[發明專利]檢測激光等離子體的光電探針及其使用方法

有效

• 申請號: 201110360537.5
• 申請日: 2011-11-14
• 公開（公告）號: CN102507513A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 楊立軍;徐文豪;石文玲;張偉超;劉威;李桓
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63;G01N27/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 曹玉平

1.一種檢測激光等離子體的光電探針，包括光導纖維、密閉腔和導線，其特征在于，所述光導纖維由密閉腔引出，密閉腔的另一端的中心位置設置有中空管的光探針，光探針采集的光信號經過中空管進入密閉腔后由光導纖維輸出到光譜儀；在與光探針相鄰1～20mm的平行位置設置有電探針，電探針可以圍繞光探針進行旋轉調節，電探針后端接導線引出電信號；所述電探針為鎢棒，其長度為50～100mm，直徑1～2mm，鎢棒的外周設置有陶瓷包裹層，鎢棒的前端部為裸露鎢極，裸露鎢極的長度為2～5mm；所述密閉腔的長度為50～60mm，內徑5～15mm；所述光探針的伸出長度為30～50mm，內徑不超過1.5mm，外徑尺寸便于安裝即可。

2.根據權利要求1的檢測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，具有一定強度，使用過程中不發生影響光信號傳輸的變形。

3.權利要求1的檢測激光等離子體的光電探針的使用方法，具有如下步驟：

(1)檢測前準備：將光纖與光譜儀連接，電探針導線與數據采集電路連接，數據采集電路包含信號放大處理電路和數據采集卡，光譜儀與數據采集卡連接到計算機，由計算機統一處理兩者采集的信息；

(2)光電探針需要外加固定裝置，保證探針位置調節過程平穩，不發生失穩晃動；根據所探測的激光等離子云的具體位置，在三維方向調整對準探測點，探針要保持水平，正對目標；電探針應將裸露鎢極完全深入激光等離子云，以保證電探針探測條件相同，檢測等離子體和工件之間的電壓；

(3)選擇合適激光焊參數，光探針與等離子體距離由等離子體光強確定，以保證采集到的最大光譜強度不超過光譜儀強度量程；光探針采集光信號傳送到光譜儀，電探針采集電信號傳送到數據采集卡，光電信號的同步采集與處理由計算機完成；激光焊參數選擇范圍：激光功率≥500W，離焦量-5～5mm，焊接速度及保護氣體流量可根據具體情況確定；光探針與激光等離子云邊緣保持10mm以上的距離。

(4)信號采集開始時，計算機接收電探針傳感器的電壓信號，轉化儲存到計算機中，同時系統輸出一組頻率為1～100Hz的TTL脈沖信號，光譜儀接收到觸發信號的上升沿時，開始采集光譜數據，并在2～50ms后完成采集，其數據傳送到計算機通過相應的光譜儀軟件得到一幅光譜譜圖；為保證觸發信號準確，采集系統在采集信號同時將觸發信號進行回采，組成一套觸發信號輸出與信號回采檢測的閉環系統；經過一段時間的信號采集，可得到一系列的電壓信號和光譜譜圖，電壓采集可得到伏特-時間坐標圖，光譜信號采集可得到光強-波長坐標圖，兩者可參考TTL脈沖信號時間序列進行比對，實現兩者對應，達到光電信號同步。

4.根據權利要求3的檢測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(2)可以根據不同檢測目的，調節固定裝置水平、豎直方向以改變光電探針位置，檢測不同位置的等離子體光電信號特征。