水下湿法焊接技术应用日益广泛, 由于特殊的焊接条件, 导致深水下其焊接质量亟待改善。 通过搭建水下湿法焊接实验平台, 压力罐调节气压分别模拟0.3, 20和40 m水深, 界定焊接引弧阶段, 分别采集三个水深环境条件下焊接引弧阶段的光谱信息及电压电流数据, 采集光谱信息时利用光谱仪的延时触发功能, 分别采集引弧5, 10, 15, 20和25 ms时刻的光谱数据, 对采集到的电弧光谱数据整理后进行诊断分析。 诊断分析时结合NIST原子光谱数据库以及特征谱线的相关数据, 得到各元素粒子的识别结果。 对于高价态的元素离子态, 因为其电离能比较大, 激发电离程度会受到电弧温度变化的影响, 不能仅靠光谱图进行识别诊断, 还需要进一步对其组分进行数密度计算。 结合水下湿法焊接电弧光谱诊断的信息和水下湿法焊接反应过程, 确定出计算中要考虑的电弧等离子组分的18种粒子, 求解由沙哈方程、 解离电离方程、 准中性方程、 气体压力平衡方程等组成的方程组, 采用牛顿迭代法对方程组进行联立求解, 对于求解非线性方程组, 采取分段赋值的方法, 得到等离子体组分在三个水深环境下的数密度, 并对其变化规律进行分析, 探究不同水深环境对焊接电弧等离子体数密度影响及因素。 研究表明各个粒子数密度在不同水深条件下的变化是非线性的, 随着水深加大电弧数密度变化幅度也快速增大。 随着水深的增加, 电弧会受到压缩, 但电弧不能无限制被压缩; 粒子的电离受温度的影响, 温度越大电离作用越强烈, 但当温度升高到一定程度时, 各个电离作用有其电离极限, 粒子数密度也不会无限增大。 通过不同水深条件下焊接电弧引弧阶段数密度的计算, 对水下焊接电弧引弧阶段粒子产生的机理进行了研究, 为提高水下焊接电弧稳定性及电弧模拟仿真计算等提供了理论依据。

水下湿法焊接技术近年来得到了越来越广泛的应用, 提高水下湿法焊接的焊接质量是很多研究的重点。 水下湿法焊接电弧等离子体组分直接影响焊接稳定性和焊接质量, 但对水下湿法焊接电弧等离子体组分的相关研究一直很少, 更缺乏从光谱层面对水下湿法焊接电弧等离子体组分进行诊断研究。 首先通过对水下湿法焊接的过程进行研究, 搭建了水下湿法焊接实验平台, 通过电弧光谱诊断系统, 对得到的电弧光谱进行诊断分析, 确定了计算电弧等离子体组分所考虑的主要元素。 在光谱诊断结果的基础上, 进一步对水下湿法焊接电弧气泡成分的解离和电离过程进行分析, 确定了计算水下湿法焊接电弧等离子体组分所需考虑的18种粒子, 在计算得出配分函数的基础上, 通过牛顿迭代法求解由Saha方程、 电荷准中性和方程原子守恒方程组成的方程组, 得出了各个粒子的数密度, 绘制了各个粒子的数密度随温度变化的曲线。 计算结果表明, 在不同温度区间, 水下湿法焊接电弧等离子体中发生的反应不同, 生成的主要粒子不同, 在温度较低时, 水下湿法焊接电弧等离子体主要是由没有电离的分子、 原子及电离能较低的低价态离子组成, 随着温度的升高, 解离反应和电离反应持续进行, 高价态的离子不断被电离出来； 不同粒子随温度变化的趋势也不同, 有的粒子数密度随温度持续升高, 有的不断降低； 计算的结果显示各粒子在不同温度区间变化的趋势与光谱诊断结果相符合, 验证了计算结果的正确性。 等离子体组分的确定为从机理层面对水下湿法的电弧进行研究奠定了基础, 也为进一步对水下湿法焊接电弧热力学属性及辐射属性等参数的研究提供了理论依据。

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。

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。

为研究海洋大气气溶胶粒子数浓度时空分布和粒径谱分布特征, 2014年8月至2016年3月期间, 利用光学粒子计数器和自动气象站等设备在广州茂名海边、东海和南海海域、三亚近海海域以及太平洋和印度洋海域对海洋大气气溶胶粒子数密度谱及大气温度、湿度、气压、风速等进行了测量。对不同海域不同气象条件下的谱分布特征进行了统计分析, 并对谱分布进行了拟合。结果表明海洋大气气溶胶粒子谱分布是由一个细粒模和一个中间模组成, 但近海的粒子数浓度大于远海。远海气溶胶粒子谱型稳定, 海面风力是引起粒子数浓度变化的主要原因。东海和南海的粒子谱分为二段, 小于0.5 ?滋m时用Junge谱的指数分布来描述, 0.5~4 ?滋m段用对数正态分布来描述。大风天气下海洋气溶胶的消光系数明显增加, 且在1~3 ?滋m波段的消光特征基本不受波长的影响。

利用发射光谱法测量大气压He-Ar混合气体射频容性放电中的Ar亚稳态1s5(3s23p54s［3/2］2)粒子数密度。在不同的放电功率和气体组分下测量放电等离子体中的重要参数: 气体转动温度、电子激发温度和Ar亚稳态1s5粒子数密度。结果表明: 气体温度在不同放电功率及Ar气压在5×103 Pa以内时变化不大,范围为300~350 K; 电子激发温度随着放电功率的增加而增加,并且在Ar气压为4×103 Pa时最大,在放电功率为70 W时达到0.58 eV; 1s5粒子数密度随着放电功率以及电子激发温度的增加而增加,在放电功率为70 W、Ar气压为4×103 Pa时达到1.53×109 cm-3。

偏振弹性散射光谱技术的基本原理为在偏振光入射条件下, 根据出射光的偏振特性不同可以筛选出浅表层组织的单次散射光信息和深层组织的漫散射光信息。 该研究的创新点在于将这种方法应用于颗粒溶液检测, 目的是在颗粒溶液原始状态下实现对颗粒尺寸及浓度的同时检测。 设计了一个共轴笼式光学系统, 测量了聚苯乙烯微球颗粒溶液某一角度的背向散射信号, 通过控制入射端和收集端偏振片的偏振方向获得了颗粒溶液的偏振平行光谱与偏振垂直光谱, 两者之差即偏振差分光谱对应颗粒的单次散射信息, 将该单次散射信息与Mie散射数据库进行比对获得颗粒的尺寸, 然后在颗粒尺寸作为已知的条件下进一步分析偏振垂直光谱, 将该垂直光谱对应的颗粒溶液的漫散射信息代入光漫散射下的近似表达式拟合得到颗粒的浓度信息。 将实验结果与样品提供值进行了比对, 并进一步分析了在获取颗粒数浓度时, 颗粒直径的方差分布对结果的影响, 最终验证了该实验方法的可行性。 该方法的潜在应用包括对标准颗粒制造厂商的产品在线检测以及对牛奶制品中脂肪和蛋白质的浓度检测研究。

利用原子自旋效应能够实现超高灵敏度的惯性和磁场测量。 一类操控原子自旋处于无自旋交换弛豫态的器件可以进行物理参数测量。 碱金属气室为该类器件的敏感表头。 碱金属原子密度与原子极化率是碱金属气室的重要参数, 对研究原子自旋处于无自旋交换弛豫态有着重要的作用。 光的偏振效应在量子计算和原子物理研究中发挥了重要作用。 利用光的偏振效应能够实现对碱金属原子密度与原子极化率的检测。 提出一种基于光偏振旋转效应的碱金属原子极化率测量方法。 首先对碱金属气室加恒定磁场, 利用激光作为检测光, 根据光偏振旋转原理, 检测通过气室的偏振光的法拉第旋转角, 得到碱金属气室原子密度。 然后将碱金属原子抽运, 利用激光作为检测光, 检测通过气室的偏振光的偏转角, 得到碱金属原子极化率。 该方法在测量原子极化率的过程中也测量了碱金属原子密度, 实现利用一套系统测量两个重要参数, 具有快速测量和高灵敏度等特点, 简化了实验设备及过程。 对两种偏转角进行仿真分析, 得到该方法实验时检测激光波长变化对偏转角的影响, 根据仿真图得到检测激光波长的可取范围, 验证了该方法的可行性。 最后分析激光器波长波动与磁场波动对其测量精度的影响, 提出实验对激光器与磁场的要求。