由于自保护药芯焊丝具有抗风性以及优异的焊缝性能, 已广泛应用于野外管道焊接以及大型机械的修复过程。 电极极性是影响焊接过程的重要工艺参数。 为了研究电极极性对电弧等离子体的影响机理, 设计电弧等离子体空域中各点逐步扫描的同步采集系统, 通过光谱特征谱线的分析, 采用Stark谱线轮廓法计算电子密度, 并且基于Boltzmann作图法计算电弧等离子体的温度, 同时针对Al和Mg活性元素的分布特征进行分析。 结果表明, 靠近电极处, 沿y轴负方向, 直流正接时（焊丝接电源负极性）, 弧柱中心区电弧电子密度、 电弧温度和活性元素呈现“水滴状”分布。 而直流反接时（焊丝接电源正极性）, 弧柱中心区电弧电子密度、 电弧温度和活性元素的分布特征表现为“手指状”分布。 根据“自磁收缩”的原理, 直流正接条件下, 活性元素在径向方向受到的电磁力较小, 整体分布呈现发散状。 直流反接条件下, 活性元素在径向方向受到的电磁力较大, 收缩较为严重, 整体表现为收缩状态。 采用相同的电参数时, 直流反接条件下弧柱中心区的电弧电子密度、 电弧温度均大于直流正接条件下得到的电子密度和电弧温度, 其中电子密度分布特征和带电粒子的电离程度是影响电弧温度的主要因素。 在相同的电极极性下, 随着电流、 电压的增大, 电弧等离子体的温度和电子密度都在显著增大。

利用流体模型模拟和发射光谱实验诊断相结合的方法, 研究了中等气压、 中等功率下射频容性耦合等离子体的放电特性。 理论上, 采用基于流体模型的COMSOL软件仿真, 建立一维等离子体放电模型, 以Ar气为工作气体, 研究了不同气压以及不同射频输入功率下等离子体电子温度和电子密度的分布规律。 实验上, 依据仿真模型设计制作了相同尺寸的密闭玻璃腔体和平板电极, 采用13.56 MHz射频放电技术电离腔体内的工作气体Ar气, 测量了不同气压、 不同射频输入功率时放电等离子体的发射光谱。 通过分析和选择适当的Ar Ⅰ和Ar Ⅱ的特征谱线, 分别利用玻尔兹曼斜率法以及沙哈-玻尔兹曼方程计算了等离子体的电子温度与电子密度, 并结合模拟仿真结果对光谱诊断结果进行了修正。 结果表明: 当气体压强为300~400 Pa、 输入功率为600~800 W时, 等离子体近似服从玻尔兹曼分布, 此时利用光谱法得到的等离子体参数与仿真结果相符合。 仿真模拟与光谱实验诊断相结合的方法可初步诊断出中等气压下等离子体的放电参数, 增加了玻尔兹曼斜率法和沙哈-玻尔兹曼方程在等离子体放电中的使用范围, 扩大了光谱法在低电子密度容性耦合等离子体参数诊断的应用场合, 为中等气压容性耦合等离子体在工业与**上的应用研究提供了重要物理状态的分析手段。

利用光谱诊断方法结合高速摄像研究所提出的药芯焊丝的填丝TIG焊接新工艺的电弧特性, 借助高速摄像研究药芯焊丝TIG焊的熔滴过渡方式； 通过对焊接电弧进行光谱采集点扫描, 对采集的谱线进行元素标定, 以药粉中活性元素K和Na作为追踪目标, 统计得到电弧中药粉成分的分布范围； 并利用Boltzmann图法计算TIG焊电弧的温度场分布, 分析了熔滴过渡方式对电弧温度场分布的影响。 研究结果表明, 通过调整丝极间距, 得到药芯焊丝TIG焊的三种典型的熔滴过渡方式: 滴状过渡(2 mm)、 渣柱过渡(5 mm)和搭桥过渡(7 mm)。 药粉中的活性元素K和Na等集中分布在熔池上方的电弧空间, 且其分布受丝极间距的影响, 丝极间距越小其分布越靠近钨极, 容易造成对钨极的污染。 不填丝TIG焊的电弧温度分布呈钟罩形, 等温线关于钨极轴线近似对称分布； 与不填丝TIG焊相比, 药芯焊丝TIG焊的电弧温度场受熔滴过渡的影响发生了不同程度的扭曲, 滴状过渡的电弧温度场扭曲严重, 焊接过程中飞溅较大； 相比于滴状过渡, 渣柱过渡和搭桥过渡的电弧温度场扭曲程度较小且焊接过程稳定, 适合该TIG焊方法的使用。

随着激光器朝向大功率、 高能量的方向发展, 激光损伤阈值成为了衡量光学元件抗激光损伤能力的重要参数之一, 因此, 能否准确地测量出光学元件的激光损伤阈值成为研究的重点。 而光学元件激光损伤阈值测试的关键是能否准确地判别光学元件是否发生激光损伤。 为解决目前常见的损伤判别方法存在的精度低、 识别时间长、 适用材料范围窄、 操作复杂等不足, 提出了一种新的激光损伤的判别方法, 即等离子体诊断法。 以K9玻璃为例, 搭建激光损伤阈值的测试平台, 利用光纤光谱仪采集强激光辐照K9玻璃时所产生的激光等离子体闪光光谱, 并对该光谱进行诊断分析, 将该光谱中是否含有待测试光学元件材料中特征元素的光谱峰作为其是否收到激光损伤的标准。 同时, 对K9玻璃进行了激光损伤阈值的测试, 并将测试结果与等离子体闪光法和显微镜法所测的激光损伤阈值进行了对比分析。 实验表明, 提出的等离子体诊断方法的判别精度高、 速度快、 测试装置结构简单, 易实现在线测量, 可以大大地提高光学元件激光损伤阈值测试工作的效率。

保护气体在激光焊接过程中起重要的作用, 保护条件的改变对焊接质量会有显著地影响。 研究Nd∶YAG激光焊过程中保护条件的变化对激光等离子体的电子温度和电子密度等特征参数的影响, 通过设计分步减小保护气流量的激光焊试验进行规律性研究, 通过模拟实际可能发生的保护不良的激光焊试验进行验证性研究。 在试验研究过程中, 利用光谱仪采集激光焊接过程中产生的光致等离子体的光谱信息, 通过相对光强法计算不同保护条件下等离子体的电子温度, 通过斯塔克展宽机制计算不同保护条件下等离子体的电子密度。 研究结果表明, 保护条件的改变对Nd∶YAG激光焊接过程中产生的光致等离子体的电子温度和电子密度有重要影响, 随着保护条件的变化, 光致等离子体的电子温度和电子密度的平均值会发生变化, 其波动幅度也会发生变化。 在保护良好的条件下, 等离子体的电子温度和电子密度均较小, 且波动幅度也较小; 在保护不良的条件下, 等离子体的电子温度和电子密度都比较大, 且波动幅度也比较大, 这种变化的特征有助于对激光焊接过程进行质量监控。

相位匹配是相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)测温的关键技术之一,针对现有非稳腔空间增强探测(USED)相位匹配方式中存在的背景辐射大、光路调试不灵活以及斯托克斯光利用率低的不足,提出了一种新的USED CARS相位匹配实现方案:即设计一个与斯托克斯光斑大小相当、呈45°斜角的斜反镜,用于反射全部斯托克斯光,并以斜反镜代替传统USED CARS中的环反镜,让泵浦光从斜反镜后方射入,从而形成USED相位匹配方式.新的USED CARS相位匹配方案中:由于斜反镜面积相对于环反镜大为减小,使得因反射而进入光路的背景辐射大幅降低;斜反镜本身可作为光路调节元件,因而增加了光路调试灵活度;斯托克斯光被斜反镜全部反射用于产生CARS信号,提高了其利用效率.基于平面火焰炉稳态火焰开展的测温实验结果表明:新的USED CARS相位匹配方案不但克服了传统USED CARS中存在的不足,而且具有更小的标准差,是一种更为有效的相位匹配方法。

提出一种利用无源电探针探测激光焊接光致等离子体的方法。 采用光电同步采集系统对激光焊接光致等离子体进行研究， 利用无源电探针和光纤式光谱仪探测光致等离子体， 利用等离子鞘层理论分析电信号， 并运用相对光强法计算出光致等离子体的电子温度， 比较同步光电信号分析结果。 将不涂覆表面物质以及表面分别涂覆KF和TiO2三种情况下的计算结果进行对比， 对影响结果准确性的因素进行分析。 研究结果表明通过无源探针法计算等离子体温度与光谱信号计算结果基本吻合， 准确度受等离子体离子质量的影响。 无源电探针法能够反映激光焊接光致等离子体内温度变化， 具有较好的实时性， 可以作为激光等离子体监测手段。

采用自行设计的介质阻挡放电反应器, 以氩气和离子液体为放电介质, 实现大气压下稳定的气(等离子体)-液(离子液体)等离子体放电, 并运用光谱法在线诊断氩等离子体光谱。考察了不同咪唑基离子液体以及放电参数对大气压氩气介质阻挡放电光谱的影响。结果表明, 离子液体的引入降低了氩气放电光谱的强度, 谱峰强度与离子液体阳离子咪唑环上的碳链长度有关, 且随碳链长度增加, 谱峰强度降低; 同时阴离子结构对称性低的离子液体, 谱峰强度较低。加入离子液体后氩谱随放电电压及放电频率变化均呈现峰值变化。

在氩气/空气的混合气体近大气压介质阻挡放电中, 首次观察到点状与线状放电共存的放电现象, 测量比较了点状与线状放电的谱线频移和振动温度。 谱线频移的测量利用的是氩原子ArⅠ(2P2→1S5）的发射谱线, 振动温度的测量利用的是氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg) 的发射谱线。 结果表明: 点放电中的ArⅠ(2P2→1S5）谱线的频移大于线放电谱线的频移, 表明前者电子密度较高; 而点放电振动温度低于线放电的振动温度。