桂林电子科技大学 机电工程学院 广西制造系统与先进制造技术重点实验室，桂林 541004
为了研究水雾对激光加工碳纤维复合材料(CFRP)的影响，采用水雾辅助激光加工CFRP的方法，通过正交实验、多元线性回归分析和光学仪器进行了理论分析和实验验证，得到了水雾对激光加工CFRP的影响规律并优化了工艺参数。结果表明，随着喷嘴高度、喷嘴角度增加和气体压力减小，激光光斑直径逐渐减小; 随着喷嘴角度增加和气体压力减小，激光损失率逐渐减小,喷嘴高度对激光功率影响小; 当喷嘴角度50°、气体压力0.2 MPa和喷嘴高度为30 mm时，可以获得最大5.303的深宽比，此时激光损失率为1.473%; 建立的水雾参数与加工质量之间的经验公式可以预测切缝内部特征; 与气体辅助激光加工CFRP相比，水雾辅助激光加工CFRP可以获得更小的截面热影响区和更大的槽深。该研究可为激光低损伤加工CFRP提供参考。
激光技术 水雾 激光光斑直径 激光功率 碳纤维复合材料 laser technique water-mist laser spot diameter laser power carbon fiber reinforced plastic
1 清华大学航天航空学院, 北京 100093
2 北京振兴计量测试研究所, 北京 100074
3 哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
高浓度水雾条件下的表面高温温场反演测量在航空航天、 冶金铸造等工业领域有着重要的应用。 由于水雾的弥散作用, 高温表面的辐射透过水雾后, 会出现强烈的衰减和散射, 导致传统辐射测温方法出现很大误差。 现有水雾弥散条件下的温场反演测量主要包括基于试验数据反推及实时测量水雾参数进行修正的测量方法, 并基于辐射传输理论对测量结果进行误差分析和评估, 测量方式多为单通道或双通道点辐射测温。 基于水雾场红外光谱辐射特性的计算, 提出了一种水雾强弥散条件下表面高温温场多光谱成像反演方法; 根据辐射传输理论, 考虑强弥散条件下的邻近效应, 建立了相应的反演模型。 在水雾场相关参数未知的情况下, 通过三个透过水雾场后的高温目标长波红外光谱辐射图像, 反演得到表面高温温场的真温分布。 反演第一步是辐射温度场反演, 即通过长波红外辐射图像, 根据定标曲线和高温目标的光谱发射率先验数据, 得到高温目标透过弥散水雾场经过发射率校正的辐射温度场; 反演的第二步是根据三通道非线性反演模型, 得到目标的真温温场分布。 设计了一个长波红外三光谱通道反演测量装置, 中心波长分别是8.8, 10.7和12.0 μm, 对高温目标进行三个长波红外光谱通道的同时探测成像。 设计了一套验证测试装置, 利用标准高温黑体源和水雾弥散设备, 进行了高温目标水雾弥散条件下的辐射图像采集和目标温度的反演试验。 试验结果表明8~14 μm长波红外波段比短波波段对水雾弥散具有更强的抗干扰能力, 在1 100和1 200 ℃典型温度点反演的平均误差在7%左右, 大大减小了未经校正的辐射传输失真, 适用于黑体和灰体高温目标, 且无需水雾场的浓度和粒径分布等先验信息, 基于多光谱成像信息的水雾弥散条件下温场反演方法具有一定的普适性和创新性。
水雾 弥散 多光谱 高温 反演 Mist Diffusive Multi-spectral High-temperature Retrieval 光谱学与光谱分析
2022, 42(9): 2702
安徽大学物理与材料科学学院, 安徽 合肥 230601
水雾环境对红外辐射有着较强的衰减作用。在工业生产中水雾环境十分常见, 连铸二冷区铸坯的冷却装置采用的就是人工水雾系统, 而准确掌握连铸二冷区铸坯表面温度对提高产品质量的稳定性具有重要意义。针对二冷区大量水雾对连铸坯表面非接触式测温存在干扰的问题, 提出了一种基于 Mie 散射理论的校正方法。首先根据现场使用的气水喷嘴进行模拟实验, 分析现场水雾的水流分布, 建立水雾状态模型; 然后分析水雾状态模型下红外辐射的衰减特性, 通过模拟试验计算得到相应的消光系数, 并利用朗伯比尔定律得到红外辐射衰减的校正因子, 将校正因子添加至非接触式红外测温系统中进行实时温度值的校正。研究表明, 通过校正因子的导入能够有效地提高非接触式红外测温系统的精度。
Mie 散射理论 水雾 辐射衰减 校正因子 红外测温 Mie scattering theory water mist radiation attenuation correction factor infrared temperature measurement 大气与环境光学学报
2022, 17(4): 476
1 中国铁道科学研究院集团有限公司, 北京 100081
2 中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院, 北京 100083
3 北方爆破科技有限公司, 北京100089
露天深孔爆破粉尘量大、污染范围广, 研究高效合理的爆破降尘技术是绿色矿山建设的当务之急。论文通过现场试验, 揭示露天深孔台阶爆破的粉尘来源主要有: 炮孔填塞物冲孔、岩石破裂及粉碎和临空面抛散三个部位, 粉尘产量与地下水、岩性、爆破方式密切相关。为此, 有针对性地设计了水袋封堵炮孔、爆区顶面和抛掷前方水袋爆炸成雾的立体水雾降尘模型。通过水袋爆炸成雾的专项试验, 得出合理的水袋爆炸成雾设计参数, 水袋爆炸的最佳炸药单耗为0.4～0.5 kg/m3。现场试验应用表明, 合理的水袋间距为5~10 m、水袋比炮孔爆炸延时1.0~1.5 s, 孔口水袋封堵长度4 m以内。综合试验效果使爆破粉尘浓度降低了50%以上, 爆炸水雾降尘方法简易、效果明显。
爆破粉尘 爆炸水雾 降尘 台阶爆破 blasting dust explosion water mist dust suppression bench blasting
中国电子科技集团公司第三十四研究所，广西 桂林 541004
针对高功率光纤激光系统中光纤对接端面产生水雾凝结的问题，分析出产生该问题最重要因素为连接器不具备防潮密封性能，对其结构装配及使用过程进行剖析，同时指出其防潮密封缺陷原因，进行技术创新与工艺改进，设计了防潮密封型光纤连接器。介绍了该新型连接器防潮密封原理及结构组成；重点对该新型光纤连接器性能进行全面测试，包括浸水试验、恒定湿热试验、在线运行应用验证等。试验结果表明，其插入损耗小于0.2 dB，防潮密封性能良好，取得较好的预期效果。
高功率光纤激光 水雾凝结 防潮密封 光纤连接器 光纤端面 high power fiber laser water mist condensation moisture-proof seal fiber connector fiber end face
北京京东方光电科技集团有限公司, 北京 100176
为提升面光源的有效散热性能, 基于液滴雾化机理, 制作了一种厚度为12 mm的主动式超声微水雾散热模组。采用超声波雾化片将液态水振荡成微小液滴, 并直接喷射到热源面, 在热源表面形成超薄液体薄膜, 通过微液滴喷射产生的强制对流和蒸发汽化及二次成核作用实现迅速降温, 并在复合吸水介质作用下实现内部液体的循环。通过搭建实验平台, 采用热敏电阻温度采集系统分别对翅片风扇和微水雾散热模组的散热性能进行了测试。实验结果表明: 在相同尺寸和功耗条件下, 微水雾散热模组的最大温升比翅片风扇降低了7.8 ℃, 散热性能提升了12.9%, 并且实现了主动式散热方案低成本、无噪声、高散热性能的要求。
面光源 微水雾 热敏电阻 无噪声 surface light source micron water mist thermistor no noise
1 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所, 四川 绵阳 62199
2 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所, 四川 绵阳 621999
采用水雾化316L不锈钢粉末, 开展选区激光熔化(SLM)成型工艺试验研究, 以期获得高致密度316L不锈钢试样。在层厚50 μm、点间距65 μm的条件下, 研究了激光功率、曝光时间、线间距对致密度的影响, 探讨了体能量密度对第一层表面粗糙度Ra及块体致密度的影响规律。研究结果表明, 单层试验表面粗糙度Ra随着体能量密度的增大而呈减小趋势, 当能量密度大于60.92 J/mm3时第一层表面粗糙度Ra保持在4 μm以下, 其中线间距对单层试验表面粗糙度Ra影响最明显, 随线间距的减小Ra值呈减小趋势; 成型件致密度随体能量密度的增大呈先增大后稳定趋势, 在激光功率200 W、曝光时间130 μs、线间距0.1 mm条件下获得相对致密度98.26%的试样; 能量密度较小导致层与层之间形成小孔、线间距太宽导致形成的间隙和热应力引起的裂纹是影响致密度最主要的原因。采用不同线间距成型, 得到抗拉强度593 MPa, 断后延伸率34.4%, 断面收缩率29.1%的拉伸样件。
选区激光熔化 水雾化316L不锈钢 体能量密度 表面粗糙度 致密度 拉伸强度 selective laser melting water atomized 316L stainless steel volume energy density surface roughness relative density tensile strength
1 北京邮电大学信息与通信工程学院, 北京 100876
2 清华大学经济管理学院, 北京 100062
3 北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室, 北京 100876
设计并制作了一套小型水雾投影装置,实现了基本的成像功能。通过测量水雾密度分布,建立了屏幕的宏观物理模型,仿真发现具有类3D的成像效果,与实验现象一致。为了优化成像效果,对仪器中雾化器、涡轮风扇和环流风扇分别进行了测试。结果表明,雾化器数量、涡轮风扇和环流风扇的两端电压均与水雾屏幕的成像效果成正比,但当涡轮风扇和环流风扇两端电压过大时易破坏水雾屏幕的稳定性。因此实验中设置雾化器数量为单位体积内最多,涡轮风扇两端电压稍小于阈值电压,环流风扇电压由供电方波的占空比控制,实验中设置为0.8。此外,结合手势识别技术,利用水雾的可穿透性,使水雾屏具有更好的趣味性和交互性。
水雾 投影 成像系统 优化 water mist projection imaging systems optimization
中国人民解放军 91336部队, 河北 秦皇岛 066000
利用细水雾的红外消光作用, 将舰船目标笼罩在一层水雾之中, 能够有效减弱目标与背景的辐射能量差异, 降低红外探测设备对目标的发现或识别概率。首先, 从辐射传递方程出发, 对传递方程进行了一定的简化, 得出比布格尔定律更为通用的辐射衰减公式。然后, 将水雾粒子视为满足对数正态分布的稀疏粒子群, 利用 Mie氏理论对水雾层的散射系数、衰减系数、吸收系数进行了计算, 并分析了水雾参数(浓度、平均粒子半径以及对数粒子半径偏差)对光谱消光性能的影响。最后, 经过合理的优化, 得出具有最佳光谱消光性能的水雾参数。计算结果表明: 当水雾浓度为 7 g/m3, 平均粒径为 4.m, 对数粒径偏差为 0.9时, 水雾对舰船目标具有最佳的消光性能。
光谱消光性能 红外辐射衰减 Mie理论 舰船水雾 spectral extinction performance infrared radiation attenuation Mie theory vessels water fog
1 中国科学院合肥物质科学研究院医学物理与技术中心, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院合肥物质科学研究院肿瘤医院, 安徽 合肥 230031
研究了调Q Er:YAG激光消融离体牙本质过程中水雾的作用及其对消融后牙本质微结构的影响。调Q Er:YAG激光重复频率为3 Hz，脉冲宽度为62 ns，作用脉冲数为10，能量范围为4～70 mJ，水雾流量分别为0，4，9，13 mL/min时消融牙本质。每种实验条件下消融10个牙本质样品，利用扫描电镜观察消融坑洞微结构。实验结果表明，随着水雾流量的增加，调Q Er:YAG激光对人牙本质的消融阈值呈逐渐增加的趋势，牙本质所受机械损伤减小。实验结果对了解调Q Er:YAG激光消融牙硬组织的微观结构及牙科治疗应用具有参考价值。
激光技术 调Q Er:YAG激光 水雾流量 牙本质 组织消融 中国激光
2016, 43(12): 1201003
