[发明专利]一种感应等离子体发生器流场温度测量系统

说明书

本发明公开了一种感应等离子体发生器流场温度测量系统，包括：位移机构，位移机构能够在感应等离子体发生器的检测平面内移动；辐射采集单元，辐射采集单元固定于位移机构上且随位移机构移动，以便采集感应等离子体发生器内等离子体的多个单点的辐射发光；光谱采集单元，用于将每个单点的辐射发光分别转换为对应的光谱图；数据分析单元，基于单点对应的光谱图，根据光谱图中的谱线辐射强度与对应谱线高能级能量之间的关系，计算单点的温度值，从而获得感应等离子体发生器内的流场温度分布。本发明实现了三维空间温度信息的提取，解决了传统方法无法直接定量等离子体发生器流场温度的难题。

技术领域

本发明属于感应等离子体发生器制粉地面试验技术领域，更具体地，涉及一种感应等离子体发生器流场温度测量系统。

背景技术

感应等离子体可以产生化学纯净、无污染的高温(8000K-12000K)、低速(5-20m/s)流场，不规则的微米量级粉末颗粒在热等离子体的加热作用下，表面熔融并在表面张力作用下形成球形液滴，之后迅速冷却凝固，从而获得致密、流动性良好、高纯度的球形颗粒，感应等离子体发生器的长时间工作特性也利于粉末球化的大规模生产。感应等离子体球化制粉在3D打印、热喷涂等技术方面具有广阔的前景，目前航空航天和工业冶金领域对于钛粉、钨粉、钼粉、铌粉等金属粉球化有大量的需求，感应等离子体球化粉末的研究得到了国内外研究人员的重点关注。

在等离子体球化粉末过程中，最重要的过程是通过热等离子焦耳加热作用于不规则粉末颗粒，因此等离子体发生器内气流温度是感应等离子体制备球形粉末的关键参数，流场内气流温度的空间分布测量为评估和优化等离子体球化制粉工艺提供了直接定量依据。目前国内外关于感应感应等离子体发生器球化粉末过程中流场的研究主要以数值研究为主：Barnes R.M等人、McKelliget W.J等人、Bernardi D等人相继建立和完善了高频感应等离子体流场的理论和数值模拟研究，获得了高温流场内温度的分布结果。国内方面，北京理工大学的佟健博等，华东交通大学的施阳和等、中国科学院过程工程研究所的何家平等进行了感应耦合等离子体制备球状粉末过程中高温流场的数值模拟工作，获得了空间分辨的温度结果。但实验测量方面，国内外在感应等离子体球化制粉中的温度测量研究很少，由于感应等离子体发生器内的高温(8000K-12000K)环境，传统接触式测量手段无法应用于对流场内气流温度的测量。

因此，特别迫切的需要一种方法能够对等离子体发生器流场温度空间分布进行测量。

发明内容

本发明的目的是提出一种能够对等离子体发生器流场温度空间分布进行测量的感应等离子体发生器流场温度测量系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种感应等离子体发生器流场温度测量系统，包括：

位移机构，所述位移机构能够在所述感应等离子体发生器的检测平面内移动，所述检测平面垂直于所述感应等离子体发生器的长度方向、宽度方向或高度方向；

辐射采集单元，所述辐射采集单元固定于所述位移机构上且随所述位移机构移动，以便采集所述感应等离子体发生器内等离子体的多个单点的辐射发光；

光谱采集单元，所述光谱采集单元与所述辐射采集单元连接，用于将每个单点的辐射发光分别转换为对应的光谱图；

数据分析单元，所述数据分析单元与所述光谱采集单元连接，用于针对每个单点，基于所述单点对应的光谱图，根据所述光谱图中的谱线辐射强度与对应谱线高能级能量之间的关系，计算所述单点的温度值，从而获得所述感应等离子体发生器内的流场温度分布。

优选的，基于所述单点对应的光谱图，根据所述光谱图中的谱线辐射强度与对应谱线高能级能量之间的关系，计算所述单点的温度值包括：分别针对每个单点，执行以下步骤：

以所述感应等离子体发生器没有进行工作时所述单点对应的光谱图作为背景光谱；