捕捉瞬息火焰中的CH基团——EyeiTS像增强器与高速相机的绝佳搭档

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。利用激光诱导荧光(LIF)来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。

实验背景

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。在燃烧过程中，CH基团的自发光波长为430 nm，尽管其自发光较弱，但通过适当的增强手段，我们依然能够克服这些困难，实现清晰地捕捉火焰中的OH和CH基团的分布情况。那么，我们是如何做到这一点的呢?

实验设备

在我们北京航空航天大学宇航学院的“EyeiTS像增强器配合高速相机拍摄高频激光诱导荧光”实验测试中，我们使用中智科仪EyeiTS像增强器搭配Phantom V711高速相机，以及Nikon紫外光学镜头和430 nm窄带滤光片等设备完成测试。

EyeiTS高速成像增强模组

● 高达15万倍增益 ● 支持百万帧高速成像 ● 先进的二代Hi-QE及三代GaAs光阴极 ● 3ns/500ps光学快门 ● 三通道同步时序控制器

EyeiTS高速像增强模组能够实现高达10³至10⁵倍以上的光学增益。其独特的Hi-QE系列高量子效率光阴极在紫外和蓝光优化波段表现出色，量子效率超过30%，从而实现了高灵敏度的高速成像，非常适合应用于燃烧、等离子体等领域。

在PLIF应用中，需要高速拍摄羟基(OH基团)等发光基团，其发光波长位于紫外波段。EyeiTS高速图像增强模组通过显著增强信号光，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。

实验过程

在本次实验中，采用 EyeiTS 像增强器以连续模式工作：

1. 设备安装和调整：我们在航空煤油燃烧火焰中捕捉CH基团。首先，在紫外镜头上加装430 nm窄带滤光片，然后将紫外镜头安装在EyeiTS像增强器前端，高速相机安装在像增强器后方，调节镜头焦距进行对焦。

2. 拍摄设置

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，我们将高速相机的拍摄频率设置为5000 Hz，以捕捉CH基团的波动过程。

3. 拍摄结果

实验结论

通过EyeiTS像增强器的常开模式，配合高速相机和430 nm滤光片，我们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。实验结果表明，在低曝光时间下，EyeiTS像增强器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。

这次实验的成功证明了EyeiTS像增强器与高速相机的完美配合，为燃烧过程中中间产物的研究提供了强有力的工具。通过这项技术，我们能够更清晰地了解燃烧过程中的基团分布及其变化，为进一步的燃烧研究奠定了坚实的基础。

审核编辑 黄宇