sCMOS科学相机助力燃烧蓝色火焰观测实验

sCMOS科学相机助力燃烧蓝色火焰观测实验

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/gaosushexiangji/article/details/146260552

在安全工程领域，火焰的传播速度和特性直接影响火灾蔓延和危害程度。其中蓝色火焰因燃烧充分、温度高，其传播动力学机制是火灾安全研究中的核心问题。近日，千眼狼技术工程师与某安全工程实验室研究人员联合开展了基于sCMOS科学相机的观测实验，揭示了富氧火焰的微观动力学机制。

实验设备

1. sCMOS科学相机：采用千眼狼Revealer Gloria 4.2 , 源自GSENSE2020BSI芯片，分辨率2048×2048， 410nm波段下量子效率＞70%。
2. 燃烧实验装置，尺寸1.2m×0.8m×0.6m，通过调节燃烧环境中的氧气体积分数，模拟富氧条件，可确保燃烧的稳定性和重复性。
3. 带通滤光片，中心波长410nm，半宽10nm，用于抑制背景光谱干扰，提高信噪比。
4. 科学成像分析软件RPC，用于实时采集和存储sCMOS科学相机获取的图像数据。

实验过程与数据

1. 预混甲烷-氧气，当量比Φ=0.9，流速5L/min，氧气浓度梯度25%~35%。
2. 架设sCMOS科学相机于燃烧装置侧向点火系统处，搭配50mm C口镜头，并将滤光片安装在相机镜头前。
3. 调节sCMOS科学相机的焦距、光圈，增大曝光时间和增益，确保清晰捕捉燃烧区域。
4. 采用LabView控制点火、供气与科学相机同步，同步误差＜50μs。
5. 改变氧气浓度实验工况，获取不同条件下蓝色火焰的图像数据。
6. 研究人员基于自编程的二值化分析方法，提取蓝色火焰的边缘轮廓，根据提取的火焰边缘位置信息，计算火焰在不同时间点的位移，进一步计算蓝色火焰的传播速度。

实验捕获的原始图像清晰显示火焰的褶皱区。通过调整实验工况发现，富氧条件下，蓝色火焰位移速度明显高于正常空气条件下的火焰，传播过程中易出现闪络现象。

实验结论与展望

本次实验，sCMOS科学相机在紫外和蓝光波段下有良好的响应，揭示了富氧火焰的微观动力学机制，为研究火焰的传播机制提供直观且详细的图像数据。研究人员后续将结合AI算法，开发基于U-Net模型的火焰语义分割模型，提高复杂背景下的诊断效率，为火灾安全工程领域精准预防与控制提供更有力的理论支持和技术保障。