应用案例 | 深视智能高灵敏sCMOS相机Solis系列在甲烷火焰燃烧特性研究领域的应用

随着航天迈向可重复利用与深空探测时代，传统推进剂局限性凸显：液氧煤油易积碳阻碍复用，液氢储存成本过高。甲烷因低积碳、低成本等优势脱颖而出，成为SpaceX“猛禽”、中国“天鹊”等发动机燃料的核心选择。
 

甲烷火焰的燃烧特性（如速度、温度、稳定性、污染物生产等）受压力及金属添加剂影响，并直接反映在其发射光谱中。该光谱由多个不连续的特征谱线构成：其中自由基的谱线集中在紫外-可见光区；但其燃烧产物CO、CO₂和H₂O的谱线更多在红外区域。

因此，在燃烧诊断研究中，要清晰捕捉甲烷火焰的图像轮廓，必须借助在近红外波段兼具高量子效率与优异噪声控制能力的专业sCMOS相机。

02实验过程
 

 

图 | 目标火焰位置

本实验采用两台深视智能背照式高灵敏度sCMOS相机（Solis系列），通过分光棱镜与光纤束传输成像，比较火焰在850nm与890nm两个近红外特定波长下的辐射亮度信息，分析不同压力、掺杂金属粒子条件下可燃物燃烧时的火焰三维特性。
 

图 | 实验现场架设

实验通过拍摄不同压力（0.4atm、1.0atm、1.5atm三种压力）、纯甲烷与掺杂金属粒子状态下的甲烷燃烧图像，一方面分析金属粒子对燃烧特性的影响，另一方面为火焰三维重建提供可量化的数据支撑。

03实验结果及分析
 

实验结果清晰揭示：压力升高使火焰反应加剧（气体分子碰撞频率增加，燃烧反应速率会加快）、厚度减薄。对比低压（0.4atm）的平缓燃烧，高压（1.5atm）工况下火焰更为剧烈明亮。而金属粒子的掺杂，则通过催化效应进一步提升了火焰亮度、锐化了边缘轮廓。

 

实验充分验证，深视智能Solis系列背照式sCMOS相机在近红外波段均拥有优异的响应效率，能够全面满足不同燃烧诊断场景的苛刻需求。

高灵敏度之选：Solis B518搭载18μm超大像元，其近红外灵敏度尤为突出（在850nm和890nm波段的灵敏度分别可达常规6.5μm像元相机的5倍与10倍），并具备0.45e-的超低读出噪声，信噪比表现优异。

高分辨率之选：Solis B0465搭载2048×2048分辨率、6.5μm像元的背照式传感器，可见光量子效率＞95%，紫外区＞50%，能解析火焰的精细微观结构。

04应用前景与意义
 

 

深视智能Solis系列sCMOS相机的意义，在于为下一代动力与能源系统研发提供前所未有的“视觉”洞察。其超高近红外灵敏度与极低噪声特性，能将甲烷-金属粒子火焰中“看不见”的辐射特征，转化为可定量分析的高清图像，从而将应用前景拓展至：

液体火箭发动机燃烧稳定性研究与优化

低碳/零碳新型推进剂的燃烧特性解析

高温燃烧过程的非接触式诊断与智能控制

极端条件下的瞬态过程精准捕捉

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