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LIF激光誘導(dǎo)熒光光譜儀

發(fā)布時(shí)間:2021-03-15 09:18:00         點(diǎn)擊:5210

       LIF: Laser Induced Fluorescence激光誘導(dǎo)熒光是一種可視化的、非接觸式的激光測(cè)量方法。由于激光本身良好的選擇性,利用某些物質(zhì)分子或原子在激光照射下能激發(fā)熒光的特性,可將LIF廣泛應(yīng)用到力學(xué)上的流動(dòng)顯示及顆粒濃度、壓力、溫度等物理參數(shù)的測(cè)量。


       讓一束激光通過檢測(cè)區(qū)域,調(diào)節(jié)激光波長(zhǎng),當(dāng)激光光子的能量(與激光的波長(zhǎng)相關(guān))等于檢測(cè)區(qū)域某種組分分子的某兩個(gè)特定能級(jí)之間的能量之差時(shí),該分子會(huì)吸收光子能量躍遷至高能態(tài)。

        處于高能態(tài)的分子不穩(wěn)定,在一定時(shí)間內(nèi)它會(huì)從高能態(tài)返回到基態(tài)。在此過程中,分子會(huì)通過自發(fā)輻射釋放能量發(fā)光而產(chǎn)生熒光,這就是激光誘導(dǎo)熒光。用CCD相機(jī)等圖像采集工具記錄下隨流體一起流動(dòng)的熒光物質(zhì)的熒光,從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜流場(chǎng)的可視化。

LIF激光誘導(dǎo)熒光光譜儀原理

        實(shí)際應(yīng)用中,從熒光的分布,可以探測(cè)粒子的種類;從熒光的強(qiáng)弱,可得知粒子的濃度以及溫度;利用其空間分辨性還可以測(cè)量粒子的濃度場(chǎng)、溫度場(chǎng)。

        激光束聚焦到被測(cè)流體,產(chǎn)生的熒光通過色散器件(單色、多色光譜儀),然后熒光被檢測(cè)器接收轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

LIF的硬件系統(tǒng)有:

(1)激勵(lì)源:由激光器和光屏(通常為一組球面或柱面透鏡)組成;

(2)檢測(cè)系統(tǒng):包括像差修正成像透鏡和數(shù)碼成像微光攝影機(jī);

(3)高速分析系統(tǒng):即圖像分析處理機(jī),可事后、實(shí)時(shí)處理圖像。

        光源:提供窄線寬穩(wěn)定的脈沖激光,激光器(1,2;光學(xué)組件:光路調(diào)整,光路轉(zhuǎn)換,過濾雜散光等作用(3,4,5,6) ;熒光探測(cè)器:檢測(cè)激光誘導(dǎo)熒光的強(qiáng)度及分布,并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)(8,9,11,12) ;同步控制器:控制激光與探測(cè)器時(shí)序,以捕捉目標(biāo)物種的熒光;采集軟件:采集數(shù)據(jù),并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理;

       該技術(shù)的關(guān)鍵是選擇合適的物質(zhì)與特定波長(zhǎng)的激光光源相匹配,以產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的熒光信號(hào)為探測(cè)器所接收。目前作為示蹤粒子的有氫氧根(OH)、碳?xì)涓?/span>HC) 、一氧化碳(Co)、氧分子(o)、氧原子(o)、丁二酮分子等。

用于液體的流場(chǎng)顯示時(shí)需要加入熒光染料。不同物質(zhì)需和不同波長(zhǎng)的激光器相配合。

 

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