在燃烧科学与工程领域，深入理解火焰动态流场以及碳烟等污染物的生成与分布特性是至关重要的研究内容。这些研究有助于优化燃烧效率、减少污染物排放，并对能源利用和环境保护具有重大意义。然而，由于火焰内部流动复杂且瞬态变化快速，传统的测量方法往往难以捕捉到足够精确的流场信息。粒子图像测速技术（Particle Image Velocimetry，简称PIV）作为一种非接触式流体动力学实验手段，在可视化和量化流场速度分布上展现出显著优势。该技术通过注入示踪粒子并用激光照射，然后使用高速摄像机拍摄粒子散射或反射的光斑，进而分析连续两帧或多帧图像中粒子位移以计算流体速度。

数字脉冲延迟发生器在此类实验中的作用至关重要，它能够精确控制激光光源发射脉冲的时间点，确保其与高速摄像机的曝光时间精确同步。对于火焰流场的研究，通过调节脉冲延迟发生器可以准确捕捉到示踪粒子在特定燃烧阶段的位置，从而揭示出火焰内部复杂的流场结构。同时，针对碳烟等污染物的分布情况，虽然PIV主要关注流速信息，但同样可以通过调整脉冲延迟发生器实现与其他光学诊断技术（如激光诱导荧光LIF）的协同工作，使得相关成像设备能够在恰当的时刻记录下碳烟颗粒在火焰中的位置，以此来揭示碳烟生成及分布的动态过程。

因此，数字脉冲延迟发生器作为高精度时间控制的核心部件，在结合PIV示踪粒子研究火焰动态流场及碳烟分布时，提供了强大的技术支持，为科研人员揭示燃烧过程中的微细尺度物理现象提供了有力工具。

STC810是一款高精度数字延时脉冲发生器，它具有多达8个通道的同步触发输出，各个通道可单独设置延迟和脉宽等参数，时间分辨率和延迟精度高达10ps，通道间抖动小于35ps，特别适合系统内多台设备进行精确同步控制。接下来我们利用STC810作为同步时序控制器，对火焰流场及碳烟分布场测试系统进行触发控制，并进行动态拍摄。

本次采用STC810数字延时发生器多通道输出脉冲，分别触发激光器产生高能激光以及同步触发两台Photron高速相机拍摄火焰动态流场及碳烟分布场。

测试设备：中智科仪STC810八通道数字延迟脉冲发生器，Edgewave激光器，Photron高速相机。

实验过程与结果

脉冲稳定性测试

STC810触屏界面见图1，具体参数设置如表1所示，相应的脉冲稳定性测试结果如图2。

图1 STC810彩色触摸屏显示

图2 脉冲稳定性测试

稳定性测试结果：如图2所示，CH2与CH3通道信号上升沿重合，波形清晰无抖动。

激光器与相机同步测试

使用Edgewave触发信号上升沿触发STC810，激光频率10kHz，能量约9mJ/脉冲。两台Photron高速相机通过STC810进行同步和触发，拍摄频率为10kHz，通过CH2和CH3通道的延迟控制两台相机的开始曝光时间，CH4控制两台相机录制信号的初始时间。

激光器与相机同步测试结果：激光稳定触发，能量及延时无抖动。改变相机同步信号的延迟时间可观察到激光亮度稳定变化无抖动。两台相机录制图像同步。

火焰流场碳烟分布场动态拍摄

使用STC810数字脉冲延时发生器触发激光器和两台高速相机，拍摄火焰动态流场及碳烟分布场，每张照片拍摄时间间隔100μs，曝光时间2μs。通过对PIV示踪粒子在连续帧之间的位置变化追踪实现对火焰流场的计算。

(a) 整体视图

(b) 局部放大视图

图3 （a、b） 相机同步拍摄图片示例

相机同步拍摄图片测试结果：图3展示了两台高速相机同步触发拍摄到的图像，左右分别是两台相机拍摄的图像，其中白色点状区域为PIV粒子散射激光产生的信号。图3(b)为图3(a)中红框标注区域，其中丝带状、片状白色区域为火焰中碳烟在激光照射下发出的瑞利散射信号。可以看出两台相机拍摄到的图像非常相似，表明激光器与两台相机同步。

图4 单相机时间序列图片，Δt = 100μs

单相机时间序列测试结果：图4展示了连续拍摄的8张图片，时间间隔为100μs。红圈圈出了火焰回流区内的一个低速转动的涡结构，可以看出其随时间推移沿顺时针方向旋转，并带动右下角丝带状的碳烟发生拉长的形变。图像在帧与帧之间的变化连续稳定，说明稳定捕捉到了火焰流场及碳烟分布场。

中智科仪STC810八通道数字延迟脉冲发生器是一款具有高度灵活性和精确性的设备，特别为满足现代科研挑战而设计。这款设备内置了八个独立可控的延迟输出通道，使用户能够根据需要灵活调整延迟、脉冲宽度和频率等参数。此外，STC810还支持分频处理，能够在外部触发模式下实现最短70纳秒的延迟，同时提供低至0.25V的触发阈值。

STC810的特性不仅于此，它还兼容上升沿和下降沿触发，同时支持高阻抗和低阻抗匹配，大大增加了其应用范围和适应性。为了进一步提高操作便利性和精准性，STC810配备了中智科仪自主研发的智能软件控制系统。这个系统不仅可以直观地展示设置，还能有效地简化实验操作的复杂性，从而为科研工作提供极大的便利。

在实际使用中，STC810能够产生稳定的脉冲波形，能够稳定同步并触发激光器及高速相机，进而稳定捕捉火焰流场及碳烟分布场。这些特性使得STC810在各类科研领域中都能发挥重要作用，无论是物理、化学还是生物医学等领域，都能见到它的身影。总的来说，STC810是一款性能优秀、应用广泛的科研工具，值得科研人员信赖和使用。

解决方案

由中智科仪自主研发的STC810八通道数字延迟脉冲发生器是一款专为科研工作者设计的便捷精巧的时钟同步装置。该装置内置八个独立可控的延迟输出通道，允许您灵活调整延迟、脉冲宽度和频率等参数。

此外，它还支持分频处理，在外部触发模 式下，内置延迟短至70纳秒，支持低至0.25V的触发阈值。STC810还兼容上升沿和下降沿触发，同时支持高阻抗和低阻抗匹配。STC810配备了自主研发的智能软件控制系统，使操作灵敏且精准。该软件不仅能够直观地展示设置，还能有效地简化实 验操作的复杂性，为科研工作提供便利。

无论是调整延迟，设置脉冲宽度还是频率等参数，STC810都能够在实验过程中发挥出色的作用。