激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)簡介

1、激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)（LIF）1激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)（激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)（LIFLIF）學(xué)學(xué) 生：生：學(xué)學(xué) 號：號：指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師：2014年年5月月23日日*課程專題報(bào)告課程專題報(bào)告激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)（LIF）2簡介LIF: Laser Induced Fluorescence激光誘導(dǎo)熒光：激光誘導(dǎo)熒光： 是一種可視化的、非接觸式的激光測量方法。由于激是一種可視化的、非接觸式的激光測量方法。由于激光本身良好的選擇性，利用某些物質(zhì)分子或原子在激光照光本身良好的選擇性，利用某些物質(zhì)分子或原子在激光照射下能激發(fā)熒光的特性，可將射下能激發(fā)熒光的特性，可將LIF廣泛應(yīng)用到力學(xué)上的流廣泛應(yīng)用到力學(xué)上的流動(dòng)顯示及

2、顆粒濃度、壓力、溫度等物理參數(shù)的測量。動(dòng)顯示及顆粒濃度、壓力、溫度等物理參數(shù)的測量。激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)（LIF）3激光的四大特點(diǎn)n單色性好單色性好 頻率、波長單一頻率、波長單一n方向性好方向性好 發(fā)散小，可遠(yuǎn)距離傳輸發(fā)散小，可遠(yuǎn)距離傳輸n亮度高亮度高 能量密度高能量密度高n相干性好相干性好 相位固定，相干長度長相位固定，相干長度長激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)（LIF）4原理 讓一束激光通過檢測區(qū)域，調(diào)節(jié)激光波長，當(dāng)激光光讓一束激光通過檢測區(qū)域，調(diào)節(jié)激光波長，當(dāng)激光光子的能量（與激光的波長相關(guān)）等于檢測區(qū)域某種組分分子的能量（與激光的波長相關(guān)）等于檢測區(qū)域某種組分分子的某兩個(gè)特定能級之間的能量之差時(shí)，該分子會(huì)

3、吸收光子的某兩個(gè)特定能級之間的能量之差時(shí)，該分子會(huì)吸收光子能量躍遷至高能態(tài)。子能量躍遷至高能態(tài)。 處于高能態(tài)的分子不穩(wěn)定，在一定時(shí)間內(nèi)它會(huì)從高能處于高能態(tài)的分子不穩(wěn)定，在一定時(shí)間內(nèi)它會(huì)從高能態(tài)返回到基態(tài)。在此過程中，分子會(huì)通過自發(fā)輻射釋放能態(tài)返回到基態(tài)。在此過程中，分子會(huì)通過自發(fā)輻射釋放能量發(fā)光而產(chǎn)生熒光，這就是激光誘導(dǎo)熒光。用量發(fā)光而產(chǎn)生熒光，這就是激光誘導(dǎo)熒光。用CCD相機(jī)等相機(jī)等圖像采集工具記錄下隨流體一起流動(dòng)的熒光物質(zhì)的熒光，圖像采集工具記錄下隨流體一起流動(dòng)的熒光物質(zhì)的熒光，從而可實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜流場的可視化。從而可實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜流場的可視化。激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)（LIF）5原理 實(shí)際應(yīng)用中，從熒光

4、的分布，可以探測粒子的種類；實(shí)際應(yīng)用中，從熒光的分布，可以探測粒子的種類；從熒光的強(qiáng)弱，可得知粒子的濃度以及溫度；利用其空間從熒光的強(qiáng)弱，可得知粒子的濃度以及溫度；利用其空間分辨性還可以測量粒子的濃度場、溫度場。分辨性還可以測量粒子的濃度場、溫度場。 激光束聚焦到被測流體，產(chǎn)生的熒光通過色散器件（單色、多色光譜儀），然后熒光被檢測器接收轉(zhuǎn)換為電信號。激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)（LIF）6系統(tǒng)組成LIF的硬件系統(tǒng)有：的硬件系統(tǒng)有：（1）激勵(lì)源：由激光器和光）激勵(lì)源：由激光器和光屏（通常為一組球面或柱屏（通常為一組球面或柱面透鏡）組成；面透鏡）組成；（2）檢測系統(tǒng)：包括像差修）檢測系統(tǒng)：包括像差修正成像透鏡

5、和數(shù)碼成像微正成像透鏡和數(shù)碼成像微光攝影機(jī)；光攝影機(jī)；（3）高速分析系統(tǒng)：即圖像）高速分析系統(tǒng)：即圖像分析處理機(jī)，可事后、實(shí)分析處理機(jī)，可事后、實(shí)時(shí)處理圖像。時(shí)處理圖像。激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)（LIF）7光源光源：提供窄線寬穩(wěn)定的脈沖激光，：提供窄線寬穩(wěn)定的脈沖激光，激光器（激光器（1,2）；）；光學(xué)組件光學(xué)組件：光路調(diào)整，光路轉(zhuǎn)換，：光路調(diào)整，光路轉(zhuǎn)換，過濾雜散光等作用（過濾雜散光等作用（3,4,5,6）；）；熒光探測器熒光探測器：檢測激光誘導(dǎo)熒光的：檢測激光誘導(dǎo)熒光的強(qiáng)度及分布，并轉(zhuǎn)換為電信號強(qiáng)度及分布，并轉(zhuǎn)換為電信號（8,9,11,12）；）；同步控制器同步控制器：控制激光與探測器時(shí)：控制激光

6、與探測器時(shí)序，以捕捉目標(biāo)物種的熒光；序，以捕捉目標(biāo)物種的熒光；采集軟件采集軟件：采集數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)：采集數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；行處理；系統(tǒng)組成激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)（LIF）8激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)（LIF）9技術(shù)要求 該技術(shù)的關(guān)鍵是選擇合適的物質(zhì)與特定波長的激光光該技術(shù)的關(guān)鍵是選擇合適的物質(zhì)與特定波長的激光光源相匹配，以產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的熒光信號為探測器所接收。源相匹配，以產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的熒光信號為探測器所接收。目前作為示蹤粒子的有氫氧根（目前作為示蹤粒子的有氫氧根（OH）、碳?xì)涓ǎ⑻細(xì)涓℉C）、）、一氧化碳（一氧化碳（CO）、氧分子（）、氧分子（O2）、氧原子（）、氧原子（O）、丁二）、丁二酮分子

7、等。酮分子等。 用于液體的流場顯示時(shí)需要加入熒光染料。用于液體的流場顯示時(shí)需要加入熒光染料。 不同物質(zhì)需和不同波長的激光器相配合。不同物質(zhì)需和不同波長的激光器相配合。激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)（LIF）10分類測量物質(zhì)液體LIF氣體LIF燃燒LIF測量手段示蹤LIF產(chǎn)物分析LIF濃度測量溫度測量LIF分類分類激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)（LIF）11應(yīng)用 目前目前LIF技術(shù)已應(yīng)用于氣體、液體、固體的測量中及燃燒、等離技術(shù)已應(yīng)用于氣體、液體、固體的測量中及燃燒、等離子體、噴射和流動(dòng)現(xiàn)象中。子體、噴射和流動(dòng)現(xiàn)象中。毛細(xì)血管電泳檢測病變診斷檢測大氣、水體污染檢測火焰、流場等激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)（LIF）12特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：n

8、高靈敏度：探測下限可達(dá)高靈敏度：探測下限可達(dá)106個(gè)粒子個(gè)粒子/cm3，濃度檢測最低可達(dá)，濃度檢測最低可達(dá)10-13mol/L。n測溫范圍寬，測量精度高：已有在測溫范圍寬，測量精度高：已有在1600的實(shí)驗(yàn)條件和的實(shí)驗(yàn)條件和1100的燃?xì)獾娜細(xì)廨啓C(jī)條件下進(jìn)行熒光測溫的報(bào)道，測溫精度可達(dá)輪機(jī)條件下進(jìn)行熒光測溫的報(bào)道，測溫精度可達(dá)1。n較高的空間分辨力：可達(dá)到微米量級。較高的空間分辨力：可達(dá)到微米量級。n快速的時(shí)間響應(yīng)：時(shí)間分辨最高可達(dá)納秒量級，可對自由基等瞬態(tài)物快速的時(shí)間響應(yīng)：時(shí)間分辨最高可達(dá)納秒量級，可對自由基等瞬態(tài)物質(zhì)壽命進(jìn)行檢測。質(zhì)壽命進(jìn)行檢測。n對被測區(qū)域無干擾：通過激光激發(fā)，而不涉及接觸式的探針等器件，對被測區(qū)域無干擾：通過激光激發(fā)，而不涉及接觸式的探針等器件，對等離子體，燃燒等幾乎不產(chǎn)生干擾。對等離子體，燃燒等幾乎不產(chǎn)生干擾。激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)（LIF）13特點(diǎn) 主要問題：主要問題： 對激光器的要求較高，維護(hù)昂貴；對激光器的要求較高，維護(hù)昂貴； 測量系統(tǒng)較復(fù)雜。測量系統(tǒng)較復(fù)雜。激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)（LIF）14發(fā)