專(zhuān)利名稱(chēng)：檢測(cè)激光等離子體的光電探針及其使用方法
檢測(cè)激光等離子體的光電探針及其使用方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是關(guān)于激光焊檢測(cè)過(guò)程的檢測(cè)裝置的，尤其涉及一種檢測(cè)激光焊過(guò)程中激光等離子體性質(zhì)的光電探針及其使用方法。
背景技術(shù)：
激光焊工藝作為激光加工工藝的重要分支，以其能量密度高，焊接熱輸入小，焊速高等優(yōu)點(diǎn)日益受到重視。在激光焊過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生光致等離子體，亦稱(chēng)激光等離子體，對(duì)焊接過(guò)程有重要影響，甚至可以決定焊接的成功與否。激光等離子體內(nèi)部會(huì)發(fā)生金屬蒸發(fā)，能量的輻射、散射與吸收，對(duì)激光產(chǎn)生屏蔽作用，直接影響著焊接過(guò)程。本發(fā)明的應(yīng)用目的就是探測(cè)激光等離子體，認(rèn)識(shí)激光等離子體內(nèi)部作用機(jī)制和性質(zhì)，有助于實(shí)施對(duì)激光焊過(guò)程的質(zhì)量監(jiān)控。
在激光加工過(guò)程中，對(duì)激光等離子體的診斷與檢測(cè)主要有聲、電、光及光譜等方面的方法與手段，聲、光信號(hào)較為適合宏觀檢測(cè)；電信號(hào)則應(yīng)用較少。其中光譜診斷法是檢測(cè)等離子體內(nèi)部狀態(tài)及其變化的主要方法之一，以其非接觸、信息多維豐富的特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用，其中又以輻射光譜的檢測(cè)更為常用。利用長(zhǎng)直細(xì)管制作的光探針進(jìn)行等離子體光譜檢測(cè)，是一種較好的光譜檢測(cè)手段，并已有相關(guān)的應(yīng)用(Zhiyong Li, Lijun Yang, Ying Gao, et al·· Analysis of the hybrid pulsed MAG-YAG laser plasma with synchronization of multiple signals[J], Journal of Laser Applications,2010, Vol.22 Iss3,106 110)。
但是，等離子體光譜診斷也受到一些因素影響。首先，光譜信號(hào)的采集對(duì)采集位置、角度、光路傳輸?shù)确矫嬗泻芨叩木纫?，檢測(cè)條件稍有變化就會(huì)造成很大的數(shù)據(jù)誤差，影響檢測(cè)結(jié)果的一致性和準(zhǔn)確性。其次，激光焊過(guò)程的激光等離子體存在一定的波動(dòng)現(xiàn)象，目前的光譜檢測(cè)裝置雖然能夠?qū)@種瞬態(tài)過(guò)程進(jìn)行檢測(cè)，然而需要后期處理，不利于實(shí)時(shí)的激光焊過(guò)程質(zhì)量監(jiān)控。
在利用電探針檢測(cè)等離子體方面，以Langmuir探針應(yīng)用最廣，這是一種有源探針，適合穩(wěn)態(tài)等離子體的檢測(cè)。本發(fā)明擬采用無(wú)源電探針?lè)椒ǎ梢詫?shí)時(shí)探測(cè)等離子體溫度，無(wú)源電探針?lè)椒ㄒ惨延须娀〉入x子體上應(yīng)用的先例(傅育文，胡繩蓀，易小林，等.等離子云信號(hào)檢測(cè)與影響因素分析[J]，焊接學(xué)報(bào)，2003. 10，第24卷第5期，29 32)。
本發(fā)明則是將無(wú)源電探針?lè)椒ê凸馓结樂(lè)椒ㄓ袡C(jī)結(jié)合，針對(duì)激光等離子云(熔池外激光等離子體)，光譜信號(hào)與電信號(hào)同步實(shí)時(shí)檢測(cè)，在時(shí)間和空間上對(duì)激光等離子體狀態(tài)及其狀態(tài)的變化進(jìn)行精細(xì)分析。光探針可以探測(cè)很小局部的等離子體信號(hào)，光探針掃描檢測(cè)可以進(jìn)行整體的探測(cè)；無(wú)源電探針可以實(shí)時(shí)探測(cè)等離子體溫度。本發(fā)明主要面向具有一定波動(dòng)性的激光焊光致等離子體，電信號(hào)檢測(cè)可以實(shí)時(shí)反映等離子體內(nèi)溫度的變化，是重要的時(shí)間參照，在此基礎(chǔ)上研究光譜檢測(cè)豐富的信息內(nèi)容，光電信號(hào)相互對(duì)照，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光等離子體較高時(shí)空分辨率的實(shí)時(shí)過(guò)程檢測(cè)，對(duì)于激光焊過(guò)程質(zhì)量監(jiān)控具有重要意義。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，克服現(xiàn)有技術(shù)的激光等離子體光譜診斷時(shí)因受到一些因素影響時(shí)造成由于激光等離子體存在一定的波動(dòng)現(xiàn)象而不利于實(shí)時(shí)質(zhì)量監(jiān)控的缺陷，提供一種將光探針與電探針有機(jī)結(jié)合、對(duì)激光等離子云(熔池外激光等離子體)的光電信號(hào)進(jìn)行同步實(shí)時(shí)檢測(cè)的探針式光電檢測(cè)裝置及其使用方法。
本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
一種檢測(cè)激光等離子體的光電探針，包括光導(dǎo)纖維、密閉腔和導(dǎo)線，其特征在于， 所述光導(dǎo)纖維由密閉腔引出，密閉腔的另一端的中心位置設(shè)置有中空管的光探針，光探針采集的光信號(hào)經(jīng)過(guò)中空管進(jìn)入密閉腔后由光導(dǎo)纖維輸出到光譜儀；在與光探針相鄰1 20mm的平行位置設(shè)置有電探針，電探針可以圍繞光探針進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，電探針后端接導(dǎo)線引出電信號(hào)；所述電探針為鎢棒，其長(zhǎng)度為50 100mm，直徑1 2mm，鎢棒的外周設(shè)置有陶瓷包裹層，鎢棒的前端部為裸露鎢極，裸露鎢極的長(zhǎng)度為2 5mm ；所述密閉腔的長(zhǎng)度為 50 60mm，內(nèi)徑5 15mm ；所述光探針的伸出長(zhǎng)度為30 50mm，內(nèi)徑不超過(guò)1. 5mm，外徑尺寸便于安裝即可。
所述密閉腔為圓筒形，具有一定強(qiáng)度，使用過(guò)程中不發(fā)生影響光信號(hào)傳輸?shù)淖冃巍?br> 檢測(cè)激光等離子體的光電探針的使用方法，具有如下步驟
(1)檢測(cè)前準(zhǔn)備將光纖與光譜儀連接，電探針導(dǎo)線與數(shù)據(jù)采集電路連接，數(shù)據(jù)采集電路包含信號(hào)放大處理電路和數(shù)據(jù)采集卡，光譜儀與數(shù)據(jù)采集卡連接到計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)統(tǒng)一處理兩者采集的信息；
(2)光電探針需要外加固定裝置，保證探針位置調(diào)節(jié)過(guò)程平穩(wěn)，不發(fā)生失穩(wěn)晃動(dòng)； 根據(jù)所探測(cè)的激光等離子云的具體位置，在三維方向調(diào)整對(duì)準(zhǔn)探測(cè)點(diǎn)，探針要保持水平，正對(duì)目標(biāo)；電探針應(yīng)將裸露鎢極完全深入激光等離子云，以保證電探針探測(cè)條件相同，檢測(cè)等離子體和工件之間的電壓；
(3)選擇合適激光焊參數(shù)，光探針與等離子體距離由等離子體光強(qiáng)確定，以保證采集到的最大光譜強(qiáng)度不超過(guò)光譜儀強(qiáng)度量程；光探針采集光信號(hào)傳送到光譜儀，電探針采集電信號(hào)傳送到數(shù)據(jù)采集卡，光電信號(hào)的同步采集與處理由計(jì)算機(jī)完成；激光焊參數(shù)選擇范圍激光功率> 500W，離焦量-5 5mm，焊接速度及保護(hù)氣體流量可根據(jù)具體情況確定； 光探針與激光等離子云邊緣保持IOmm以上的距離。
(4)信號(hào)采集開(kāi)始時(shí)，計(jì)算機(jī)接收電探針傳感器的電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存到計(jì)算機(jī)中，同時(shí)系統(tǒng)輸出一組頻率為1 IOOHz的TTL脈沖信號(hào)，光譜儀接收到觸發(fā)信號(hào)的上升沿時(shí)，開(kāi)始采集光譜數(shù)據(jù)，并在2 50ms后完成采集，其數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)通過(guò)相應(yīng)的光譜儀軟件得到一幅光譜譜圖；為保證觸發(fā)信號(hào)準(zhǔn)確，采集系統(tǒng)在采集信號(hào)同時(shí)將觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行回采，組成一套觸發(fā)信號(hào)輸出與信號(hào)回采檢測(cè)的閉環(huán)系統(tǒng)；經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的信號(hào)采集，可得到一系列的電壓信號(hào)和光譜譜圖，電壓采集可得到伏特-時(shí)間坐標(biāo)圖，光譜信號(hào)采集可得到光強(qiáng)-波長(zhǎng)坐標(biāo)圖，兩者可參考TTL脈沖信號(hào)時(shí)間序列進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)兩者對(duì)應(yīng)，達(dá)到光電信號(hào)同步。
所述步驟( 可以根據(jù)不同檢測(cè)目的，調(diào)節(jié)固定裝置水平、豎直方向以改變光電探針位置，檢測(cè)不同位置的等離子體光電信號(hào)特征。
應(yīng)當(dāng)指出的是等離子體溫度是一個(gè)宏觀概念的參數(shù)，其內(nèi)涵應(yīng)包括等離子體內(nèi)部粒子的電子溫度和離子溫度等參數(shù)。在平衡條件下，電子溫度、離子溫度與等離子體溫度一致。
本發(fā)明的有益效果是，能夠?qū)⒐鈾z測(cè)與電檢測(cè)方法有機(jī)結(jié)合，對(duì)激光焊過(guò)程等離子體進(jìn)行高時(shí)空分辨率的多維光電信息同步檢測(cè)，綜合利用光探針檢測(cè)光譜的信息精細(xì)豐富，電探針檢測(cè)則實(shí)時(shí)性很好的特點(diǎn)，不僅可以用于過(guò)程較為穩(wěn)定的等離子體的檢測(cè)，也可用于具有波動(dòng)性的等離子體動(dòng)態(tài)過(guò)程的檢測(cè)，還可以用于電弧等離子體的檢測(cè)。


圖1是光電探針結(jié)構(gòu)示意圖2是同步采集系統(tǒng)時(shí)序原理圖3是激光等離子云空間檢測(cè)網(wǎng)格劃分示意圖4是光電檢測(cè)理論原理圖5是光電信號(hào)同步采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；
圖6是同步采集到的光電信號(hào)
附圖標(biāo)記說(shuō)明
1——光導(dǎo)纖維2——導(dǎo)線
3——密閉腔4——光探針
5——電探針(鎢棒) 6——陶瓷包裹層
7——裸露鎢極具體實(shí)施方式
本發(fā)明的檢測(cè)激光等離子體光電探針的結(jié)構(gòu)如附圖1所示，一個(gè)直徑為Imm的中空管作為光探針4，其內(nèi)徑為0. 6 0. 8mm，光探針4伸出長(zhǎng)度為30 50mm，在其相鄰位置有一直徑為1 2mm的鎢棒作為電探針5，其表面噴涂一層陶瓷包裹層6起絕緣作用，涂層長(zhǎng)度為50 100mm，在其端部有一長(zhǎng)度為2 5mm鎢棒金屬裸露部分為裸露鎢極7，該部分將伸入激光等離子體進(jìn)行探測(cè)。裸露鎢極7將探測(cè)到的電信號(hào)從鎢棒另一端由導(dǎo)線2引出， 光信號(hào)經(jīng)過(guò)中空管進(jìn)入密閉腔3，由光導(dǎo)纖維1傳送給光譜儀或光電轉(zhuǎn)換器件。密閉腔3的長(zhǎng)度為50 60mm，為圓筒形，其內(nèi)徑5 15mm，具有一定強(qiáng)度，便于安裝，使用過(guò)程中不發(fā)生影響光信號(hào)傳輸?shù)淖冃巍１景l(fā)明采用光電探針?lè)蛛x設(shè)計(jì)，電探針5與光探針4平行，相對(duì)距離為1 20mm，電探針5可圍繞光探針4進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，方便調(diào)整電信號(hào)采集位置；光探針4采集的等離子云信號(hào)不受電探針5的干擾，提高了光譜采集信號(hào)的準(zhǔn)確性。
本發(fā)明的檢測(cè)激光等離子體光電探針的使用方法如下。
檢測(cè)開(kāi)始前，將光纖與光譜儀連接，電探針導(dǎo)線與數(shù)據(jù)采集電路連接，數(shù)據(jù)采集電路包含信號(hào)放大處理電路和數(shù)據(jù)采集卡，光譜儀與數(shù)據(jù)采集卡連接計(jì)算機(jī)，做好數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)備工作。光電探針使用時(shí)需要外加固定裝置，保證探針位置調(diào)節(jié)過(guò)程平穩(wěn)，不發(fā)生失穩(wěn)晃動(dòng)。根據(jù)所探測(cè)的激光等離子云的具體位置，可以在三維方向調(diào)整對(duì)準(zhǔn)探測(cè)點(diǎn)，探針使用時(shí)需要保持水平，正對(duì)目標(biāo)，以免探測(cè)失真。電探針需深入等離子云內(nèi)部測(cè)量，使用時(shí)應(yīng)將裸露鎢極完全深入等離子體，以保證電探針探測(cè)條件相同，檢測(cè)等離子體和工件之間的電壓。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求選擇合適激光焊參數(shù)，激光焊參數(shù)選擇范圍激光功率> 500W，離焦量-5 5mm，焊接速度及保護(hù)氣體流量可根據(jù)具體情況確定；光探針與激光等離子云邊緣保持IOmm以上的距離，以保證采集到的最大光譜強(qiáng)度不超過(guò)光譜儀強(qiáng)度量程。信號(hào)采集開(kāi)始時(shí)，計(jì)算機(jī)接收電探針傳感器的電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存到計(jì)算機(jī)中，同時(shí)系統(tǒng)輸出一組頻率為1 IOOHz的TTL脈沖信號(hào)，光譜儀接收到觸發(fā)信號(hào)的上升沿時(shí)，開(kāi)始采集光譜數(shù)據(jù)， 并在2 50ms后完成采集得到一幅光譜譜圖。為保證觸發(fā)信號(hào)準(zhǔn)確，采集系統(tǒng)在采集信號(hào)同時(shí)將觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行回采，組成一套觸發(fā)信號(hào)輸出與信號(hào)回采檢測(cè)的閉環(huán)系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的信號(hào)采集，可得到一系列的電壓信號(hào)和光譜譜圖，兩者可參考TTL脈沖信號(hào)時(shí)間序列進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)兩者對(duì)應(yīng)，達(dá)到光電信號(hào)同步。同步采集原理如圖2所示。
根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)?zāi)康模{(diào)節(jié)固定裝置水平、垂直方向以改變光電探針位置，檢測(cè)不同位置的等離子體光電信號(hào)。
實(shí)施例1
在光探針檢測(cè)的同時(shí)，電探針檢測(cè)相鄰的體積元，例如圖3所示，光探針檢測(cè)以、 體積元時(shí)，電探針可檢測(cè)\ \體積元之一，被檢測(cè)體積元的空間相對(duì)位置選擇要避免相互干擾。再分別利用電探針與光譜檢測(cè)結(jié)果計(jì)算等離子體溫度等等離子體參數(shù)，相互對(duì)照驗(yàn)證。在不同位置重復(fù)本步驟的試驗(yàn)，綜合各個(gè)位置的數(shù)據(jù)研究激光等離子體溫度分布和質(zhì)量分布的空間特征，確定光探針和電探針合理的相對(duì)位置。
電探針檢測(cè)分析等離子體內(nèi)部某體積元的電子溫度甚至離子溫度，實(shí)時(shí)性好；光探針同步檢測(cè)相鄰體積元的光譜信息，分析計(jì)算等離子體溫度與密度。光電探針同步檢測(cè)相鄰的體積元，可分別計(jì)算等離子體溫度，根據(jù)LTE狀態(tài)等離子體的性質(zhì)，兩者計(jì)算的溫度應(yīng)基本一致，相互對(duì)照，相互驗(yàn)證，探索二者之間的關(guān)系及其反應(yīng)出的等離子體狀態(tài)的規(guī)律，可以對(duì)波動(dòng)條件下的等離子體的檢測(cè)分析。此項(xiàng)檢測(cè)在空間上包括兩個(gè)方面一是針對(duì)固定體積元狀態(tài)變化的時(shí)間檢測(cè)；二是位置掃描，對(duì)不同體積元的光電檢測(cè)。
光電檢測(cè)的技術(shù)原理如附圖4所示，但本發(fā)明的側(cè)重點(diǎn)在于光電信號(hào)的同步檢測(cè)
對(duì)于光譜信號(hào)，對(duì)采集到的光譜信號(hào)進(jìn)行處理，標(biāo)定光譜圖各激發(fā)譜線的激發(fā)元素，再使用較常用的Boltzmarm圖法或相對(duì)光強(qiáng)法計(jì)算等離子體溫度。對(duì)于電信號(hào)可根據(jù)等離子體鞘層理論分析計(jì)算等離子體溫度。兩者分別計(jì)算溫度，相互對(duì)比印證。
最佳實(shí)施例
光電探針的電信號(hào)采集通過(guò)電壓傳感器輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)的采集卡，采樣頻率最高可達(dá)ΙΜΚΗζ。光信息采集采用光纖式數(shù)字光譜儀，對(duì)200-1100nm波段范圍的光譜進(jìn)行采集。系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)信號(hào)采集與同步工作。采集開(kāi)始時(shí)，計(jì)算機(jī)輸出一組頻率固定(例如4Hz)的TTL脈沖信號(hào)做為同步觸發(fā)信號(hào)，光譜儀檢測(cè)到觸發(fā)信號(hào)的上升沿時(shí)，開(kāi)始采集光譜數(shù)據(jù)，并在一定的時(shí)間(例如ans)內(nèi)完成采集得到一幅光譜譜圖，存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中，然后等待下一次觸發(fā)采集；同時(shí)計(jì)算機(jī)接收電壓傳感器傳回的電壓信號(hào)，數(shù)據(jù)按時(shí)間順序儲(chǔ)存到計(jì)算機(jī)中；以同步信號(hào)為基準(zhǔn)就可以進(jìn)行光譜信號(hào)和電信號(hào)基于時(shí)間的對(duì)比分析。由于電信號(hào)的采集可達(dá)ΙΜΚΗζ，在利用同步信號(hào)進(jìn)行時(shí)間標(biāo)定后也可以做為時(shí)間基準(zhǔn)。圖5是實(shí)驗(yàn)建立的光電采集系統(tǒng)示意圖。
一個(gè)實(shí)驗(yàn)采用1500W激光功率，氬氣側(cè)向保護(hù)，被焊件為低碳鋼板。一個(gè)對(duì)體積元的檢測(cè)信號(hào)如圖6所示，圖6 (a)為電探針采集的激光等離子體電信號(hào)(上)及TTL同步信號(hào)(下)，圖6(b)和(c)分別同步采集的光譜信號(hào)，其中圖6(b)是前一個(gè)同步信號(hào)上升沿之后光譜儀5ms積分對(duì)應(yīng)的光譜信號(hào)，圖6 (c)是后一個(gè)同步信號(hào)下降沿之后光譜儀5ms積分對(duì)應(yīng)的光譜信號(hào)。
對(duì)于光譜信號(hào)，對(duì)采集到的光譜信號(hào)進(jìn)行處理，標(biāo)定光譜圖各激發(fā)譜線的激發(fā)元素，再使用玻爾茲曼(Boltzmarm)圖法或相對(duì)光強(qiáng)法計(jì)算等離子體溫度，對(duì)于電信號(hào)可根據(jù)等離子體鞘層理論中的泊松(Polsson)方程計(jì)算等離子體溫度，兩者溫度相互對(duì)比印證。
對(duì)于圖6，在兩幅光譜圖中，對(duì)于FeI374. 556nm、FeI382. 043nm和FeI385. 637nmi普線，利用相對(duì)光強(qiáng)法計(jì)算，前一幅光譜圖表明的等離子體溫度約為3300K，后一幅光譜圖表明的等離子體溫度約為3200K。測(cè)得的電信號(hào)是負(fù)信號(hào)，在第一個(gè)同步信號(hào)時(shí)間內(nèi)有較多疊加在穩(wěn)定值上面的持續(xù)時(shí)間很短的波動(dòng)，對(duì)于此波動(dòng)幅值利用泊松方程估算等離子體溫度約為3350K。所計(jì)算的溫度值相差不大，基本上是一致的，說(shuō)明了光電信號(hào)所反映的溫度信息是一致的。然而，對(duì)于第一個(gè)同步信號(hào)之后的電信號(hào)波動(dòng)，說(shuō)明等離子體中存在能量變化，電信號(hào)實(shí)時(shí)反映了其變化過(guò)程，這可以解釋其對(duì)應(yīng)的光譜較強(qiáng)；而每個(gè)波動(dòng)持續(xù)時(shí)間很短，說(shuō)明等離子體馳豫時(shí)間很短且能量波動(dòng)不大，這種波動(dòng)對(duì)等離子體溫度影響不大。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)激光等離子體的光電探針，包括光導(dǎo)纖維、密閉腔和導(dǎo)線，其特征在于，所述光導(dǎo)纖維由密閉腔引出，密閉腔的另一端的中心位置設(shè)置有中空管的光探針，光探針采集的光信號(hào)經(jīng)過(guò)中空管進(jìn)入密閉腔后由光導(dǎo)纖維輸出到光譜儀；在與光探針相鄰1 20mm 的平行位置設(shè)置有電探針，電探針可以圍繞光探針進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，電探針后端接導(dǎo)線引出電信號(hào)；所述電探針為鎢棒，其長(zhǎng)度為50 100mm，直徑1 2mm，鎢棒的外周設(shè)置有陶瓷包裹層，鎢棒的前端部為裸露鎢極，裸露鎢極的長(zhǎng)度為2 5mm ；所述密閉腔的長(zhǎng)度為50 60mm,內(nèi)徑5 15mm ；所述光探針的伸出長(zhǎng)度為30 50mm，內(nèi)徑不超過(guò)1. 5mm，外徑尺寸便于安裝即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的檢測(cè)激光等離子體的光電探針，其特征在于，所述密閉腔為圓筒形，具有一定強(qiáng)度，使用過(guò)程中不發(fā)生影響光信號(hào)傳輸?shù)淖冃巍?br> 3.權(quán)利要求1的檢測(cè)激光等離子體的光電探針的使用方法，具有如下步驟(1)檢測(cè)前準(zhǔn)備將光纖與光譜儀連接，電探針導(dǎo)線與數(shù)據(jù)采集電路連接，數(shù)據(jù)采集電路包含信號(hào)放大處理電路和數(shù)據(jù)采集卡，光譜儀與數(shù)據(jù)采集卡連接到計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)統(tǒng)一處理兩者采集的信息；(2)光電探針需要外加固定裝置，保證探針位置調(diào)節(jié)過(guò)程平穩(wěn)，不發(fā)生失穩(wěn)晃動(dòng)；根據(jù)所探測(cè)的激光等離子云的具體位置，在三維方向調(diào)整對(duì)準(zhǔn)探測(cè)點(diǎn)，探針要保持水平，正對(duì)目標(biāo)；電探針應(yīng)將裸露鎢極完全深入激光等離子云，以保證電探針探測(cè)條件相同，檢測(cè)等離子體和工件之間的電壓；(3)選擇合適激光焊參數(shù)，光探針與等離子體距離由等離子體光強(qiáng)確定，以保證采集到的最大光譜強(qiáng)度不超過(guò)光譜儀強(qiáng)度量程；光探針采集光信號(hào)傳送到光譜儀，電探針采集電信號(hào)傳送到數(shù)據(jù)采集卡，光電信號(hào)的同步采集與處理由計(jì)算機(jī)完成；激光焊參數(shù)選擇范圍 激光功率> 500W,離焦量-5 5mm，焊接速度及保護(hù)氣體流量可根據(jù)具體情況確定；光探針與激光等離子云邊緣保持IOmm以上的距離。(4)信號(hào)采集開(kāi)始時(shí)，計(jì)算機(jī)接收電探針傳感器的電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存到計(jì)算機(jī)中，同時(shí)系統(tǒng)輸出一組頻率為1 IOOHz的TTL脈沖信號(hào)，光譜儀接收到觸發(fā)信號(hào)的上升沿時(shí)，開(kāi)始采集光譜數(shù)據(jù)，并在2 50ms后完成采集，其數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)通過(guò)相應(yīng)的光譜儀軟件得到一幅光譜譜圖；為保證觸發(fā)信號(hào)準(zhǔn)確，采集系統(tǒng)在采集信號(hào)同時(shí)將觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行回采， 組成一套觸發(fā)信號(hào)輸出與信號(hào)回采檢測(cè)的閉環(huán)系統(tǒng)；經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的信號(hào)采集，可得到一系列的電壓信號(hào)和光譜譜圖，電壓采集可得到伏特-時(shí)間坐標(biāo)圖，光譜信號(hào)采集可得到光強(qiáng)-波長(zhǎng)坐標(biāo)圖，兩者可參考TTL脈沖信號(hào)時(shí)間序列進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)兩者對(duì)應(yīng)，達(dá)到光電信號(hào)同步。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的檢測(cè)激光等離子體的光電探針的使用方法，其特征在于，所述步驟( 可以根據(jù)不同檢測(cè)目的，調(diào)節(jié)固定裝置水平、豎直方向以改變光電探針位置，檢測(cè)不同位置的等離子體光電信號(hào)特征。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種檢測(cè)激光等離子體的光電探針，包括光導(dǎo)纖維、密閉腔和導(dǎo)線，所述光導(dǎo)纖維由密閉腔引出，密閉腔的另一端的中心位置設(shè)置有中空管的光探針；在與光探針的平行位置設(shè)置有電探針，所述電探針為鎢棒，鎢棒的外周設(shè)置有陶瓷包裹層，鎢棒的前端部為2～5mm裸露鎢極。使用方法為，對(duì)采集到的光譜信號(hào)進(jìn)行處理，標(biāo)定光譜圖各激發(fā)譜線的激發(fā)元素，再使用Boltzmann圖法或相對(duì)光強(qiáng)法計(jì)算等離子體溫度；電信號(hào)可根據(jù)等離子體鞘層理論分析計(jì)算等離子體溫度；再相互對(duì)比印證。本發(fā)明能夠?qū)⒐鈾z測(cè)與電檢測(cè)方法有機(jī)結(jié)合，對(duì)激光焊過(guò)程等離子體進(jìn)行高時(shí)空分辨率的多維光電信息同步檢測(cè)，也可用于波動(dòng)性的等離子體動(dòng)態(tài)過(guò)程和電弧等離子體的檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01N21/63GK102507513SQ20111036053
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者劉威, 張偉超, 徐文豪, 李桓, 楊立軍, 石文玲 申請(qǐng)人:天津大學(xué)