[发明专利]平面动态电弧光谱同步实时扫描采集装置

说明书

技术领域

本发明涉及电子测量与控制领域，特别涉及一种平面动态电弧光谱同步实时扫描采集装置。

背景技术

等离子体的温度和成分影响金属过渡和金属的溶滴的热输入研究，所以是一个值得优化的过程。光谱法是针对等离子体辐射的一种测量分析方法，其原理是借助光谱仪器将电弧辐射信号分解为光谱信号，再根据光谱强度与电弧等离子体内部温度、粒子浓度、成分的关系等规律来反映电弧内部的物理状态及其过程。文献[1]通过电弧光谱计算电弧的电子温度，将其变化规律与熔池表面信号对应，发现光谱信号能很好对应焊接表面的缺陷特征。文献[2]通过光谱信息分析对TIG焊接过程引弧过程进行了研究。文献[3,4]通过光谱信息的分析得到了MIG焊接过程的温度场、电子密度和金属浓度空间分布。

目前对于电弧测量一种方法是直接将电弧看做点光源，例如文献[1,5]。但是将整个电弧看做一个整体来分析电弧的物理参数，这种方法只能得到光谱宏观的一个参数，无法得到光谱空间和时间域的物理信息，目前仅用于等离子焊接过程质量检测，不能用于计算分析电弧空间和时间物理参数的变化规律。

第二种方法是应用带狭缝的光谱仪，这种光谱仪可以获得一个平面的等离子体光谱信息，文献[3,4]就是采用这种光谱仪，但是这种光谱仪价格昂贵，同时一次只能得到一个平面的光谱信息，只能针对电弧的某一状态来进行分析。对于时域光谱的动态信息，尤其对于存在电弧峰值、基质、负电流状态的复杂电弧不能进行细微区分。

文献[2]在研究TIG引弧时设计同步触发电路，但是在设计触发电路时采用的是电源电压输出信号作为判断源，电压信号的采集由于是在输出端采样容易引入干扰信号，同时作者仅仅是对起弧信号同步，但是电弧信号还包括诸如峰值状态、基值状态、负电流等复杂状态作者并未涉及，此外作者没有对空间信息做出分析。

在科研分析过程中，我们在分析提取电弧信息时，不仅需要得到电弧光谱的空间信息，而且需要得到电弧在不同供电状态的时域信息，并且需要能够在不同状态之间切换，同时为了降低整个测量过程的系统误差，我们期望在短时间内能够获取电弧光谱的动态信息，能够实现动态扫描。

 参考文献：

1. Alfaro, S.C.A., D. de S. Medonga, and M.S. Matos, Emission spectrometry evaluation in arc welding monitoring system. Journal of Materials Processing Technology, 2006. 179(1-3):p.2-9-224。

2. 粱秀娟，基于光谱诊断的TIG焊引弧过程研究. 2007，天津：天津大学。

3. Zielińska, S., et al., Investigations of GMAW plasma by optical emission spectroscopy. Plasma Sources Science and Technology, 2007. 16:p.832。

4. Rouffet, M., et al., Spectroscopic investigation of the high-current phase of a pulsed GMAW process. Journal of Physics D: Applied Physics,2010. 43:p.434003。

5. 柳刚，《MIG 焊熔滴过渡的电弧光谱信号.pdf》.焊接学报，2004.25。

发明内容

针对目前电弧空间和时间域动态信息扫描提取的要求，本发明提供一种平面动态电弧光谱同步实时扫描采集装置，以保证瞬间提取不同空间位置、不同供电状态和不同时刻的光谱信息。

本发明的技术解决方案如下：

一种平面动态电弧光谱同步实时扫描采集装置，特点在于其构成包括电弧输出电源、电弧电流采集传感器、光谱仪、二维移动平台、运动控制板卡、光谱仪硬件触发电路、步进电机驱动器和计算机，上述部件的连接关系如下：