Laserblad-imaging

Het LSI-instrument biedt een unieke combinatie van een niet-intrusieve meettechniek met de hoogst mogelijke spuitverdelingresolutie. Voorbeelden van projecten uit het verleden waarbij bij Spraying Systems Co. gebruik werd gemaakt van laser sheet imaging zijn onder andere gedetailleerde metingen van de spuitnevelverdeling in de dwarsstroom voor gasconditioneringstoepassingen, en gedetailleerde beoordeling van de voorbijgaande spuitnevelverdeling met behulp van een pulserende injectorverstuiver.

• Spuitdistributie
  in dwarsstroom Om de spuitdistributie in een gasconditioneringstoepassing te optimaliseren, werd een spuitdop in de windtunnel geplaatst en werd de vloeistofdistributie gemeten onder verschillende dwarsstroomhoeken (d.w.z. de oriëntatiehoek van de spuitdop ten opzichte van de windtunnelstroming). Er werden LSI-beelden van de vlakke verdeling verkregen en gemiddeld, om de optimale hoek van de verstuiver te bepalen voor een maximale gelijkmatigheid en dekking van de nevel, terwijl het nat worden van de wanden tot een minimum beperkt bleef.

• NOx Injector Transient Spray Development
  Een klant benaderde Spraying Systems Co. en was geïnteresseerd in het karakteriseren van de spuitnevelverdeling tijdens de open/dicht-fases van hun eigen injectiesproeier. Het LSI-systeem werd ingesteld om te triggeren met de injectiepuls, met een toegewezen tijdvertraging, om veel beelden op te nemen op verschillende tijdstippen ten opzichte van de begintijd van de injectie. Deze beelden werden dan ensemble-gemiddeld om een gemiddelde sproeiverdeling te verkrijgen in vele stadia van de injectieperiode. In het algemeen werd geconstateerd dat er een niet-uniform spuitpatroon werd gegenereerd in de begin- en eindfasen van de injectie.

LSI gebruikt een kortstondige gepulseerde laser, die door een divergerende lens wordt geleid, om een vlakke dwarsdoorsnede van het sproeipatroon te belichten. De korte laserpuls bevriest de sproeidruppels op hun plaats terwijl zij worden afgebeeld. De druppels verstrooien het laserlicht en een camera, die met de laserpuls wordt geactiveerd, filmt de druppels binnen het laservlak. Op de lens van de camera is een band-pass lichtfilter bevestigd, dat alleen licht van de golflengte van de laser doorlaat naar de CCD-sensor, waardoor in wezen alle druppeltjes buiten het vlak uit het beeld verdwijnen

• De Mie-theorie
  Gewoonlijk wordt bij LSI-metingen water als sproeimedium gebruikt. De waterdruppels verstrooien het laserlicht volgens de Mie-theorie, wat resulteert in een verlichting van elke druppel die gelijk is aan zijn oppervlakte. Het resultaat van het ensemblegemiddelde is een vlakke verdeling die representatief is voor het totale sproeioppervlak. Hoewel dit in veel gevallen vergelijkbaar is met de volumeverdeling, wordt er vaak naar verwezen als de nevelconcentratieverdeling en is het leerzaam om plaatselijke gebieden met een hoge versus een lage nevelconcentratie te beoordelen.

• Laser Induced Fluorescence (LIF)-methode
  Om met het LSI-instrument volumeverspreidingsmetingen te verkrijgen, moet het verstoven materiaal met een doteringsmiddel worden behandeld. Bij laser geïnduceerde fluorescentie (LIF)-metingen wordt gebruik gemaakt van een kleurstof in het verstuivingsmateriaal, die, wanneer hij wordt blootgesteld aan de golflengte van het licht dat door de LSI-laser wordt uitgezonden, ervoor zorgt dat de hele druppel licht gaat uitstralen. De LIF-methode resulteert dus in vlakke nevelverdelingen die representatief zijn voor het volume van de neveldruppel.

Bij Mie- of LIF-metingen worden gewoonlijk vele momentopnamen gemaakt en het gemiddelde daarvan wordt berekend om tot een gemiddelde vlakke nevelverdeling te komen.

Het LSI-systeem levert een spuitverdelingsresultaat met hoge ruimtelijke resolutie, dat representatief kan zijn voor de concentratie of voor de volumeverdeling. Er worden ogenblikkelijke resultaten verkregen van de vlakke verdeling van de nevel, die kunnen worden samengevoegd tot gemiddelde waarden. Het systeem kan in werking worden gesteld om voorbijgaande nevelontwikkelingseffecten gedurende meerdere cycli op te lossen. De niet-intrusieve aard van de belichting van de spuitdwarsdoorsnede door middel van een laservel maakt metingen van de vlakke spuitverdeling van de hoogste kwaliteit mogelijk, waardoor een gedetailleerde waarneming van het tweedimensionale spuitpatroon mogelijk is

Het LSI-systeem geeft geen informatie over de grootte van de druppels; daarom wordt het vaak gebruikt in combinatie met een van de vele instrumenten om de grootte van de druppels te meten, om aanvullende karakterisering te geven.