基于激光诱导荧光成像技术的截面含气率检测研究

截面含气率作为气液两相流动过程中的基本参数之一,对石油管道的开采、输运,核反应堆冷却塔的设计等过程具有重要意义。本文提出了基于激光诱导成像技术和高速摄录系统的截面含气率直接检测方法,有效的避免管道曲率和介质折射率导致的光学畸变。在河北大学多相流循环装置进行实验,测量了18个流量点,液相流量测量范围10~35 L/min,气相流量测量范围2.0~3.0 L/min。运用计量比对的思想,对两种检测技术获得的截面含气率值求取偏差并进行修正,最大偏差仅为0.01459。结果表明两种方法得到的截面含气率值具有较好的一致性,证明本文提出的荧光成像技术对气液两相分层流截面含气率的检测是有效的。

基于激光诱导叶绿素荧光寿命成像技术的植物荧光特性研究

针对植物荧光遥感探测中信号易受干扰的问题,提出了一种用于评估植物生长状况及环境监测的荧光寿命成像技术.采用凹透镜对355 nm波长的激光扩束,再照射植物激发叶绿素荧光,由增强型电荷耦合器件接收荧光信号.采用时间分辨测量法,连续用相同激光脉冲照射植物以激发相同的荧光信号,同时不断改变激光脉冲触发探测器启动的延时时间,从而能够得到完整的离散荧光信号分布图像.对植物特定位置点产生的离散荧光信号进行拟合,再运用一种改进型的迭代解卷积法可反演高精度的荧光寿命;进而反演图像各点的荧光寿命以生成植物的荧光寿命分布图.该方法所绘制的荧光寿命图比荧光强度图能更准确地反映植物内部的叶绿素含量,并对活体植物叶绿素荧光寿命的物理特性进行了初步研究,证明叶绿素荧光寿命与植物生理状态存在一定关联;并且叶绿素荧光寿命与活体植物所处环境存在着复杂的关系.未来将与生物物理学家们合作,继续探寻叶绿素荧光寿命与植物生存环境的关系.

激光诱导等离子体光谱元素成像技术研究进展及其在核材料检测领域的应用

激光诱导等离子体光谱(LIPS)元素成像技术以其具备测量不受辐射本底影响、测量速度快、样品制备相对简单、可远程分析放射性样品等优势在核材料检测领域展现出巨大的潜力。对激光诱导等离子体光谱元素成像技术的成像系统和数据处理两个方面进行综述,并对其研究进展和在核材料检测领域的应用进行综合分析,总结LIPS元素成像技术的优势与面临的挑战,对LIPS元素成像技术在核材料检测领域的发展趋势进行了展望。

利用平面激光诱导荧光技术测量燃烧场内NO的浓度分布

介绍了平面激光诱导荧光的原理及实验装置,利用可调谐OPO激光器,在甲烷 空气火焰及一些高能燃剂燃烧火焰中测得了NO分子在不同压力、不同燃烧时刻的系列荧光谱线及二维浓度分布,并给出实验结果分析。

面激光诱导荧光技术用于快速液液微观混合研究

建立了面激光诱导荧光技术研究液液微观混合过程的实验方法,在无干扰流场条件下,研究了毫米尺度流道内、错流接触的两股液膜的时空混合行为,以可视化的手段揭示了液液微观混合过程的二维瞬态浓度场,发现了液膜快速错流接触后形成的有序波形涡结构,涡的尺度大小为1～2mm,涡的发展过程是影响两股流体混合的主要因素.同时建立了混合过程的定量表征方法,用混合液膜中组分的离析度(intensityofsegregation,IOS)定量描述了混合过程所达到的程度,获得了不同液膜流速下液液混合过程IOS值随着液体流动方向的变化趋势图,并分析了两股液膜之间的速率比以及混合液膜的Reynolds数对混合过程的影响.

激光诱导荧光技术在液体混合可视化研究中的应用

在研究混合过程的多种实验方法中,定量的可视化测量技术不仅可同时显示流场中各位置混合效果的差异,还可直观地反映混合过程随时间的变化规律。其中,激光诱导荧光技术具有测量精度高、无干扰流场、实现方式简单等优势,是用于检测化工过程流动-混合行为的先进测试技术。对该技术的测试原理、实现方式进行了详细的介绍,探讨该技术在可视化液体混合过程以及反应流混合过程的研究进展。

复合激光诱导荧光定量标定技术及其对喷雾特性研究的应用Ⅰ:燃油喷雾当量比定量标定方法

应用复合激光诱导荧光技术建立了定容燃烧弹中荧光强度和喷雾浓度间关系的定量标定方法,获得柴油喷雾气相、液相浓度量化数值,并针对影响定量标定的各种环境因素开展了深入的量化研究。试验中分析了荧光强度和气相喷雾浓度间的系数(Kvapor)随环境条件改变时的变化情况并发现:系数Kvapor随环境压力升高而降低;环境气体成分的变化对系数Kvapor并没有明显影响;环境温度升高使得系数Kvapor呈现先上升后下降的趋势,600K左右是拐点位置,600K以前随温度升高而升高,600K以后随温度升高而快速下降。最终,根据试验结果建立了系数Kvapor随环境温度和环境压力变化的三维Map图,并应用其获得喷雾气相当量比浓度数值和液相浓度数值的定量结果。

复合激光诱导荧光定量标定技术及其对喷雾特性研究的应用Ⅱ:喷射参数和环境参数对喷雾特性的定量分析

在改变喷射控制参数和环境参数的喷雾特性研究中,应用定量标定的试验结果深入开展了喷油压力、喷孔孔径、环境密度和环境温度对喷雾各个特性参数影响的研究。研究中发现,提高喷射压力能提高喷雾动能,加速液相喷雾的破碎、促进液相蒸发形成气相喷雾,提高贯穿速率,有利于喷雾的扩散和蒸发。小孔径的喷油嘴,虽然能够减少贯穿距离,但也同时减弱了喷雾和空气的混合空间范围;由于小孔径促进了喷雾的破碎和蒸发,气相喷雾分布均匀程度明显提高。环境密度高的条件下明显减小了喷雾的贯穿距离,这样虽然导致喷雾的扩散速率降低,但由于单位体积内气体量的大幅增加,加快了环境气体和喷雾之间的互相作用,更容易形成气相。环境温度对喷雾的蒸发速率起关键作用,液相喷雾贯穿距离随温度升高而减小,同时,气相最大当量比出现时间提前,这些说明环境温度升高,加速了环境气体和喷雾间的热交换,提高了喷雾的蒸发速率,最终促进气相快速形成。

激光诱导荧光技术测量规整填料内的液体分布

介绍了利用激光诱导荧光技术(LIF)测量规整填料内的液体分布的实验方法,实现了液体分布的可视化,得到了液膜厚度和持液量等定量信息。利用LIF技术分别测量了3种物系在750Y型规整填料的实验装置内的液体分布。结果表明,表面张力和黏度都对填料表面上的液体分布有影响,但表面张力对液膜厚度和持液量的影响较大,是主要影响因素。

基于激光诱导荧光技术的煤矿水源识别研究

快速准确的识别煤矿含水层水源对于煤矿突水预警及灾后救援意义重大,针对传统水源识别耗时较长,不适宜构建在线式预警系统,提出使用激光诱导荧光技术用于煤矿水源类型识别的方法。利用激光激发待测水样,获取其荧光光谱,结合模式识别对水源进行快速辨识。实验采集了淮南矿区谢桥煤矿的两种纯水样本-老空水与砂岩水,并根据不同混合比配成5种混合水样进行实验。首先针对获取的水源荧光光谱中可能会存在的各种噪声及干扰信息,采用SG、 Normalize、 Gapsegment求导、 Detrend和MSC 5种常用的光谱预处理算法对光谱数据进行处理。其次针对荧光光谱数据量过大,对数据进行PCA降维,作为对比6种预处理方式(含原始光谱)主成分数皆取3,结果显示SG预处理累计贡献度最大,为97.26%;其次是原始光谱,为92.38%, Normalize与Detrend累计贡献度相差不大,分别为88.04%和87.59%, MSC为66.41%, Gapsegment最差,为22.65%。最后分别对PCA降维后的数据使用线性LDA以及非线性RBF-SVM模型进行识别对比。使用LDA进行建模, SG-PCA-LDA正确率最高,达到了98.86%,依据建立的LDA模型,对验证集数据进行识别, SG-PCA-LDA的正确率依然最高,为100%。使用RBF-SVM进行建模, Original-PCA-RBF-SVM, SG-PCA-RBF-SVM, Normalize-PCA-RBF-SVM正确率最高,皆为97.14%,依据建立的RBF-SVM模型,对验证集数据进行识别, Original-PCA-RBF-SVM和SG-PCA-RBF-SVM正确率依然最高,为97.14%。对比两类模型可以发现, LDA验证集正确率较建模集有一定的提升,而RBF-SVM验证集正确率较建模集有小幅度降低,说明LDA模型对于此煤矿水源荧光光谱数据的泛化能力较好,且成功率较高。结果表明, SG-PCA-LDA模型结合激光诱导荧光技术是一种较佳的应用于本地煤矿水源识别的方法,且验证了对老空水、砂岩水的纯水样和混合水样识别的可能性,可以推广到煤矿其他混合水源的识别中。

电弧加热射流O_2激光诱导荧光技术温度测量

采用ArF准分子激光器作为激发光源来激励O2 Schumann Runge带系(B3Σ-u←X3Σ-g)193.3nm附近的转动吸收谱线,用紫外光电倍增管探测该带系256nm附近的荧光信号,建立了ArF准分子激光器O2激光诱导荧光流场测试系统。在建立O2单带测温模型和软件的基础上,利用Schumann Runge带系(10,2)带的荧光信号、测量了氧氩混合电弧加热射流的径向温度分布。结果表明:我们建立的ArF准分子激光器O2 LIF测试系统是成功的。

激光诱导荧光检测技术在小型底栖生物分离系统中应用的研究

介绍了激光诱导荧光检测技术在小型底栖生物分离系统的应用。设计小型底栖生物标本荧光检测方案,通过荧光染料虎红(rosebengal)光谱实验和激光诱导荧光检测系统光电信号模型分析,建立实验系统。由数据分析得到小型底栖生物荧光特性,为利用荧光检测技术分离沉积样品提供科学的数据支持。

激光诱导植物荧光寿命校正技术及其特性分析

激光诱导植物荧光寿命测量法是在植物荧光光谱分析法基础上开发的一种评估植物生长状况及环境监测的新技术。根据植物叶绿素荧光信号的物理特性,利用信息仿真技术开发了一种叶绿素荧光寿命校正方法,可提高植物叶绿素荧光寿命的测量精度。利用激光诱导叶绿素荧光寿命测量系统分别测得叶绿素荧光及其背景信号,先用解卷积法叶绿素荧光信号中分离出荧光衰减函数,可获取荧光寿命估计值。再结合叶绿素荧光寿命校正技术就能反演得到高精度的植物荧光寿命。仿真与实验结果表明:该方法可实现高精度的植物荧光寿命实时监测;并对不同含量的叶绿素提取液进行了测试,构建了植物荧光寿命与叶绿素含量的对应关系模型。未来该技术可用于遥感监测海洋、湖泊、河流中藻类植物的生物含量。

三维激光诱导荧光(3DLIF)技术及测量水体标量场设备研究

本文介绍了激光诱导荧光(LIF)技术测量水体浓度场、温度场和速度场的基本原理,总结了从一维到三维LIF技术的发展历程,综述了激光诱导荧光(LIF)技术测量水体标量场的关键问题,包括激光器和片光源、荧光物质选择和校正方法,从工程化和产业化的需求出发,提出了基于3DLIF技术的水体三维标量场测量仪器的总体技术方案、技术路线和总体技术指标,并给出了3DLIF的关键技术及其解决方案。

激光诱导荧光技术在疾病诊断中的应用研究

目前医学领域中的疾病诊断手段具有过程复杂、灵敏度差等不足，对激光诱导荧光技术的应用存在固有荧光强度较弱，发出的激光波长和健康病人体内组织所发出的荧光波长较为接近，导致特异性较差。对此，提出激光诱导荧光技术在疾病诊断中的应用研究。根据激光诱导荧光技术的特点，将样品组织的激光荧光光谱看作波长一时间二维平面上能量值的连续分布，总结分布规律并计算其统计学特征参量；给出激光荧光光谱检测系统，选取真实癌肿瘤样品组织，收集荧光光谱图像；根据得到人体正常样品组织和癌变组织的激光荧光光谱特征规律，寻找能够将二者区分的光谱差异，获得疾病诊断依据，与真实病理进行分析比较。收集到的癌变样品组织激光波长和正常组织所发出的荧光波长具有显著差异性，能够实现疾病的准确诊断。实验测试结果与真实病理分析结果证明，人体样品组织在350nm激发波长下进行疾病诊断时的灵敏度和特异性最佳，克服了当前方法存在的不足。

全柱成像激光诱导荧光微阵列芯片检测器

随着微分离技术的发展和微电子、微制造技术的进步,芯片分析仪器已成为当今一个重要的发展方向.传统的单通道、单点检测所存在的弊端是检测通量太小.而微芯片检测系统与传统检测器具有较大的差别,发展新型高灵敏度芯片检测技术一直是微分析技术能否实用化的关键.……

激光诱导原子荧光光谱技术及其应用

本文介绍了激尤诱导原子荧光技术的发展过程,方法的原理和各种类型的实验装置,对激发源、原子化器和光学检测系统分别进行了讨论,给出了该技术在光谱分析、等离子体诊断和光谱学研究中的几种应用情况,展望了该技术的发展前景。

火花点火发动机激光诱导荧光及散射测量技术应用研究

本文就汽车发动机的激光测量技术问题 ,重点介绍了散射光法及激光诱导荧光法在发动机研究开发过程中的应用及其机理。这些方法对电子控制稀燃火花点火发动机的设计和优化具有重要意义。

激光诱导自体荧光成像法(LIFI)诊断肺癌

系统利用三倍频调Q脉冲Nd:YAG激光器产生波长为355nm的激光作为激发光,利用像增强型电荷耦合器件(ICCD)作为成像器件,对肺癌组织和正常肺组织在特征波段进行荧光成像。对不同特征波段的荧光图像进行分析后可看出肺癌组织与正常肺组织有明显区别。为利用激光诱导荧光诊断肺癌提供了一种新的诊断方案,并可在改进后用于临床诊断。