华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室, 江西 南昌 330013
水下湿法焊接技术近年来得到了广泛应用, 但缺乏对其机理方面的研究, 利用光谱分析的方法对水下湿法焊接引弧过程的电弧等离子体温度和电子数密度进行了研究。 首先搭建了水下湿法焊接电弧光谱诊断平台, 对焊接过程中的电流电压及光谱信号进行了同步采集, 根据电流电压信号的数据对水下湿法焊接引弧过程进行了界定。 在此基础上, 通过光谱仪的延时功能分别采集了引弧5, 10, 15, 20及25 ms的光谱信号, 对采集的光谱信号进行分析, 标定了计算等离子体温度及电子数密度所需要的Fe元素谱线和H元素谱线, 为了保证计算结果的准确性和可靠性, 引弧不同时刻均选取了五组数据, 运用统计分析的方法对五组数据作平均化处理, 在标定的Fe元素谱线中选取了五条合适的谱线, 利用玻尔兹曼图示法分别计算了引弧不同时刻的水下湿法焊接电弧等离子体温度, 同时, 根据光谱仪检测到的氢元素的α谱线, 结合等离子体发射光谱的斯塔克谱线展宽理论, 计算了水下湿法焊接引弧不同时刻的电子数密度。 计算结果表明: 在引弧的不同时刻, 水下湿法焊接电弧等离子体温度变化呈现不同的特点, 在引弧5和20 ms温度值分别出现峰值, 到最后稳弧时刻温度值达到4 414 K; 电子数密度在引弧不同时刻也不同, 同样在引弧5和20 ms出现峰值, 在出现峰值点的时刻, 电流同样出现峰值。 电弧等离子体温度和电子数密度在引弧不同时刻的变化趋势, 验证了电弧的形成伴随着空间间隙被击穿的过程, 其计算结果可以为进一步从电弧物理的角度探寻水下湿法焊接引弧过程的物理本质, 引导并寻求更有效的引弧方法提供重要参考。
水下湿法焊接 电弧光谱诊断 引弧 等离子体温度 电子数密度 Underwater wet welding Arc spectroscopy Arc ignition Plasma temperature Electron number density 光谱学与光谱分析
2020, 40(11): 3404
重庆邮电大学光电工程学院光电信息感测与传输技术重庆市重点实验室, 重庆 400065
搭建了正交的再加热双脉冲激光诱导击穿光谱(RDP-LIBS)实验装置。以黄连为研究对象,用其特征谱线的光谱强度和信背比评估了光谱特性。通过优化探测延时、两束激光能量值组合及脉冲间隔等实验参数,提高了检测的灵敏度。相比单脉冲激光诱导击穿光谱(SP-LIBS)技术,RDP-LIBS技术对4条特征谱线(Fe、Al、Ca、CN)的光谱强度增强倍数分别为4.0,5.5,10.0和3.5。RDP-LIBS下的等离子体电子激发温度和电子数密度均比SP-LIBS下的有所提高。
激光技术 激光诱导击穿光谱(LIBS) 光谱增强 再加热双脉冲 中药材 电子激发温度 电子数密度
空军工程大学等离子体动力学重点实验室, 陕西 西安 710038
通过介质阻挡放电产生的等离子体可与燃料中的烃类分子发生碰撞裂解反应, 将燃料分子裂解生成更容易起爆的氢气和小分子烃类, 能有效改善液体燃料连续旋转爆震发动机的起爆性能。 该研究在真空仓中开展体积介质阻挡放电的丝状放电光谱测试, 分析了大气压氩气环境下体积介质阻挡放电的电子激发温度和电子密度随加载电压的变化规律。 丝状放电的电子激发温度通过波尔兹曼斜率法计算, 电子密度采用斯塔克展宽法计算。 发现发射谱线均由氩原子4p—4s能级跃迁产生； 各谱线强度随加载电压的提高均呈上升趋势, 且与电压基本呈线性关系； 对于大气压丝状放电, 加载电压对电子激发温度和电子密度没有明显影响作用, 加载电压12.5～14.5 kV范围内, 电子激发温度稳定在3 400 K附近, 电子密度在1025 m-3量级。
丝状放电 发射光谱 电子激发温度 电子密度 Filamentous discharge Emission spectra Electron excitation temperatures Electron number density 光谱学与光谱分析
2018, 38(6): 1675
1 南京理工大学 理学院, 南京 210094
2 河海大学 理学院, 南京 210098
3 北京航空工程技术研究中心, 北京 100076
4 信利半导体有限公司, 广东 汕尾 516600
针对飞机进气道等离子体隐身问题, 建立了三维筒形进气道模型, 采用有限元求解波动方程, 计算了腔体内壁覆盖均匀等离子体时的雷达散射截面。研究表明: 腔体内覆盖等离子体时可以有效吸收入射电磁波能量；吸收随电磁波频率增加而减弱, 但由于腔体结构作用, 会存在几个吸收峰；吸收随电子数密度增加而增强, 但电子数密度过高时, 吸收效果会变差；最佳碰撞频率虽然与电磁波频率和电子数密度有关, 但其值可约为9 GHz；吸收随等离子体厚度增加而变大, 但在较大电子数密度时, 由于电磁波在等离子体与空气交界面处反射导致厚度增加, 从而使得吸收变小；选取合适的入射角度和等离子体数密度可以在1~3 GHz频段实现明显的隐身效果。
等离子体 隐身 进气道 电子数密度 碰撞频率 plasma stealth inlet electron number density collision frequency 强激光与粒子束
2015, 27(5): 052005
1 大连海事大学 交通运输装备与海洋工程学院, 辽宁 大连 116026
2 广东海洋大学 航海学院, 广东 湛江 524088
采用原子发射光谱仪研究低压直流电弧热喷涂等离子体射流的特性。利用Stark展宽法采集Hβ谱线, 使用其Δλ1/2来计算等离子射流中的电子密度, 研究了氢气流量、输入功率和探测距离对等离子体射流中电子密度的影响。使用Saha方程计算热等离子体的电离程度, 研究了功率/氢气流量与等离子体电离程度的关系。结果表明: 电子密度和电离程度随着电流强度的增大而增加; 氢气流量增加可以明显提高等离子体射流的能量, 但对电离程度影响不大。
热喷涂等离子体 发射光谱 电离程度 电子密度 thermal spray plasma emission spectroscopy degree of ionization electron number density
重庆邮电大学 光电工程学院 重庆高校光纤通信技术重点实验室, 重庆 400065
为研究激光脉冲能量对激光诱导等离子体辐射特性和膨胀过程的影响, 采用ICCD相机对不同激光脉冲能量激发的铝合金等离子体进行快速成像, 并利用Boltzmann斜线法和Stark展宽法分析等离子体的电子温度和电子数密度随激光脉冲能量的演化规律.实验结果表明, 激光诱导等离子体呈现明显的分层结构, 等离子体的激发阈值约为3 mJ, 等离子体不同区域的面积随激光脉冲能量变化呈现不同的特征.当激光脉冲能量低于10 mJ时, 等离子体的分层结构不显著.激光脉冲能量从10 mJ增加到100 mJ过程中, 等离子体电子温度从4 980 K升高到7 221 K, 等离子体的电子数密度在1017 cm－3量级并随激光能量增加而增大且趋于饱和.
激光诱导击穿光谱 快速成像 激光脉冲能量 电子温度 电子数密度 Laser-induced breakdown spectroscopy Fast imaging Laser pulse energy Electron temperature Electron number density
为了深入研究激光诱导等离子体的物理特性，提高激光诱导击穿光谱(LIBS)技术的测量精度和可靠性，对激光诱导等离子体的时间演化过程进行了实验研究。采用ICCD相机对激光诱导铝合金等离子体进行快速成像，发现激光诱导铝合金等离子体的寿命大约为30 μs，等离子体呈现明显的分层结构，并且不同区域的面积和温度在等离子体的时间演化过程中呈现不同的特征。通过玻尔兹曼斜线法和Stark展宽法计算了铝合金等离子体电子温度和电子数密度的时间演化规律。实验结果表明，等离子体的电子激发温度在6000 K~9000 K之间，且前3 μs下降较快；等离子体电子数密度为1017 cm-3量级，并随ICCD探测延迟时间缓慢降低。等离子体电子温度和电子数密度的时间演化规律与ICCD相机快速成像结果一致。
光谱学 时间演化 激光诱导击穿光谱 快速成像 电子温度 电子数密度 中国激光
2014, 41(10): 1015001
以Nd:YAG脉冲激光器的基频1064 nm和二倍频532 nm输出为激发源，获得了一种切、斩两用不锈钢刀具材料在300~500 nm波长区间的激光诱导击穿光谱，通过对谱线的归属，发现该不锈钢材料除包含主要元素Fe，还含有为改善材料特性添加的Cr、Ni、Mo、Nb、Cu、V、Ti及微量杂质元素Gd、Zr、Sm、Pm、Nd等。而文献报道的元素C、Si、N，由于其灵敏谱线波长大部分小于300 nm，所以光谱图中未出现明显对应这些元素的谱线。同时发现随激光脉冲能量的增加，等离子体发射谱线的强度、电子温度、电子数密度均增大，将该现象归因于激光能量增加导致的样品烧蚀量增大及电场强度的增加。相同激光能量的条件下，532 nm激光诱导的等离子体具有更高的电子温度和电子密度。
光谱学 激光诱导击穿光谱 不锈钢 电子温度 电子数密度 光学学报
2014, 34(s1): s130002
湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 湖南 长沙410082
为了研究辅助侧吹氩气对光纤激光修锐青铜结合剂金刚石砂轮等离子体的影响, 利用高速摄像机拍摄不同侧吹工艺参数下等离子体空间膨胀形态, 结果表明: 氩气降低了等离子体的膨胀高度, 随着压力增加, 等离子体的膨胀距离减小, 等离子抑制作用增强。 利用光谱仪研究了等离子体发射光谱在砂轮径向上的最大值随氩气压力的变化情况, 并根据Boltzmann斜线法和Stark展宽法, 计算不同氩气压力下等离子体在砂轮径向上电子温度和电子数密度的最大值, 结果表明: 气体压力增大, 等离子体光谱线强度先增大后减小, 等离子体光谱线强度在0.2 MPa时达到峰值, 较大的氩气压力明显降低等离子体电子温度和电子数密度, 从而减小对砂轮表面形貌的影响。 利用超景深三维扫描仪观测添加侧吹气体前后砂轮表面形貌, 结果表明: 0.5 MPa侧吹氩气后, 砂轮表面形貌质量明显优于未添加侧吹气体时。
光谱学 激光修锐 侧吹气体 等离子体 电子温度 电子数密度 Spectroscopy Laser dressing Side blowing Plasma characteristics Electron temperature Electron number density 光谱学与光谱分析
2014, 34(5): 1153
西安文理学院 应用物理研究所, 西安 710065
基于1064 nm Nd: YAG激光器, 对比研究了紫铜和黄铜等离子的特征参数。洛仑兹函数拟合Cu I 324.75 nm得到紫铜和黄铜等离子体的电子密度分别是3.6×1017 cm-3和3.3×1017 cm-3。为了减小谱线自发辐射跃迁几率不确定性和测量误差带来的计算误差, 采用改进型迭代玻耳兹曼算法精确求解紫铜等离子体和黄铜等离子体的电子温度分别是6316 K和6051 K, 分析表明, 两种等离子体特征参数的差异主要是由于黄铜中的锌元素的电离能(9.39 eV)大于铜元素的电离能(7.72 eV)而造成的。实验数据证实激光诱导的紫铜和黄铜等离子体满足局部热力学平衡模型和光学薄模型。
原子发射光谱 激光诱导击穿光谱 等离子体 电子温度 电子密度 atomic emission spectroscopy LIBS plasma electron temperature electron number density 强激光与粒子束
2014, 26(2): 022011
