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應用探析| sCMOS科學相機在燃燒藍色火焰觀測實驗中的應用

來源：合肥中科君達視界技術股份有限公司 更新時間：2025-03-14 16:00:12 閱讀量：149
導讀：千眼狼sCMOS科學相機捕獲410nm波段下富氧藍色火焰瞬態(tài)行為

01

研究背景與意義


安全工程領域，火焰的傳播速度和特性直接影響火災蔓延和危害程度。其中藍色火焰因燃燒充分、溫度高，其傳播動力學機制是火災安全研究中的核心問題。傳統(tǒng)圖像采集設備在弱光下的靈敏度不足(量子效率＜30%)，難以捕捉藍色火焰的瞬態(tài)行為。sCMOS科學相機憑借高量子效率、低讀出噪聲、高動態(tài)范圍等特點，可有效捕捉火焰的微小變化和瞬態(tài)行為，助力研究藍色火焰?zhèn)鞑C制。

近日，千眼狼技術工程師與某安全工程實驗室研究人員聯(lián)合開展了基于sCMOS科學相機的觀測實驗。

02

實驗設備


1）sCMOS科學相機：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）燃燒實驗裝置，尺寸1.2m×0.8m×0.6m，通過調(diào)節(jié)燃燒環(huán)境中的氧氣體積分數(shù)，模擬富氧條件，可確保燃燒的穩(wěn)定性和重復性。
3）帶通濾光片，中心波長410nm，半寬10nm，用于抑制背景光譜干擾，提高信噪比。
4）科學成像分析軟件RPC，用于實時采集和存儲sCMOS科學相機獲取的圖像數(shù)據(jù)。

03

實驗過程與數(shù)據(jù)


1）預混甲烷-氧氣，當量比Φ=0.9，流速5L/min，氧氣濃度梯度25%~35%。

2）架設sCMOS科學相機于燃燒裝置側向點火系統(tǒng)處，搭配50mm C口鏡頭，并將濾光片安裝在相機鏡頭前。

3）調(diào)節(jié)sCMOS科學相機的焦距、光圈，增大曝光時間和增益，確保清晰捕捉燃燒區(qū)域。

4）采用LabView控制點火、供氣與科學相機同步，同步誤差＜50μs。

5）改變氧氣濃度實驗工況，獲取不同條件下藍色火焰的圖像數(shù)據(jù)。

6）研究人員基于自編程的二值化分析方法，提取藍色火焰的邊緣輪廓，根據(jù)提取的火焰邊緣位置信息，計算火焰在不同時間點的位移，進一步計算藍色火焰的傳播速度。

實驗捕獲的原始圖像清晰顯示火焰的褶皺區(qū)。通過調(diào)整實驗工況發(fā)現(xiàn)，富氧條件下，藍色火焰位移速度明顯高于正?？諝鈼l件下的火焰，傳播過程中易出現(xiàn)閃絡現(xiàn)象。

04

實驗結論與展望


本次實驗，sCMOS科學相機在紫外和藍光波段下有良好的響應，揭示了富氧火焰的微觀動力學機制，為研究火焰的傳播機制提供直觀且詳細的圖像數(shù)據(jù)。研究人員后續(xù)將結合AI算法，開發(fā)基于U-Net模型的火焰語義分割模型，提高復雜背景下的診斷效率，為火災安全工程領域精準預防與控制提供更有力的理論支持和技術保障。

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