ויזואליזציה של ספקטרומטריית אמביינט המוני עם השימוש של צילומי שליארן

מאמר זה מציג פרוטוקול להדמיה של זרמים גזיים של מקור יינון סביבתי באמצעות צילום שלירן וספקטרומטריית מסה.

המטרה הכוללת של הליך זה היא לדמיין את זרם הגז של מקור יינון סביבתי המשמש בספקטרומטריית מסה, לצורך הבנה ואופטימיזציה של מקור היינון. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום ספקטרומטריית המסה של יינון הסביבה, כגון יעילות יינון לעומת מיקום המקור. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שימוש בזרמי גז חזותיים עם מקור יינון סביבתי כדי להבין טוב יותר את התופעה הפיזיקלית הקשורה לטכניקת הזיהוי.

למרות ששיטה זו יכולה לספק תובנה לגבי ספקטרומטריית מסה סביבתית, ניתן ליישם אותה גם על מערכות אחרות, כגון תופעות פיזיקליות, הכוללות זרמי גז. דוגמה לכך היא תחום האווירודינמיקה. בדרך כלל, אנשים חדשים בשיטה זו יתקשו, מכיוון שבתחילה קשה להבין כיצד להתאים ידנית את המערכת כדי להשיג יישור נכון של המצלמה.

ראשית, מהדקים מראה קעורה כדורית במעמד טבעת מהדק גדול מספיק כדי לתמוך במראה. חבר את מעמד הטבעת clamp עם המראה למעמד טבעת של שלושה רגל בניצב לרצפה. יש למקם את מעמד הטבעת והמראה לצד מקור ספקטרומטר המסה.

כוונן את פני המראה כך שיהיו מקבילים למקור ובאותו גובה. לאחר מכן, מקם את המראה כך שהמרכז שלה מיושר עם אזור המקור המרכזי של ספקטרומטר המסה. לאחר מכן, חבר לוחית מתכת לחלק העליון של החצובה.

חבר סכין גילוח, המכונה החתוך, ללוחית המתכת באמצעות מגנט, כך שהקצה החד יהיה אנכי. הניחו את החצובה בקו אחד עם המראה, באורך מוקד כפול מהמראה. לאחר מכן, יישר את סכין הגילוח אורתוגונלי לנתיב האור המוחזר מהמראה.

כוונן ידנית את גובה החצובה כך שהקצה החד של סכין הגילוח יהיה מיושר בערך עם מרכז המראה. לאחר מכן, הרכיב מצלמה דיגיטלית, עם עדשת טלפוטו 300 מילימטר על חצובה נפרדת. מקם את המצלמה כך שהעדשה תהיה ארבעה סנטימטרים ישירות מאחור, ובאותו גובה, כמו סכין הגילוח.

חבר את פלט הווידאו של המצלמה לצג מחשב כדי לצפות בקלות בתופעת שלירן בזמן אמת. קדחו חור קטן בקוטר של כ-6 מילימטרים במרכז מכסה בקבוקון על מנת לחבר אותו לפנס. הצמד את מכסה הבקבוקון מעל פנס LED של 200 לומן, באמצעות סרט נייר כסף בטמפרטורה גבוהה.

הניסוי יעבוד רק אם היישור של כל הרכיבים נכון. אנא הקפד להבטיח מיקום נכון. כדי להבטיח מיקום נכון של הפנס, הנח מצביע לייזר על לוחית המתכת ליד סכין הגילוח.

הזז ידנית את מצביע הלייזר כך שהשעועית תפגע במרכז המראה. כוונן לפי הצורך כדי להבטיח שהקרן המוחזרת מצטלבת בצורה אורתוגונלית לסכין הגילוח, כך שכמחצית מהקרן חסומה. אם הקרן אינה מיושרת, כוונן ידנית את מיקום המראה כדי לכוון את קרן מצביע הלייזר ישירות אל סכין הגילוח.

לאחר שווידאתם שקרן הלייזר מרוכזת על העדשה, החלף את מצביע הלייזר בפנס מכוסה כשהכל מיושר. לאחר מכן, הפעל את הפנס. בעזרת פיסת נייר לבן, התבונן באור המוחזר בניתוק, וודא שהאלומה היא נקודה קטנה וממוקדת.

בצע את כל ההתאמות האנכיות הדרושות כדי לחסום כמחצית מאלומת האור המוחזרת עם הניתוק. לאחר מכן, הסר את מכסה העדשה במצלמה והתמקד במראה. יישר ידנית את מקור היונים של ספקטרומטריית המסה באזור הבדיקה, עם מרחק של 10 מילימטרים בין קצה הזרבובית לכניסה של ספקטרומטר המסה.

לאחר מכן, פתח ידנית את שסתום המחט למקור הסביבה, ואפשר לחנקן לזרום דרכו. פתח את התוכנה המשמשת לשליטה בספקטרומטר המסה. לחץ על קובץ ובחר פתח כוונון.

לאחר מכן, בחר את קובץ ה-Tune המתאים. לאחר פתיחת ה-Tune הידני, הפעל את כל המתח והטמפרטורות על מקור הסביבה. שימו לב למראה הזרימה היוצאת מהזרבובית עם מנגנון שלירן, על מסך התצוגה של המצלמה הדיגיטלית בטמפרטורה עולה.

לאחר שהתמונה הרצויה מוצגת במצלמה, אסוף אותה על ידי צילום של זרם הגז. בשלב זה, פתח את התמונה שנרכשה באמצעות תוכנת צפייה בתמונות, והדפס אותה. צייר ידנית קו באמצעות עיפרון וסרגל על התמונה המודפסת, תוך הגדרת הציר המרכזי של זרם הגז במקביל לכיוון הזרימה.

בעזרת הסרגל, צייר ידנית קו לאורך קצה זרם הגז המוצג בתמונה המודפסת. סמן את הקצוות החיצוניים של זרם הגז כדי לקבל טווח לחצי זווית הריסוס. לבסוף, מדוד את הזווית המיוצרת בין הציר המרכזי לקו באמצעות מד זווית.

כאשר כל הרכיבים במערך שלירן מיושרים כהלכה, ניתן לראות גזים באזור הבדיקה כאזורים כהים ובהירים מנוגדים. ניתן להשתמש בניגוד זה כדי לראות כיצד צורת זרימת סילון החנקן ממקור ספקטרומטריית המסה משתנה ככל שגודל הזרבובית יורד. תמונת שלירן מלאה, לא חתוכה, של המקור וזרימת הגז, ממחישה את הכיוון של אובייקטי הבדיקה ביחס למראה, ומראה למה יש לצפות כאשר כמות האור הנכונה מנותקת.

אם החיתוך גבוה מדי או נמוך מדי, ייווצרו תמונות גרועות. עם גודל זרבובית קבוע חצי הזווית גדלה בהתאם עם עלייה בלחץ, מה שמסמן עלייה בגודל הכולל של זרם הגז. חצי הזווית גדלה עם קוטר זרבובית גדול יותר בלחץ קבוע, מה שמסמל עלייה כוללת בגודל סילון החנקן, היוצא מהמקור ככל שקוטר הזרבובית גדל.

לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך שעה עד שעתיים, אם היא מבוצעת כראוי. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לדמיין את זרם הגז של מקור יינון סביבתי. אל תשכח שעבודה עם מצביעי לייזר עלולה להיות מסוכנת ביותר, ותמיד יש להרכיב משקפי מגן בזמן ביצוע הליך זה.