基于多模光纤端面干涉仪的液滴蒸发动力学频域与时域研究
《Sensors》:Multimode Fiber-Tip Interferometry for Time- and Frequency-Domain Analysis of Droplet Evaporation
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时间:2026年09月10日
来源:Sensors 4.0
摘要
本研究利用阶跃折射率多模光纤端面(MMF)干涉仪,对液滴蒸发动力学进行了实验研究。通过对蒸馏水、乙醇、异丙醇(IPA)及其与水的二元混合物进行分析,采用互补的频域和时域方法进行了考察。利用快速傅里叶变换(FFT)分析识别出选定蒸发区间内的主要频谱分量,同时利用解析信号获得的瞬时相位来追踪光响应的时间依赖性变化。对于水,8.34 Hz 和 9.87 Hz 处的主要分量分别对应 ?4.85 μm/s 和 ?5.75 μm/s 的厚度变化速率。乙醇在 15.8 Hz 处表现出主要分量,对应 ?9.01 μm/s 的变化速率;而 IPA 在 13.2 Hz 和 34.8 Hz 处表现出分量,分别对应 ?7.46 μm/s 和 ?19.6 μm/s 的变化速率。二元混合物表现出多个频谱分量和更强的时间变异性,表明蒸发过程中存在非平稳的光学响应。因此,频域和时域结果提供了互补的描述:FFT 识别出选定区间内的主要分量,而瞬时相位分析则揭示了这些分量随时间的演变过程。由于分析是在短暂的、选定的蒸发区间内进行的,因此假设折射率近似保持恒定,所测量的相位变化主要归因于液滴厚度的变化。由此获得的数值因此被解释为厚度变化速率,而非直接的质量损失速率。所提出的方法为监测液滴蒸发提供了一种简单且紧凑的方法。
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