平面LIF(Planar-LIF)测量原理

简介

 

    平面激光诱导荧光(平面LIF)是一种光学测量技术,它被用于测量流体中整场的瞬时浓度或温度。

       平面LIF可以被应用于过程工程(例如:搅拌槽的混合、加热和冷却系统)、生化工程(例如:像静脉中麻药的输运)、流体动力学研究(湍流混合和热交换、室内环境的研究等等)。

特征

 

  Ÿ   非接触式测量技术

  Ÿ  定性的、精确的和准确的测量温度场或浓度场

  Ÿ   使其结合速度测量、输运特性(例如:雷诺通量、湍流扩散系数和其它参数)的实验可行

实验设置

 

实现平面LIF所需的基本设备:

  Ÿ      激光源(通常是NdYAG或氩粒子激光器)和合适的片光元件

  Ÿ     在测量时用于标记流体和可被追踪的荧光染料。它吸收激光能量并放射出可被光电探测器探测到的更大波长的光。通常,在液体应用中所用染料为罗丹明6G(浓度测量)、罗丹明B(温度测量)和玫瑰红荧光素(温度和浓度测量)

  Ÿ    带锐减和窄通过滤的相机——史有荧光才能被记录下来。

标定

 

荧光强度是随着温度或浓度和其它一些参数的变化而变化的。

——用罗丹明6G做标记来测量浓度,信号S被定义为:

式中,

——用罗丹明B做标记(浓度为定值)来测量温度,信号S被定义为:

式中,CT——染料粒子相应的浓度和温度

           E——激光能量强度

      ——是在激发波长时的染料量子效率

         ——相应的光学参数

          ——采样体积

         ——以吸收率为表征的在流体中光学路径上的吸收现象

典型的浓度和温度标定曲线

 

     在低的浓度水平,吸收现象是可以忽略不计的。这样,信号(S)和(CEa)或(Tb)——ab为表征所有实验参数的常数。在这种条件下,浓度(或温度)被精确的测量。标定过程就是在每一个像素内确定ab的值。

信号处理

 

信号处理就是把记录的原始荧光图像按照标定曲线转换成浓度或温度图。对于液液混合——一种流体被染料粒子标记,另一种为纯流体。当流过片光时,染料粒子被激发而发射出荧光,按照下面公式把光的强度转化为浓度:

对于温度测量,染料粒子首先与流体混合,荧光强度随着当地温度的改变而改变。在这种情况下,温度由下式决定:

PLIFPIV同步测量

 

第二个相机通过窄通过滤元件记录小粒子的散射光,这些信号像PIV一样被处理以得到速度场。通过分光元件和几何标定使PIVPLIF接收器观测相同的区域。


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