煤油从喷嘴喷出到完成雾化、蒸发与混合，全过程往往只有几毫秒。要看清其中的浓度分布，实验者必须在一个激光脉冲的时间里完成一次成像。在一组针对煤油喷雾与气液两相流的激光诱导荧光实验中，实验团队以激光片光照射喷流截面，用深视智能 Solis B0555 Pro sCMOS 相机在外触发模式下采集荧光图像，在未加热与加热两种工况下均获得了可直接用于浓度反演的二维场数据。

一、实验背景与测量目标

煤油雾化、蒸发以及气液两相混合过程，直接决定燃烧室内的油气分布与后续燃烧组织效果。为获得喷流截面的二维浓度场，该实验采用激光片光成像方案：将激光整形为薄层光片照射煤油喷流截面，利用煤油芳香组分或添加的荧光示踪剂受激后产生的荧光效应生成二维信号，相机再通过匹配波段的带通滤光片采集荧光图像，经背景扣除与浓度反演后得到截面的二维浓度分布数据。

二、弱信号与强瞬态的成像难点

这一场景的成像约束十分苛刻，矛盾集中在两头。目标荧光信号本身强度微弱，前端的带通滤光片还要滤除杂光，抵达相机传感器的有效光子数量被进一步压缩；与此同时，煤油喷雾的破碎、液滴输运、气液混合与蒸发过程具备极强的瞬态性，流场结构演化速度快，无法通过延长曝光时间换取图像亮度。

常规成像方案的短板由此显现。曝光时间过长，瞬态流场结构会产生运动拖影，浓度场信息被时域平均，细节失真；曝光时间过短，有效信号偏弱，很容易被相机读出噪声淹没。此外，激光脉冲与相机曝光时序之间哪怕只有微小偏差，也会引起帧间亮度剧烈波动，影响多帧平均叠加的效果，进而破坏浓度场定量分析的准确性与稳定性。

综合来看，这套方案真正需要的是一台能在极短曝光条件下同时守住灵敏度、噪声、读出速度与时序精度的相机：既要有足够高的量子效率，也要把读出噪声压到亚电子级；既要支持高速信号读出，也要具备高精度硬件同步触发能力，从而在单次激光脉冲内完整保留真实的瞬态喷流结构，为后续背景扣除、浓度反演与局部对比度增强提供高一致性、高保真度的原始图像。

三、实验系统与参数配置

为匹配瞬态弱荧光成像需求，实验采用了一套标准化、精细化的系统配置与试验方案，各环节参数如下。

激光激发系统。主光源为 Nd:YAG 脉冲激光器的三倍频 355 nm 波段，适配多数航空煤油天然芳香组分的荧光激发需求；针对低芳香组分燃油工况，可切换至四倍频 266 nm 波段，扩大有效激发的覆盖范围。激光工作频率设置为 10-20 Hz，脉冲宽度 5-10 ns，单脉冲能量采用梯度优化调节方式，在精准冻结瞬态流场的同时有效规避光漂白与信号饱和风险。

片光光路。激光整形后的光片厚度控制在 0.5-1.0 mm，精准覆盖目标喷流测量截面，构建标准二维测量平面，同时抑制光路视线方向的信号积分干扰，提升截面浓度场的测量精准度。

相机曝光控制。相机采用外触发精准曝光模式，全局曝光积分窗口设置为 1 ms，单帧积分与单个激光脉冲匹配；实验根据实时信号强度在设备性能范围内动态微调曝光参数，完整包络激光脉冲信号，最大限度隔离环境连续背景光干扰。

光谱滤光。依据燃油荧光或示踪剂的特征发射光谱定制带通滤光片，有效观测波段筛选区间为 380-550 nm，用于隔离激光散射杂光与环境干扰光，提升成像信噪比。

图像采集策略。采用外触发单帧或序列采集模式，各试验工况稳定采集 50-200 帧有效图像，并同步采集暗场背景与无激光环境背景数据，为后续背景扣除、多帧平均与工况统计提供基准支撑。

图 1  实验装置与测量腔体，激光片光穿过喷流截面

四、成像设备与选型依据

这组实验最终选用的成像设备是深视智能 Solis B0555 Pro sCMOS 相机。该机型采用 5.5 μm 背照式传感器，峰值量子效率达到 95%@520 nm，在 5.2 MP 分辨率（2560 × 2048）下满幅帧率最高可达 240 fps（全局快门）或 120 fps（卷帘快门），可同时兼顾高灵敏探测与快速读出。

针对弱荧光成像中最关键的噪声问题，Solis B0555 Pro 在超低噪声模式下读出噪声低至 0.29 e- RMS，标准模式下为 0.34 e- RMS。更低的读出噪声意味着在短曝光、弱信号条件下仍能保留荧光纹理，也意味着达到同等信噪比所需的多帧平均样本量更少。

在时序与动态范围方面，相机支持 BNC 外部硬件触发，曝光范围覆盖 4 μs-100 s，可与脉冲激光及不同喷流工况灵活匹配；92 dB 的动态范围使其能够在同一帧内同时容纳弱荧光区域与局部高亮区域，降低饱和造成的信息缺失。

表 1  深视智能 Solis B0555 Pro sCMOS 相机主要技术参数

参数项技术指标

传感器5.5 μm 背照式 sCMOS

最大分辨率2560 × 2048（5.2 MP）

满幅拍摄速度240 fps（全局快门）/ 120 fps（卷帘快门）

峰值量子效率95% @ 520 nm

读出噪声0.34 e- RMS（标准模式）/ 0.29 e- RMS（超低噪声模式）

动态范围92 dB

触发接口BNC 外部硬件触发

图 2  深视智能 Solis B0555 Pro sCMOS 相机

五、成像结果与科研价值

从结果看，未加热与加热工况下均获得了可分析的荧光场。实验通过多帧平均提升弱信号稳定性，并对喷流区域施加 CLAHE 局部对比度增强，使煤油蒸汽的相对浓度分布与喷流结构差异能够被直观呈现（图 3）。

图 3  加热工况下多帧平均得到的喷流截面相对浓度场分布（归一化强度）

这类数据的价值不止于成像本身。对喷雾雾化、蒸发混合与燃烧组织优化而言，瞬态二维浓度场是判断混合均匀性与组织效果的直接依据；而测量能否成立，则取决于设备能否在极短曝光窗口内同时满足灵敏度、读出速度与时序同步要求。Solis B0555 把这三个环节结合在同一台相机上，为喷雾与两相流测量的场数据定量分析提供了可靠基础。

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