1.       為什(shí)麼研究燃燒(shāo)？

人類(lèi)文(wén)明發展的每一步(bù)都(dū)與(yǔ)燃(rán)燒利用息(xī)息(xī)相(xiāng)關，人(rén)類(lèi)的文明(míng)史(shǐ)，也(yě)是(shì)燃(rán)燒的利(lì)用史。知道燃(rán)料的(dí)燃燒方(fāng)式(shì)及(jí)原理(lǐ)，了(liǎo)解(jiě)燃燒進(jìn)程(chéng)，汙染物(wù)排放等(děng)，對於燃(rán)燒(shāo)類的工程活動至關重(zhòng)要(yào)，如汽車(chē)，航(háng)天，農業，清潔(jié)燃料(liào)研(yán)究，爆(bào)炸，汙染物排放等(děng)領(lǐng)域，燃燒(shāo)領域的(dí)相(xiāng)關(guān)研究(jiū)變(biàn)得越來(lái)越重要。

2.       什麼(mó)是PLIF以(yǐ)及(jí)PLIF技(jì)術在(zài)燃燒診斷中(zhōng)的優勢？

每(měi)種(zhǒng)分(fēn)子(zǐ)內部都具有其特定(dìng)能(néng)級結(jié)構(gòu)，宏觀表(biǎo)現為(wéi)特定的(dí)吸收(shōu)或者發(fā)射(shè)光(guāng)譜(pǔ)特征(zhēng)。當(dāng)激光與(yǔ)物質相互作(zuò)用時(shí)，這種特定的(dí)結構(gòu)導致(zhì)隻有(yǒu)當(dāng)激(jī)光的(dí)波長與其相(xiāng)匹(pǐ)配時，激(jī)光(guāng)才(cái)會(huì)被強烈(liè)的(dí)吸(xī)收，隨後，也(yě)有一定的幾率將吸(xī)收(shōu)的能(néng)量(liáng)以(yǐ)熒(yíng)光(guāng)的形式釋(shì)放(fàng)。激(jī)光(guāng)誘(yòu)導熒(yíng)光技術就是利(lì)用該特(tè)性，通過特(tè)定(dìng)波長的激(jī)光與(yǔ)物質相(xiāng)互作用(yòng)，並(bìng)探測作用(yòng)後(hòu)所產生的熒光，從而(ér)實現(xiàn)物(wù)質的(dí)檢測(cè)以(yǐ)及物質(zhì)信息(xī)的提取(qǔ)。早期的應(yīng)用受硬(yìng)件條件(jiàn)限製，激(jī)光通常被聚焦成(chéng)一點，利(lì)用(yòng)光(guāng)電倍增管實(shí)現(xiàn)單(dān)點(diǎn)測量。隨著技(jì)術的(dí)進(jìn)步(bù)以及設備的發展更新，為(wéi)了獲取更多(duō)的(dí)信(xìn)息，目前(qián)激光通(tōng)常(cháng)可(kě)以被壓縮(suō)成片狀(zhuàng)，這樣與(yǔ)待(dài)測組分(fēn)作用產生(shēng)的(dí)熒(yíng)光(guāng)就表(biǎo)現為二維分布(bù)特性，進一(yī)步利用(yòng)高靈敏(mǐn)度的(dí)相機(jī)，就可以(yǐ)一次(cì)性(xìng)獲(huò)取(qǔ)片光(guāng)有效(xiào)作(zuò)用(yòng)區(qū)域的全(quán)部熒光，得到(dào)組分二維分布的(dí)信息。

PLIF（Planar Laser Induced Fluorescence，平麵激(jī)光誘(yòu)導(dǎo)熒光）技術是(shì)一種高靈敏(mǐn)的激光(guāng)流動(dòng)顯示(shì)技(jì)術，利用物質(zhì)對電磁(cí)波的(dí)共(gòng)振選擇(zé)吸(xī)收特(tè)性(xìng)，它可以(yǐ)實(shí)現復雜環境特定(dìng)組(zǔ)分空間分(fēn)布(bù)特(tè)征的提取(qǔ)，從而(ér)實現(xiàn)該組(zǔ)分在流(liú)場(cháng)中的二(èr)維(wéi)分布測量。PLIF技(jì)術(shù)具有較(jiào)高(gāo)的(dí)時間(jiān)分(fēn)辨(biàn)和(hé)空間(jiān)分(fēn)辨特性，能夠在納(nà)秒時間尺度(dù)對示(shì)蹤(zōng)組分（原(yuán)子，分子(zǐ)或自(zì)由基(jī)團(tuán)，如O，CO，OH，CH等）進行(háng)微(wēi)米(mǐ)空間分(fēn)辨的(dí)二維(wéi)成像(xiàng)。對(duì)於(yú)沒(méi)有示蹤組分的(dí)環(huán)境，可以(yǐ)通過(guò)添加適(shì)當(dāng)的熒(yíng)光物質(zhì)（如NO，丙酮和羅(luó)丹(dān)明等）實(shí)現(xiàn)二維顯示(shì)。同時，基於(yú)分(fēn)子輻射(shè)光譜理(lǐ)論(lùn)以及(jí)結合其它測試(shì)手(shǒu)段，PLIF技術還(huán)可(kě)用於(yú)溫度，濃度，速度等(děng)參數(shù)的(dí)測(cè)量。因(yīn)此，該技(jì)術(shù)在(zài)流(liú)體(tǐ)力學，燃(rán)燒(shāo)學，等離(lí)子體研究等諸(zhū)多領域均(jūn)有廣(guǎng)泛的應用。

在(zài)燃燒場，利(lì)用(yòng)PLIF，通(tōng)過調節激發波(bō)長可(kě)以(yǐ)精確選擇(zé)特(tè)定基(jī)團(tuán)，通過(guò)激光器(qì)，高分(fēn)辨(biàn)的(dí)光譜儀(yí)和高(gāo)靈敏度的ICCD/iSCMOS可(kě)以(yǐ)獲(huò)得(dé)基團空(kōng)間濃(nóng)度(dù)分布(bù)信息及(jí)燃(rán)燒過程(chéng)中的散(sàn)射光(guāng)譜。燃(rán)燒(shāo)過程(chéng)中，火焰(yàn)光(guāng)很強，激光脈(mài)衝打(dǎ)在(zài)火焰上，可以產生比火焰光(guāng)更強(qiáng)的(dí)熒光(guāng)信(xìn)號(hào)，但(dàn)是時(shí)間很短暫(zàn)（ns）
；通(tōng)過分析(xī)這(zhè)些熒(yíng)光的特性和變化來(lái)判斷燃(rán)燒的狀(zhuàng)態
；為了(liǎo)消除背(bèi)景火(huǒ)焰(yàn)光(guāng)，拍(pāi)攝到熒光信(xìn)號，需要很短(duǎn)的曝(pù)光時間(jiān)，一般(bān)是(shì)納秒（ns）級(jí)別(bié)
；ICCD/iSCMOS可以(yǐ)設(shè)置納秒(miǎo)（ns）級別的門控(kòng)，實現(xiàn)時間分辨(biàn)的測(cè)量
；在(zài)PLIF實驗(yàn)中(zhōng)，還要(yào)保證激光(guāng)器和(hé)相機(jī)快門(mén)的同步，使(shǐ)熒(yíng)光信(xìn)號落到相(xiāng)機(jī)曝(pù)光時(shí)間區(qū)域(yù)內，才(cái)能拍到(dào)有(yǒu)效(xiào)信號，排(pái)除背景光(guāng)
；

PLIF 圖(tú)像OH LIF, CO LIF, reaction rate (RR), temperature (T),and mixturefraction (f)

最重要的信(xìn)息(xī)通(tōng)常是(shì)樣品(pǐn)在燃燒(shāo)過程(chéng)中的(dí)濃(nóng)度及其時空演(yǎn)變的確定。然(rán)而(ér)，在(zài)PLIF研究中可(kě)以確定等(děng)離子體(tǐ)內溫(wēn)度和(hé)壓(yā)力的(dí)重(zhòng)要(yào)信(xìn)息，並(bìng)且(qiě)當與粒(lì)子(zǐ)成像測(cè)速儀（PIV）相結合時，還(huán)可(kě)以(yǐ)確定(dìng)速(sù)度(dù)和流體動(dòng)力學。在等(děng)離(lí)子體(tǐ)中，特別是(shì)在燃(rán)燒(shāo)研究(jiū)中研究(jiū)的典型類型包括OH，CH，NO，NH，CN，CO和(hé)O2自由(yóu)基，以及(jí)原子(zǐ)和(hé)離子物(wù)種內的(dí)激(jī)發(fā)。這些(xiē)物質通常(cháng)是等(děng)離子(zǐ)體(tǐ)固有(yǒu)的(dí)，但在流體動力學研(yán)究(jiū)中，具(jù)有良(liáng)好(hǎo)熒光特(tè)性的示(shì)蹤劑(jì)材(cái)料(liào)被添(tiān)加到主(zhǔ)流(liú)體材料中。

PLIF成像的另(lìng)一個例子(zǐ)是在脈衝激光沉(chén)積（PLD）中(zhōng)。PLD用於通過產生等(děng)離子體(tǐ)在(zài)真(zhēn)空或(huò)背景氣體環(huán)境(jìng)中蒸發耐火(huǒ)材(cái)料(liào)（金(jīn)屬(shǔ)或(huò)陶瓷）。等(děng)離(lí)子體(tǐ)物質(zhì)凝結(jié)在(zài)薄膜生長(cháng)的基底上。作(zuò)為優化(huà)薄(báo)膜生長和性(xìng)能(néng)過程的(dí)一(yī)部(bù)分，研(yán)究(jiū)人(rén)員(yuán)對過程中(zhōng)不(bù)同物(wù)種的進(jìn)化(huà)特(tè)別(bié)感興趣，並將這些特性(xìng)與(yǔ)薄膜(mó)的性能(néng)（如薄(báo)膜(mó)化(huà)學計量(liáng)）聯係起(qǐ)來(lái)。上(shàng)圖(tú)顯示了不(bù)同(tóng)延(yán)遲時間(jiān)下膨脹等離子(zǐ)體(tǐ)的LIF圖(tú)像。

PLIF還(huán)有一個(gè)主(zhǔ)要應用領域(yù)是(shì)燃燒研究(jiū)。流體(tǐ)動(dòng)力學研(yán)究(jiū)通常結合(hé)PLIF和(hé)PIV測(cè)量(liáng)來(lái)表(biǎo)征火(huǒ)焰或羽流內的傳輸特(tè)性(xìng)，湍流(liú)，溫度，壓力(lì)以及濃度(dù)。該技(jì)術的一些特定(dìng)變(biàn)體被(bèi)稱為OH-PLIF，CH-PLIF，雙(shuāng)光子(zǐ)CO-PLIF和TR-PLIF。

3.       係統介(jiè)紹(shào)

PLIF設置的基本(běn)示意圖(tú)如上圖(tú)所(suǒ)示。所(suǒ)使(shǐ)用的(dí)激(jī)發激光(guāng)器通常是(shì)脈衝式的並且(qiě)可(kě)調(tiáo)諧(xié)的(dí)，其波(bō)長(cháng)可以(yǐ)與樣品內的光(guāng)學躍遷(qiān)的吸(xī)收很好地匹配(pèi)。Quantel的Q-Scan調(tiáo)Q Nd:YAG泵浦染料激光器就很適合這種(zhǒng)應(yīng)用(yòng)。

PLIF中成功測量的(dí)關鍵是能(néng)夠在(zài)高幀(zhēn)率(shuài)（>10Hz）下(xià)以高靈敏度和(hé)幾百納(nà)秒(miǎo)（ns）的(dí)短時間(jiān)窗(chuāng)口測量圖像。新型增強型sCMOS（ICMOS）相機(jī)是進(jìn)行(háng)此(cǐ)類(lèi)測量的理(lǐ)想(xiǎng)產(chǎn)品，它提供(gōng)了(liǎo)比傳統ICCD更(gēng)快的幀(zhēn)率，同(tóng)步觸(chù)發和門控(kòng)功能，以(yǐ)及所需的高(gāo)靈敏度。更快的(dí)幀(zhēn)率能(néng)夠(gòu)與更高重復(fù)頻率(shuài)的激光器匹配。與此功能(néng)相(xiāng)結合的(dí)是(shì)增(zēng)強sCMOS相(xiāng)機能(néng)夠按(àn)照許多(duō)PIV測量的(dí)要(yào)求，以高時(shí)間分辨(biàn)率拍攝雙圖像(xiàng)。

             PLIF係統(tǒng)現場圖片(piàn)（測試對象:酒(jiǔ)精燈火焰(yàn)）

係統其(qí)他(tā)相(xiāng)關(guān)產品：

DG645型數(shù)字(zì)延(yán)時(shí)脈(mài)衝信號(hào)發(fā)生(shēng)器(qì)      Ophir激光能量(liáng)計(jì)探(tàn)頭和(hé)表頭(tóu)    SRP係列(liè)標準阻尼隔(gé)振(zhèn)光學平(píng)台(tái)

激光(guāng)護(hù)目鏡                    Omni-λ 係(xì)列影(yǐng)像校正光譜儀