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 измерения LII для измерения концентрации сажи


Система измерения LII для измерения концентрации сажи

Измерение объёмной концентрации сажи с помощью лазерного нагрева

 1.jpg

Количественная визуализация объёмной концентрации сажи

Система лазерного нагрева ( Laser-Induced Incandescence ( LII), созданная на основе новейших разработок в области лазеров и технологий визуализации и управляемая с помощью удобного программного обеспечения, представляет собой мощное средство контроля сажи. Благодаря полному контролю над сбором и анализом данных обеспечивается количественная двухмерная визуализация объёмной концентрации сажи и углерода. Кроме того, система лазерного нагрева хорошо подходит для лабораторных исследований с использованием открытого пламени, а также совместима с двигателями внутреннего сгорания и промышленными средами.

 

Основные преимущества

•     Бесконтактный метод визуализации для измерения объёмной концентрации сажи и углерода

•     Компактная мощная лазерная система, характеризующаяся безупречным качеством луча

•     Высокочувствительная видеокамера

•     Расширенные возможности синхронизации с временной точностью до долей наносекунд

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

•     Программный модуль для калибровки и обработки данных с целью получения прямой информации об объёмной концентрации сажи (в мкг/г) и эквиваленте концентрации углерода (в мг/см3)

 

Контроль сажи в процессе горения

Сажа считается опасным загрязняющим веществом, которое обычно образуется в результате неполного сгорания и, как следствие, напрямую связано с характеристиками горения. Лазерный нагрев (LII) представляет собой лазерно-оптический метод измерения, предназначенный для контроля сажи. Использование лазерного нагрева позволяет измерить объёмную концентрацию сажи (например, в выхлопных газах дизельного двигателя), а также получить мгновенные изображения распределения сажи во время ее образования внутри работающего двигателя внутреннего сгорания.

Краткое описание системы лазерного нагрева

Данные лазерного нагрева собирают на плоскости путем освещения исследуемого процесса тонким лазерным световым ножом. Освещенные частицы сажи поглощают свет и нагреваются лазерным излучением до очень высоких температур. Повышение температуры частиц сажи приводит к увеличению излучения абсолютно черного тела (планковского излучения) или степени накала. Затем накал регистрируется видеокамерой с усилителем яркости изображения. Такая видеокамера располагается перпендикулярно световому ножу. Интенсивность нагрева зависит от объёмной концентрации сажи, поэтому количественные измерения объёмной концентрации сажи необходимо проводить после надлежащей калибровки.

Обобщенное представление различных компонентов, синхронизации и потока данных.

Источник лазерного излучения

Источником светового излучения служит твердотельный лазер (неодим-иттрий-алюминиевый гранат), оптимизированный для частоты повторения 10 Гц. Такой лазер оснащен термостабилизированным генератором второй гармоники, который обеспечивает мощность импульсов 430 мДж при длине волны 532 нм. Возможность интеллектуальной автоматической настройки генератора второй гармоники позволяет поддерживать оптимальное согласование фаз и сохранять максимальную выходную энергию с течением времени. Лазер прост в эксплуатации и не требует использования внешнего водяного охлаждения или какой-либо сложной инфраструктуры. Система лазерного нагрева комплектуется надёжной оптикой светового ножа, которая формирует параллельную лазерную плоскость с постоянной интенсивностью освещения. Параллельная лазерная плоскость необходима для обеспечения одинаковости распределения интенсивности по высоте лазерной плоскости на глубину наблюдения поля обзора. Размеры светового ножа равны приблизительно 50 мм x 0,1 мм (при использовании вместе с регулятором сужения луча), а рабочее расстояние составляет 600 мм. В целях формирования безопасной рабочей среды рекомендуется носить очки для юстировки лазерного луча и защиты от лазерного излучения.

Видеокамеры, усилители яркости изображения и объективы

В качестве стандартной видеокамеры системы лазерного нагрева используется видеокамера HiSense Zyla, отличающаяся высокой чувствительностью и низким уровнем шумов.

Усилители яркости изображения рассчитаны на работу с ультрафиолетовым, видимым и ближним инфракрасным излучением. Их широкополосный фотокатод (многощелочной или S20) позволяет охватить широкий спектр вариантов применения, связанных с горением. Обеспечивается полный контроль над временем срабатывания затвора (от бесконечности до сверхбыстрого) и усилением. Минимальное время срабатывания затвора достигает 3 нс (зависит от модели усилителя). Также доступна релейная оптика, используемая для адаптации видеокамеры к усилителю яркости изображения.

Компания Dantec Dynamics предлагает широкий ассортимент видеообъективов для видимого света, а также переходное кольцо, позволяющее устанавливать фильтры на выбранный объектив. Каждая система оснащается объективом для оптимизации увеличения и поля обзора области измерения, а также интерференционным фильтром для рэлеевской термометрии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

Видеокамера HiSense Zyla с усилителем яркости изображения и объективом


 

Видеокамера и усилитель яркости изображения являются отдельными компонентами, благодаря чему обеспечивается гибкое использование оборудования. Данное решение идеально подходит для лабораторий, применяющих различные методы исследований, среди которых лазерный нагрев, рэлеевская термометрия, лазерно-индуцированная флуоресценция, анемометрия по изображениям частиц, микроскопия и спектроскопия.

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 комплексная программная платформа для обработки изображений. 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 экспортировать данные для последующей обработки.

Дополнительный программный модуль для лазерного нагрева позволяет использовать специальные процедуры калибровки и обработки. Процедура лазерного нагрева способствует выполнению быстрой надежной калибровки посредством записи одного набора изображений лазерного нагрева при хорошо известных условиях. Во время калибровки требуется лишь указать две различающиеся области набора изображений с известными концентрациями сажи, выбрать параметр шкалы – «в мкг/г» (линейная калибровка) или «мг углерода/см3» (логарифмическая калибровка) и завершить работу с простым диалоговым окном, содержащим информацию о лазерном световом ноже. Результатом является точная калибровка, которую можно использовать для прямого преобразования изображений лазерного нагрева в эквивалентные карты, характеризуемые мкг/г или концентрацией углерода.

При обработке данных о лазерном нагреве вычисление объёмной концентрации сажи или эквивалентной концентрации углерода выполняется на основе результатов ранее проведенной калибровки. Обработка изображений становится простой и точной благодаря автоматической компенсации колебаний энергии и распределения лазерного излучения между импульсами. Для достижения еще большей надежности обработки изображений процессов сажеобразования разработаны передовые алгоритмы, компенсирующие нелинейное поглощение, наблюдаемое на отдельных сажевых картах. Модуль высокой точности позволяет корректировать данные на основе энергетического баланса, результатов расчета локального поглощения энергии и длин проникновения.

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 ускоряется обработка больших наборов данных. Встраивание технологии MATLAB Link в программное обеспечение DynamicStudio сделало возможным адаптацию анализа путем вызова пользовательских сценариев MATLAB непосредственно из DynamicStudio, что обеспечивает обработку данных непосредственно в рамках базы данных без необходимости экспорта.

Дополнительная возможность

Блок контроля энергии импульсов

Для достижения более высокой точности используется проверенная методика, предусматривающая измерение флуктуаций между импульсами лазера с помощью блока контроля энергии импульсов и последующую компенсацию отклонений во время анализа изображений лазерно-индуцированной флуоресценции. Блок контроля энергии импульсов устанавливается между выходом лазера и оптикой светового ножа.

 

 

 

 

 

 


Высокоэффективный синхронизатор

 

 

 

 

 

 


Измерение объёмной концентрации сажи в коптящем диффузионном пламени


Технические характеристики

Лазер

Длина волны (нм)

532

Энергия импульса (мДж)

430

Длительность импульса (нс)

~5

Периодичность повторений (Гц)

10

 

Оптика светового ножа

Диапазон длин волн

Ультрафиолетовый и видимый

Высота светового ножа

50 мм

 

Видеокамера

HiSense Zyla

Скорость (кадр/с) при использовании платы захвата изображений/USB

49/40

Разрешающая способность (Мп)

5,5

Разрешение сенсора (пиксели)

2560 x 2160

Размер пикселей (мкм)

6,5

Держатель объектива

Крепление типа F или C

 

Усилители яркости изображения*

Серия H, 18 мм

Серия L, 18 мм

Минимальное время срабатывания затвора

3 нс

Диаметр фотокатода

18 мм

Материал фотокатода

Многощелочной

S20

Люминесцентный экран

P43

Оправа видеокамеры

Крепление типа C

Оправа объектива

Крепление типа F

 

Объективы и фильтры видеокамер

Фокусное расстояние и апертура

50 мм f/1,4, 85 мм f/1,4, 100 мм f/2,0

Адаптер фильтра

В комплект поставки входит адаптер для фильтра 62 мм

Держатель объектива

Крепление типа F

 

Высокоэффективный синхронизатор

Временное разрешение

<= 1 нс

Выходы синхронизации

32, ТТЛ

Входы синхронизации

4, ТТЛ

 

Программное обеспечение

DynamicStudio

Базовый пакет

Дополнительный модуль лазерного нагрева

 

ООО «ПРИМАТЕК», группа компаний «ОКТАВА+» - официальный представитель компании «Dantec Dynamics» , +7 (499) 799-90-92



Назад