа путем вызова пользовательских сценариев MatLab напрямую из DynamicStudio, что обеспечивает обработку данных непосредственно в рамках базы данных без необходимости предварительного экспорта данных.

Создание анимации и фильмов в формате AVI

Собранные и/или обработанные графические данные можно сразу воспроизвести при пониженной частоте кадров, чтобы быстро визуализировать процесс и оценить качество данных. В случае необходимости можно создать фильмы в формате AVI (с полным контролем частоты кадров).
Одновременное управление несколькими системами

Модульная архитектура систем позволяет пользователю управлять одновременно несколькими различными системами с помощью одного компьютера. Благодаря этому систему лазерно-индуцированной флуоресценции можно объединить с системой анемометрии по изображениям частиц, чтобы обеспечить одновременное измерение компонентов горения и скорости потока. Как вариант, можно объединить две системы лазерно-индуцированной флуоресценции, что позволит измерять одновременно два соединения.

Технические характеристики

Лазер накачки

Длина волны (нм)

532

Энергия импульса (мДж)

9 (от 0 до 10 кГц)

Длительность импульса (нс)

<10

Частота повторения (кГц)

0-15

 

Настраиваемый лазер на красителе

Основой диапазон настройки,

дифракционная решётка 2400 линий/мм

330-740 нм

Ширина линии

< 0,06 см1 при 580 нм

Ультрафиолетовый блок расширения

Внешний блок удвоения частоты с 4-мя призмами Пеллина-Брока

Кристалл удвоения частоты

Бета-борат бария, 220-320 нм

 

Видеокамера

SpeedSense

Скорость (кадр/с)

3260 ... 25700

800 ... 6600

Разрешение сенсора (пиксели)

1280 x 800

2048 x 1952 или 2560 x 1600

Размер пикселей (мкм)

20 или 28

10 или 13

Тип держателя объектива

F

F

 

Усилители яркости изображения

Высокоскоростная серия H 1

Высокоскоростная серия L

Максимальная частота повторения

200 кГц

100 кГц

Минимальное время срабатывания затвора

10 нс1

40 нс

Диаметр фотокатода

23,9 мм

25 мм

Материал фотокатода

Многощелочной2

S202

Люминесцентный экран

P46

P46

 

Программное обеспечение

DynamicStudio

Базовый пакет

Дополнительный модуль лазерно-индуцированной флуоресценции для продуктов горения

Дополнительный модуль лазерно-индуцированной флуоресценции для жидкостей и газов

Дополнительный модуль для динамического маскирования

1       Лучший выбор для сверхбыстрых и светоинтенсивных процессов, таких как искрение и воспламенение.

2       Оба материала (многощелочной и S20) имеют широкий спектральный диапазон (от ближней инфракрасной области до ультрафиолета).

Назад