Измерительные испытательные системы
численное моделирование   /   шум вибрация давление
динамика потоков жидкости и газа
оборудование для краш испытаний   /  метрология
+ 7 (495) 799-90-92
+ 7 (495) 204-18-51
Каталог

Рэлеевская термометрическая система

Рэлеевская термометрическая система

Визуализирующие измерения температуры с помощью рэлеевского рассеяния

1.jpg

 

Мощная удобная система для визуализации температуры

Благодаря надёжной аппаратной платформе и комплексному программному интерфейсу обработки данных рэлеевская термометрическая система позволяет проводить бесконтактные неинтрузивные всеобъемлющие измерения температуры пламени. Такая система хорошо подходит для мгновенной усредненной по времени двухмерной визуализации температуры во время различных процессов горения без образования частиц или при исследовании потоков газа с резкими перепадами температуры.

 

Основные преимущества

•     Неинтрузивный метод визуализации для измерения температуры пламени

•     Компактная мощная лазерная система, характеризующаяся безупречным качеством луча

•     Высокочувствительная видеокамера

•     Расширенные возможности синхронизации с временной точностью до долей наносекунд

•     Полноценная программная платформа для настройки системы, сбора данных, анализа данных и наглядного представления результатов

•     Усовершенствованный программный модуль для обработки и анализа графических данных лазерного рэлеевского рассеяния

 


Визуализация температуры во время горения

Общее распределение температуры является важным параметром для анализа и оптимизации процессов горения. Благодаря использованию лазерного рэлеевского рассеяния можно получить двухмерные температурные карты на основе результатов измерений характеристик чистого горения и потоков горячих газов. Рэлеевская термометрическая система и связанное с ней программное обеспечение предоставляют все необходимые средства для определения распределения температуры при исследовании горения и теплопередачи. Вместо ультрафиолетового лазера такая система использует зеленый лазер видимой области спектра. Благодаря этому подходу минимизируется риск возбуждения топливных компонентов или промежуточных продуктов горения. Использование ультрафиолетового излучения в такой ситуации может оказаться проблематичным. Программный пакет имеет интуитивно-понятный удобный интерфейс с одним диалоговым окном, содержащим почти все параметры, используемые во время обработки данных. Кроме того, доступны расширенные процедуры калибровки и анализа данных.

Краткое описание рэлеевской термометрической системы

Данные рэлеевской термометрии собирают на плоскости путем освещения исследуемого процесса тонким лазерным световым ножом. Свет, упруго рассеянный от молекул газа, регистрируется видеокамерой с усилителем яркости изображения. Такая видеокамера располагается перпендикулярно световому ножу. Интенсивность рассеянного света напрямую связана с плотностью газа, поэтому данные об уровне серого на изображениях можно использовать для определения температуры по всей области изображения. Программное обеспечение DynamicStudio позволяет пользователям легко получать данные при полном контроле всего оборудования через единый интерфейс.

2.jpg

Обобщенное представление различных компонентов, синхронизации и потока данных.

Источник лазерного излучения

Рэлеевское рассеяние является относительно слабым процессом рассеяния света, поэтому энергия лазерного импульса оказывается критически важным свойством для рэлеевской термометрии. По этой причине выбор источника лазерного излучения имеет очень важное значение. Источником светового излучения служит твердотельный лазер (неодим-иттрий-алюминиевый гранат), оптимизированный для частоты повторения 10 Гц. Такой лазер оснащен термостабилизированным генератором второй гармоники, который обеспечивает мощность импульсов 430 мДж при длине волны 532 нм. Возможность интеллектуальной автоматической настройки генератора второй гармоники позволяет поддерживать оптимальное согласование фаз и сохранять максимальную выходную энергию с течением времени. Лазер прост в эксплуатации и не требует использования внешнего водяного охлаждения или какой-либо сложной инфраструктуры.

Система лазерного нагрева комплектуется надёжной оптикой светового ножа, которая формирует параллельную лазерную плоскость с постоянной интенсивностью освещения. Параллельная лазерная плоскость необходима для обеспечения одинаковости распределения интенсивности по высоте лазерной плоскости на глубину наблюдения поля обзора. Размеры светового ножа равны приблизительно 50 мм x 0,1 мм (при использовании вместе с регулятором сужения луча), а рабочее расстояние составляет 600 мм. В целях формирования безопасной рабочей среды рекомендуется носить очки для юстировки лазерного луча и защиты от лазерного излучения.

Видеокамеры, усилители яркости изображения и объективы

В качестве стандартной видеокамеры рэлеевской термометрии используется видеокамера HiSense Zyla (подключается через USB-интерфейс или плату захвата изображений), отличающаяся высокой чувствительностью и низким уровнем шумов.

Усилители яркости изображения разработаны для достижения максимально возможной квантовой эффективности в видимом диапазоне света с помощью фотокатода GaAsP или S20, поэтому они идеально подходят для обнаружения рэлеевского рассеяния. Обеспечивается полный контроль над временем срабатывания затвора (от бесконечности до сверхбыстрого) и усилением. Минимальное время срабатывания затвора достигает 3 нс (зависит от модели усилителя). Также доступна релейная оптика, используемая для адаптации видеокамеры к усилителю яркости изображения.


 

Компания Dantec Dynamics предлагает широкий ассортимент видеообъективов для видимого света, а также переходное кольцо, позволяющее устанавливать фильтры на выбранный объектив. Каждая система оснащается объективом для оптимизации увеличения и поля обзора области измерения, а также интерференционным фильтром для рэлеевской термометрии. Видеокамера и усилитель яркости изображения являются отдельными компонентами, благодаря чему обеспечивается гибкое использование оборудования. Данное решение идеально подходит для лабораторий, применяющих различные методы исследований, среди которых рэлеевская термометрия, лазерно-индуцированная флуоресценция, анемометрия по изображениям частиц, микроскопия и/или спектроскопия.

Высокоэффективный синхронизатор

Синхронизация лазерных импульсов, видеокамер и усилителей яркости изображения осуществляется высокоэффективным синхронизатором, полностью управляемым с помощью программного обеспечения DynamicStudio. Синхронизатор представляет собой многоканальный генератор сигналов задержки с разрешением <= 1 нс. 32 выходных канала программируются независимо, благодаря чему доступны исчерпывающие возможности синхронизации и запуска для высокотребовательных процессов. Также имеются четыре входных канала для синхронизации с внешними устройствами или событиями, два аналоговых входа с частотой дискретизации до 500 кГц и четыре аналоговых выхода. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с отдельной спецификацией, посвященной синхронизаторам изображений.

Удобная программная платформа для обработки изображений и простого анализа данных

Основой системы получения изображений служит программное обеспечение DynamicStudio — удобная комплексная программная платформа для обработки изображений. Автоматически настраиваемая современная распределённая система упрощает получение полного контроля над оборудованием для сбора изображений. Сбор и анализ данных реализуются в рамках одной программной платформы, поэтому не нужно экспортировать данные для последующей обработки.

3.jpg

Видеокамера HiSense Zyla с усилителем яркости изображения и объективом

 

 

 

4.jpg

Высокоэффективный синхронизатор

5.jpg

Диалоговое окно Rayleigh Thermometry [Рэлеевская термометрия] программного обеспечения DynamicStudio предоставляет пользователю полный обзор всех параметров, используемых во время обработки данных.


 

Кроме того, диалоговое окно Rayleigh Thermometry [Рэлеевская термометрия] позволяет вводить значения контролируемых параметров, таких как давление, энергия лазерного импульса и поперечное сечение рассеяния, для опорных и измеренных изображений газовой смеси. Благодаря этому в одном окне доступно полное представление обработки. Для всех изображений в рамках рэлеевской термометрической обработки доступна функция автоматического вычитания фона, что помогает избавиться от вычислительной систематической ошибки, обусловленной уровнями шума или смещения во время съёмки с помощью видеокамеры.

Основные особенности рэлеевской термометрической обработки:

•     Быстрые надежные методы обработки нескольких наборов исходных данных с использованием опорного изображения.

•     Легкий доступ к измеренным свойствам с целью учета изменений параметров, например, давления и поперечного сечения рассеяния.

Библиотеки соединений и смесей

Для еще большего упрощения анализа данных программное обеспечение использует две библиотеки: одна содержит сведения о нескольких молекулярных соединениях и их поперечных сечениях рассеяния, а другая – подходящие смеси соединений, найденные в первой библиотеке. Общее поперечное сечение рассеяния для газовых смесей рассчитывается автоматически, поэтому пользователю необходимо лишь указать, какая смесь использовалась в эксперименте, а программное обеспечение учитывает различные поперечные сечения рассеяния во время обработки данных. Безусловно, пользователю также разрешено добавлять в библиотеку новые соединения и создавать новые смеси для формирования библиотек, адаптированных к конкретным вариантам применения.

Расширение возможностей анализа с помощью последовательностей анализа и технологии MATLAB® Link

Анализ данных дополнительно усилен возможностью формирования последовательностей анализа и выполнения пакетной обработки, благодаря чему ускоряется обработка больших наборов данных. Встраивание технологии MATLAB Link в программное обеспечение DynamicStudio сделало возможным адаптацию анализа путем вызова пользовательских сценариев MATLAB напрямую из DynamicStudio, что обеспечивает обработку данных непосредственно в рамках базы данных без необходимости экспорта.

Дополнительная возможность

Блок контроля энергии импульсов

Для достижения более высокой точности используется проверенная методика, предусматривающая измерение флуктуаций между импульсами лазера с помощью блока контроля энергии импульсов и последующую компенсацию отклонений во время анализа изображений. Блок контроля энергии импульсов устанавливается между выходом лазера и оптикой светового ножа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.jpg

Программное обеспечение содержит библиотеку соединений и смесей, которая делает анализ температуры более интуитивно-понятным.


Технические характеристики

Лазер

Длина волны (нм)

532

Энергия импульса (мДж)

430

Длительность импульса (нс)

~5

Периодичность повторений (Гц)

10

 

Оптика светового ножа

Диапазон длин волн

Ультрафиолетовый и видимый

Высота светового ножа

50 мм

 

Видеокамера

HiSense Zyla

Скорость (кадр/с) при использовании платы захвата изображений/USB

49/40

Разрешающая способность (Мп)

5,5

Разрешение сенсора (пиксели)

2560 x 2160

Размер пикселей (мкм)

6,5

Держатель объектива

Крепление типа F или C

 

Усилители яркости изображения*

Серия H, 18 мм

Серия L, 18 мм

Минимальное время срабатывания затвора

3 нс

Диаметр фотокатода

18 мм

Материал фотокатода

Арсенид-фосфид галлия

S20

Люминесцентный экран

P43

Оправа видеокамеры

Крепление типа C

Оправа объектива

Крепление типа F

 

Объективы и фильтры видеокамер

Фокусное расстояние и апертура

50 мм f/1,4, 85 мм f/1,4, 100 мм f/2,0

Адаптер фильтра

В комплект поставки входит адаптер для фильтра 62 мм

Держатель объектива

Крепление типа F

 

Высокоэффективный синхронизатор

Временное разрешение

<= 1 нс

Выходы синхронизации

32, ТТЛ

Входы синхронизации

4, ТТЛ

 

Программное обеспечение

DynamicStudio

Базовый пакет

Дополнительный модуль для рэлеевской термометрии

 

 

 

Назад