Photonics 2026——用于涂料、牛奶、咖啡、浆料等复杂流体喷雾表征的TSTOF测量技术

在这篇学术论文[1]中，我们探讨了TSTOF测量技术与其他用于液滴、颗粒和喷雾表征的激光测量技术之间的关键区别。

论文表明，TSTOF技术适用于测量涂料喷雾以及牛奶、咖啡、浆料、乳液、悬浮液和含颗粒液体等类似复杂流体的喷雾。

TSTOF是多种先进测量与评估方法的科学和技术基础，包括SpraySpy®、SprayQuantAI®和ParticleTensorAI®。SpraySpy®是经典的基于TSTOF的测量系统；SprayQuantAI®和ParticleTensorAI®则在此基础上加入AI辅助的信号评估，面向现代喷雾测量和过程监测。

[1] Schaefer, W., Li, L., Stegmann, P., & Terada, M. (2026). Technical report on the TSTOF measurement method: Technical basics, historical development, and comparison with other laser-based measurement methods. Photonics, 13(1), 56. https://doi.org/10.3390/photonics13010056

TSTOF即Time-Shift Time-of-Flight（时移飞行时间法）。该技术分析单个液滴或颗粒穿过整形光束时产生的时间分辨光散射信号。

与许多其他激光测量技术不同，TSTOF也可以在背向散射几何结构下工作。这意味着光源和探测器可以布置在测量位置的同一侧。因此，该方法适用于光学通道受限的应用场合。

这是工业喷雾测量的一大优势。许多实际工艺无法从不同方向提供完整的光学通道。因此，TSTOF可支持在紧凑装置、稠密喷雾、涂装工艺和工业喷雾室中进行测量。

涂料喷雾是复杂流体喷雾的典型例子。涂料液滴中可能含有颜料、粘结剂、添加剂、溶剂或悬浮颗粒。这些组分会影响光学信号，使得用常规方法难以对喷雾进行表征。

TSTOF能够检测涂料喷雾中的单个液滴，并分析其时间分辨的光散射行为。由此可测量液滴粒径、液滴速度，以及与液滴光学和材料特性相关的其他信号特征。

对于涂装应用而言，这些信息至关重要。液滴粒径、速度、透明度和成分都会影响涂层质量、色调、表面结构和工艺稳定性。

SpraySpy®是用于液滴和颗粒表征的经典TSTOF测量系统。它通过评估单个液滴或颗粒的光散射信号来实现光学喷雾测量。

SprayQuantAI®在TSTOF方法的基础上加入AI辅助评估，用于喷雾监测和液滴分析。它可支持紧凑型光学测量装置，并有助于实时分析复杂的喷雾过程。

ParticleTensorAI®对连续光散射信号进行基于张量的AI分析。该方法尤其适用于复杂喷雾、含颗粒液滴、浆料喷雾以及材料敏感的喷雾诊断。

这些技术共同表明，TSTOF可作为经典喷雾表征和AI辅助喷雾表征的平台。

TSTOF测量技术还可支持其他复杂流体的表征。牛奶喷雾、咖啡喷雾、浆料喷雾、乳液和悬浮液通常含有内部结构或分散相，这些物质会改变单个液滴的光散射行为。

通过分析完整的时间分辨信号，TSTOF能够提供超越单纯液滴粒径测量的信息。这使该方法可用于食品技术、涂层技术、喷雾干燥、制药应用、燃烧研究和工业过程监测。

经典的激光技术通常基于前向散射、衍射、相位多普勒原理或成像。这些方法功能强大，但当喷雾稠密、不透明、强散射或难以进行光学访问时，可能会受到限制。

TSTOF提供了一种互补的方法。它通过光散射信号测量单个液滴或颗粒，并可从喷雾的一侧进行测量。这使该技术对复杂喷雾和工业测量环境颇具吸引力。

当用户需要获取流动中单个液滴或颗粒的信息时，该方法尤为适用。它可支持对透明和不透明液滴、喷雾中的颗粒以及复杂液体体系的分析。

现代生产工艺需要可靠的喷雾表征，包括液滴粒径测量、速度测量、颗粒表征、材料分析和过程监测。

TSTOF可在实验室和工业环境中支持这些任务。它帮助研究人员和工程师了解工艺参数如何影响喷雾行为，这些参数可能包括雾化压力、成形空气、喷嘴几何形状、材料成分、黏度和浓度。

对于涂料喷雾和其他复杂流体，这些信息可为工艺开发、质量控制、材料测试以及未来借助SpraySpy®、SprayQuantAI®和ParticleTensorAI®实现的AI辅助喷雾监测提供支持。