燃烧测量·油膜厚度的测量

LIF（激光诱导荧光法–Laser Induced Fluorescence）是用激光等单波长光源激励测量对象中包含的特定分子，观察来自其分子的荧光的技术。荧光发光与激励光的波长不同，所以可以不受激励光的漫反射的影响进行观察。测量燃烧过程中的气体分子种类的PLIF，测量微小区域的气体浓度分布，温度分布，扩散，混合，反应，PH等的微型LIF ，同时测量多分子种类，温度和速度等的多重PLIF，还能用于测定轴承和油封等的油膜厚度。

LIF系统阵容

◆LIF的燃烧测量(PLIF)

利用LIF的燃烧测量可以测量丙酮，OH, CH,NO等气体分子种类以及它们的瞬时分布。在LIF中，根据图像进行的平面LIF测量被称为PLIF(图像激光诱导荧光、平面激光荧光)。PLIF是使用ICCD等超高灵敏度摄像机的LIF系统，是一种非常有效的燃烧测量和分析方法。

◆基于LIF的液膜厚度测量

对轴承或油封等油膜的厚度分布进行测量，使喷雾状况和附着情况可视化。只需对测量对象添加微量荧光色素即可进行测量，因此能够进行非接触、非破坏性的测量。在膜厚度分布最薄的情况下可以进行高达亚微米的定量测量，因此可以对各种膜进行测量。

◆微型LIF

在微LIF的情况下，可以测量浓度分布，温度分布，扩散，混合，反应，PH等。

专用的微光学系统可以同轴地外照射高功率UV脉冲激光，这对于普通显微镜是不可能的。

◆多层PLIF

可以同时测量多子种、温度、速度等。例如，丙酮在280nm显示吸收峰值，荧光在435nm附近可见。由于OH基团在283nm处被诱导并且在315nm附近瞬间发出荧光，因此可以进行同时测量。

用途

◆引擎燃烧室内的自由基(原子状态)测量

◆燃烧器的自由基测定

◆等离子体自由基

◆温度测量

◆浓度测定

◆PH值

◆混合状态测量

气体分子种测量的各种方法

测量火焰中的气体分子种有很多种。点测量，线测量，还有区域测量(2d)等。同时，根据用途测量方法也有区别。下表是测量方法，可测量的气体分子种的举例。

LIF的燃烧测量(PLIF)

利用LIF的燃烧测量可以测量丙酮，OH, CH, NO等气体分子种以及它们的瞬时分布。在LIF中，根据图像进行的平面LIF测量被称为PLIF(图像激光诱导荧光、平面激光荧光)。PLIF是使用ICCD等超高灵敏度摄像机的LIF系统，是一种非常有效的燃烧测量和分析方法。根据PLIF的燃烧测量，能测量丙酮，OH，CH，NO等的煤气的分子种和那个瞬间分布。根据气体种类的不同，系统构成/规格也不同。

LIF系统组件

LIF使用的基本光学系统如下图所示。激励光被配置为进入目标分子所存在的观察区。然后通过激光来激励目标原子和分子。将相对大口径的镜头设置在激励产生的荧光轴的垂直方向以收集荧光。通过摄像机等检测器进行检测。激励光源采用的是能够进行大范围波长转换的色素激光及其谐波。

◆系统配置示例

·分析·控制软件（Koncerto-PLIF）

·脉冲激光

·染料激光

·定时控制器

·激光强度监测功能

·专用照明系统

·高灵敏度相机

·镜头，压板，工作站

LIF系统软件“Koncerto-LIF”的特点

Koncerto-LIF（由西華数码映像开发的控制和分析软件）是一款能够控制ICCD和EMCCD等超高灵敏度相机，并集成了显示和分析高位图像的各项必要功能的成像测量软件。

◆相机控制功能

 兼容各种制造商和型号。可以同时控制多个摄像机和图像显示。

◆相机对齐功能

 它是一个调整功能，以均衡两个摄像机的视角。使用校准目标调整视角。首先，使用相机对齐辅助功能使两个相机的视角尽可能相等。然后通过软件进行微调。

◆控制定时控制器

 定时控制器LC880被实时控制，并且执行构成诸如照相机和激光器的系统的设备的同步控制。

◆激光强度监视器

 在LIF中，每个像素的亮度值通常被转换为密度，温度等，并且激光强度发射之间的变化引起测量误差。Koncerto-LIF可以测量和记录图像采集时的激光强度，并校正由于帧之间激光强度波动引起的测量误差。

◆显示高位图像

 可以清晰易懂的显示16位等高位图像。

◆分析/显示功能

 它具有微镜分析所需的各种功能，例如实时相机图像显示功能，伪彩色显示，平均操作，计算，空间亮度分布变化校正，图像校正，校准（比例因子，标量）。

◆共聚焦扫描仪控制

 可以对横河電機CSU系列进行控制，实现微成像的高速和高空间分辨率。

◆压电式聚焦扫描仪控制

LIF系统组件列表

◆控制/分析软件Koncerto-LIF

◆高灵敏度ICCD相机

◆LIF光学系统

◆YAG激光

◆染料激光

◆图像增强器（image intensifier：视频信号放大器

Koncerto-PLIF配置示例

在LIF燃烧测量中，可以测量气体的分子种类，例如丙酮，OH，CH和NO以及它们的瞬时分布。系统配置根据气体类型的不同而不同，因此这里我们介绍典型的气体和配置示例。

丙酮

最简单的方法是丙酮LIF，方法是在室温下在流场中播种具有非常高蒸发压的丙酮。该丙酮最大值为280nm，在225nm至320nm的范围内进行吸收，在350nm至550nm的宽范围内短时间发射荧光。使用没有图像增强器的CCD相机就能够获得分辨率足够高的信号。

◆丙酮P-LIF 配置示例

·Nd：YAG脉冲激光266nm

·FHG（Fourth harmonic generato：四次谐波发生器）

·CCD相机

OH-PLIF 配置示例

NO  P-LIF 配置示例

◆Nd：YAG脉冲激光355um

◆THG（Third harmonic generator：三次谐波发生器）

◆染料激光（香豆素染料）452nm

◆HG（Second harmonic generator：二次谐波发生器）

◆内置图像增强器的CCD相机

CH P-LIF 配置示例

◆Nd：YAG脉冲激光355um

◆THG（Third harmonic generator：三次谐波发生器）

◆染料激光（Exalite染料）387nm

◆内置图像增强器的CCD相机

OH P-LIF 配置示例

◆准分子激光 248um

◆内置图像增强器的CCD相机

LIF原理

通常，LIF是一种通过激光来激励特定的原子分子并观察其产生的发光、获得激励光谱，从而知道来自其强度的原子分子的浓度，并从光谱分布中了解温度的测量方法。随着可调谐激光技术的发展，LIF已被作为光谱测量的基本技术被广泛使用。LIF是一种能够以高灵敏度，对空间和时间分辨测量的方法，可用于许多应用，例如通过检测各种反应中间体来分析反应机理。通过改变入射激光的波长并观察光吸收的大小而获得的光谱称为吸收光谱。然而，由于吸收光谱吸收强光入射后只会发生轻微的强度变化，因此精确观察是非常困难的。另一方面，通过观察由原子和分子的光激发引起的辐射跃迁引起的荧光强度而获得的光谱称为激发荧光光谱。LIF方法是观察这种激发荧光光谱以了解原子和分子在基态中的分布的方法。

在LIF测量中，利用原子和分子的共振变换激励准位，观察其自然释放的荧光。上图表示在单纯的二阶系统的激励和释放时伴随的无辐射转移的各过程。荧光强度(1式)表现

其中，A和B是爱因斯坦的A系数，B系数和Q是无辐射变换速度常数，c是光速，I0是激励光强度，NT是激励光不存在时基准位的原子分子的数目。根据这个关系，如果观测IFL就知道NT，当激励光强度弱的时候(2式)，IFL与激励光强度成比例。

此外，当激励光强度足够强时的荧光强度与I0无关，并且将IFL称为饱和荧光。除非是特殊情况，否则在LIF法中只能在没有饱和的状态下测量。(1式)中，荧光强度依赖于无辐射变换速度常数，即量子效A/(A+Q)如果知道了荧光强度就会得到位于基底状态的分子数，然后改变激励波长观测就会得到光谱。

以这种方式获得的光谱被称为激发光谱，并且在没有荧光的情况下从激发态返回到基态的过程被称为非辐射跃迁。非辐射跃迁包括各种过程，例如与其他共存的气体原子和分子的碰撞，以及由于分子本身的水平结构等。因此，激发和吸收光谱不一定相同。特别是OH作为燃烧系统的共同基础，已经报道了许多测量实例。然而，在大多数情况下，它仅限于相对分子浓度测量，绝对测量时只能在特定测量区域（PLIF的情况下在需在光片内）。