CN109702305B - 一种微束等离子弧焊电弧三维光谱的干扰解耦方法 - Google Patents

一种微束等离子弧焊电弧三维光谱的干扰解耦方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109702305B
CN109702305B CN201910080075.8A CN201910080075A CN109702305B CN 109702305 B CN109702305 B CN 109702305B CN 201910080075 A CN201910080075 A CN 201910080075A CN 109702305 B CN109702305 B CN 109702305B
Authority
CN
China
Prior art keywords
arc
light radiation
radial end
point
radiation intensity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910080075.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109702305A (zh
Inventor
张虎
何建萍
林杨胜蓝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai University of Engineering Science
Original Assignee
Shanghai University of Engineering Science
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai University of Engineering Science filed Critical Shanghai University of Engineering Science
Priority to CN201910080075.8A priority Critical patent/CN109702305B/zh
Publication of CN109702305A publication Critical patent/CN109702305A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109702305B publication Critical patent/CN109702305B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

本发明一种用于微束等离子弧焊电弧三维光谱的干扰解耦方法，涉及三维光谱的干扰解耦技术领域。本发明一种微束等离子弧焊电弧三维光谱的干扰解耦方法，针对以共聚焦光路为关键的三维光谱检测系统的局限性，通过步骤I‑IV，首先，解决了以该三维光谱检测系统所检测到的微束等离子弧焊电弧中任一点的光辐射强度上耦合了来自于沿光路深度方向前后电弧范围内的其它各点光辐射强度的干扰问题。其次，突破了对三维焊接电弧外表的二维光谱检测，由于受到电弧内部微观粒子的影响，在电弧外表的二维光谱图上的任意点的值，很难准确得到电弧内部各点的光辐射强度等技术问题。

Description

一种微束等离子弧焊电弧三维光谱的干扰解耦方法
技术领域
本发明涉及三维光谱的干扰解耦技术领域，具体指一种用于微束等离子弧焊电弧三维光谱的干扰解耦方法。
背景技术
焊接电弧由于自身的温度较高，通常在3000K-30000K之间，很难对焊接电弧的温度进行直接测量。焊接电弧光谱可以反映出焊接过程中电弧温度、电子密度等物理状态变化，是研究焊接电弧这一复杂物理现象的关键手段。焊接电弧是一种三维结构的电弧，现有的焊接电弧光谱检测虽然可以研究电弧的温度场，但是目前大多数有关研究通过光谱仪对电弧的光谱采集，只能采集到电弧外表的二维光谱；极个别实现的焊接电弧三维光谱的检测，也因受到检测光路的限制而造成较大的光谱检测误差，主要原因是检测光路的局限性引起了电弧内部某一点的光谱检测受到其附近点电弧光的干扰。
经对现有技术文献和专利检索发现，针对三维结构的焊接电弧，目前极少有关于三维光谱检测的研究，即便是极个别实现的焊接电弧的三维光谱检测，也没有关于三维光谱检测后对所耦合的干扰的解耦方法的研究。中国发明专利(专利号为ZL201010101230.9)《一种微束等离子弧三维动态光谱检测系统》提出了由光路系统、光纤、光谱仪、三维精密微动平台组成的微束等离子弧焊电弧的三维光谱检测系统，利用共聚焦的光路系统，实现了微束等离子弧焊电弧的三维空间内部任意一点光辐射强度的检测，但受到该共聚焦光路系统的局限性，使得对电弧内部任意一点的光谱检测受到了其附近点电弧光的干扰，在所检测到的该点的光辐射强度上耦合了来自于沿光路深度方向前后电弧范围内其它各点光辐射强度的干扰，其三维光谱检测系统无法解决这一干扰问题；公开的文献《基于纹影法的温度场分布测量方法》(测控技术，2018， 37(4)：97-100)实现了对三维焊接电弧外表的二维光谱检测，二维光谱图上任意点的值与沿检测方向轴线上的电弧内部的各点光辐射强度有关，由于受到电弧内部微观粒子的影响，通过电弧外表的二维光谱图上的该任意点的值，很难准确得到电弧内部各点的光辐射强度。上述两个公开的技术均没有实现焊接电弧三维光谱的干扰解耦。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种微束等离子弧焊电弧三维光谱的干扰解耦方法，以共聚焦光路为关键的三维光谱检测系统对微束等离子弧焊电弧内部任意一点实现的三维光谱检测，在所检测到的电弧内部任意一点的光辐射强度上耦合了来自于沿光路深度方向前后电弧范围内的其它各点光辐射强度的干扰，对所耦合的干扰进行解耦的步骤如下：
I.由喷嘴端部到工件表面，从检测到的电弧三维光谱中依次取电弧的各径向端面的谱图。
II.在电弧的一个径向端面的谱图上取垂直于光谱检测方向且过电弧轴中心的直径线，以该直径线上各点的光辐射强度检测值，对对应的电弧径向端面从电弧边缘到轴中心的不同半径的圆上的光辐射强度进行其发射系数的重构，除轴中心点的发射系数外，其它半径的圆上的光辐射强度的发射系数均是对所述直径线上以轴中心为对称的同半径的两点，C点和C′的光辐射强度重构的发射系数的平均值。
III.对由步骤I取得的电弧的各径向端面的谱图，按照步骤II的方法，分别对电弧各径向端面上不同半径的圆上的光辐射强度进行其发射系数的重构。
IV按 照电弧各径向端面的三维空间位置关系，将步骤III重构得到的电弧各径向端面上的不同半径圆上的光辐射强度的发射系数进行空间合成，得到电弧光辐射强度的重构的发射系数的三维分布，实现微束等离子弧焊电弧三维光谱的干扰解耦。
如上所述，本发明一种微束等离子弧焊电弧三维光谱的干扰解耦方法，通过步骤I-IV解决了微束等离子弧焊电弧的三维光谱检测过程中因以共聚焦光路为关键的三维光谱检测系统的局限性而造成的在检测到的电弧内部任意一点的光辐射强度上耦合了来自于沿光路深度方向前后电弧范围内其它各点光辐射强度的干扰问题；也突破了对三维焊接电弧外表的二维光谱检测，由于受到电弧内部微观粒子的影响，很难准确得到电弧内部各点的光辐射强度等技术问题。
附图说明
图1为本发明一种微束等离子弧焊电弧三维光谱的干扰解耦方法原理示意图；
图2为本发明实施例重构发射系数空间合成示意图。
具体实施方式
本发明的一种微束等离子弧焊电弧三维光谱的干扰解耦方法，针对以共聚焦光路为关键的三维光谱检测系统所检测到的微束等离子弧焊电弧内部任意一点的光辐射强度上耦合了来自于沿光路深度方向前后电弧范围内的其它各点光辐射强度的干扰，对所耦合的干扰进行解耦，其步骤如下：
I.由喷嘴端部到工件表面，从检测到的电弧三维光谱中依次取电弧的各径向端面的谱图(如附图2所示)。
II.在电弧的一个径向端面的谱图上取垂直于光谱检测方向且过电弧轴中心的直径线，以该直径线上各点(如附图1中的实圆点)的光辐射强度检测值，对对应的电弧径向端面从电弧边缘到轴中心的不同半径的圆上的光辐射强度进行其发射系数的重构；
除轴中心点的发射系数外，其它半径的圆上的光辐射强度的发射系数均是对所述直径线上以轴中心为对称的同半径的两点，C点和C′点(如附图1所示)的光辐射强度重构的发射系数的平均值。
III.对由步骤I取得到的电弧的各径向端面的谱图，按照步骤II的方法，分别对电弧各径向端面上不同半径的圆上的光辐射强度进行其发射系数的重构(如附图1所示)。
IV按 照电弧各径向端面的三维空间位置关系(如附图2所示)，将步骤III重构得到的电弧各径向端面上的不同半径圆上的光辐射强度的发射系数进行空间合成，得到电弧光辐射强度的重构的发射系数的三维分布，实现微束等离子弧焊电弧三维光谱的干扰解耦。
进一步(如附图1所示)，所述步骤II方法选取的电弧的一个径向端面的谱图上的直径线上的某一点 A″的光辐射强度检测值I(y)，重构的是从该点所在圆到电弧径向端面边缘所在圆的不同半径的圆上的光辐射强度的发射系数，即
Figure GDA0002819493980000041
式中，ε(r)是重构的电弧径向端面上半径为r的圆上的光辐射强度的发射系数，
其中，r是从所述直径线上的某一点A″所在圆的半径r″到电弧径向端面边缘所在圆的半径R之间的半径，
y是所述直径线上某一点A″到轴中心距离，
I(y)是所述直径线上某一点A″光辐射强度的检测值。
更进一步(如附图1所示)，所述步骤II选取的电弧一个径向端面的谱图上的直径线上某一点A″的光辐射强度检测值I(y)，其上面耦合的任意以所述直径线为对称的沿光谱检测方向的电弧径向端面上的两点，B点和B′点的光辐射强度的干扰是对称的，即
Figure GDA0002819493980000042
式中，x是以所述直径线为对称的沿光谱检测方向的电弧径向端面上的两点，B点和B′点到所述直径线的距离。
综上所述，本发明一种微束等离子弧焊电弧三维光谱的干扰解耦方法，针对以共聚焦光路为关键的三维光谱检测系统的局限性，通过步骤I-IV解决了以该三维光谱检测系统所检测到的微束等离子弧焊电弧内部任意一点的光辐射强度上耦合的来自于沿光路深度方向前后电弧范围内的其它各点光辐射强度的干扰问题；也突破了对三维焊接电弧外表的二维光谱检测，由于受到电弧内部微观粒子的影响，很难准确得到电弧内部各点的光辐射强度等技术问题。

Claims (3)

1.一种微束等离子弧焊电弧三维光谱的干扰解耦方法，基于共聚焦光路为关键的三维光谱检测系统，对微束等离子弧焊电弧内部任意一点实现的三维光谱检测过程中，在检测到的电弧内部任意一点的光辐射强度上耦合了来自于沿光路深度方向前后电弧范围内其它各点光辐射强度的干扰，其特征在于，解耦的步骤如下：
I.由喷嘴端部到工件表面，从检测到的电弧三维光谱中，依次取电弧的各径向端面的谱图；
II.在电弧的一个径向端面的谱图上，取垂直于光谱检测方向且过电弧轴中心的直径线，以该直径线上各点的光辐射强度检测值，对对应的电弧径向端面，从电弧边缘到轴中心的不同半径的圆上的光辐射强度进行其发射系数的重构；
除轴中心点的发射系数外，其它半径的圆上的光辐射强度的发射系数均是对所述直径线上以轴中心为对称的同半径的两点C点和C′的光辐射强度重构的发射系数的平均值；
III.对由步骤I取得的电弧的各径向端面的谱图，按步骤II，分别对电弧各径向端面上不同半径的圆上的光辐射强度进行其发射系数的重构；
IV.按照电弧各径向端面的三维空间位置关系，将步骤III重构得到的电弧各径向端面上的不同半径圆上的光辐射强度的发射系数进行空间合成，得到电弧光辐射强度的重构的发射系数的三维分布，实现微束等离子弧焊电弧三维光谱的干扰解耦。
2.如权利要求1所述的一种微束等离子弧焊电弧三维光谱的干扰解耦方法，其特征在于，所述步骤II选取的电弧的一个径向端面的谱图上的直径线上的某一点A″的光辐射强度检测值I(y)，重构的是从该点所在圆到电弧径向端面边缘所在圆的不同半径的圆上的光辐射强度的发射系数，即
Figure FDA0002819493970000021
式中，ε(r)为重构的电弧径向端面上半径为r的圆上的光辐射强度的发射系数，
其中，r为从所述直径线上的某一点A″所在圆的半径r′到电弧径向端面边缘所在圆的半径R之间的半径，
y为所述直径线上某一点A″到轴中心距离，
I(y)为所述直径线上某一点A″光辐射强度的检测值。
3.如权利要求1所述的一种微束等离子弧焊电弧三维光谱的干扰解耦方法，其特征在于，所述步骤II选取的电弧的一个径向端面的谱图上的直径线上某一点A″的光辐射强度检测值I(y)，其上面耦合的任意以所述直径线为对称的沿光谱检测方向的电弧径向端面上的两点B点和B′的光辐射强度的干扰是对称的，即
Figure FDA0002819493970000022
式中，x为以所述直径线为对称的沿光谱检测方向的电弧径向端面上的两点B点和B′到所述直径线的距离。
CN201910080075.8A 2019-01-28 2019-01-28 一种微束等离子弧焊电弧三维光谱的干扰解耦方法 Active CN109702305B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910080075.8A CN109702305B (zh) 2019-01-28 2019-01-28 一种微束等离子弧焊电弧三维光谱的干扰解耦方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910080075.8A CN109702305B (zh) 2019-01-28 2019-01-28 一种微束等离子弧焊电弧三维光谱的干扰解耦方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109702305A CN109702305A (zh) 2019-05-03
CN109702305B true CN109702305B (zh) 2021-03-23

Family

ID=66263276

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910080075.8A Active CN109702305B (zh) 2019-01-28 2019-01-28 一种微束等离子弧焊电弧三维光谱的干扰解耦方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109702305B (zh)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60135732A (ja) * 1983-12-23 1985-07-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 温度測定装置
CN2506977Y (zh) * 2001-10-25 2002-08-21 王鹏 半导体激光监测仪的背景光干扰消除装置
CN101303257B (zh) * 2008-06-26 2010-06-02 中国电力科学研究院 一种测量长间隙空气电弧等离子体温度的方法
CN101738257B (zh) * 2010-01-26 2012-01-25 上海工程技术大学 一种微束等离子弧三维动态光谱检测系统
CN102313559B (zh) * 2010-07-09 2016-03-30 上海华魏光纤传感技术有限公司 一种内置标准量源的闭环多功能光纤光栅传感装置及方法
US9307156B1 (en) * 2013-12-19 2016-04-05 Matthew Sinfield Longwave infrared imaging of a high-temperature, high-intensity light source
CN103884449B (zh) * 2014-03-04 2016-08-17 中国空间技术研究院 一种基于光纤传输的喷口电弧温度非接触测量系统
CN105333815B (zh) * 2015-11-05 2018-04-10 北京交通大学 一种基于光谱色散线扫描的超横向分辨率表面三维在线干涉测量系统
CN106768325A (zh) * 2016-11-21 2017-05-31 清华大学 多光谱光场视频采集装置
CN108225569B (zh) * 2017-12-31 2019-10-29 北京工业大学 一种基于双谱线特征的标准温度法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109702305A (zh) 2019-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104185353B (zh) 一种基于汤姆逊散射弱相干技术的聚变堆等离子体密度温度诊断方法
CN105241849A (zh) 分光瞳激光差动共焦libs、拉曼光谱-质谱显微成像方法与装置
CN105136674A (zh) 激光共焦libs、拉曼光谱-质谱成像方法与装置
CN107329006A (zh) 一种微波电场强度测量方法及测量装置
CN105241850A (zh) 双轴激光共焦libs、拉曼光谱-质谱成像方法与装置
CN104597476B (zh) 一种加速器粒子束流截面实时诊断系统
CN104677885A (zh) 高空间分辨激光差动共焦光谱-质谱显微成像方法与装置
CN108534811A (zh) 一种短腔光纤法珀传感器的腔长解调算法
TW201538938A (zh) 溫度測定方法、基板處理系統及溫度測定用構件
Durham et al. Plasmonic lenses for tunable ultrafast electron emitters at the nanoscale
CN104697982A (zh) 高空间分辨激光差动共焦质谱显微成像方法与装置
CN104677864B (zh) 高空间分辨激光分光瞳共焦光谱‑质谱显微成像方法与装置
CN104697967A (zh) 高空间分辨激光双轴共焦光谱-质谱显微成像方法与装置
CN109702305B (zh) 一种微束等离子弧焊电弧三维光谱的干扰解耦方法
CN108032145B (zh) 射频离子源工作参数优化方法
Sato et al. A new signal processing method for a differential chromatic confocal probe with a mode-locked femtosecond laser
CN113329553A (zh) 一种用于等离子体密度分布的检测方法及检测装置
CN104713856B (zh) 高空间分辨激光共焦光谱‑质谱显微成像方法与装置
CN104502067B (zh) 一种傅里叶变换平面光栅相对衍射效率测试仪
CN104698070A (zh) 高空间分辨激光共焦质谱显微成像方法与装置
Biloiu et al. Scanning internal probe for plasma particle, fluctuation, and LIF tomographic measurements
KR101542894B1 (ko) 적외선 분광용 회전형 간섭계 최적화 방법
CN113341708B (zh) 飞秒激光诱导气体电离的等离子体参数的测量方法及系统
CN110988897B (zh) 位移大小与方向的高精度单光路测量方法及装置
Romadanov et al. A confocal laser-induced fluorescence diagnostic with an annular laser beam

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant