[發明專利]平面動態電弧光譜同步實時掃描采集裝置

無效

• 申請號: 201210056403.9
• 申請日: 2012-03-06
• 公開（公告）號: CN102607700A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 張旺;華學明;李芳;袁磊;潘成剛
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及電子測量與控制領域，特別涉及一種平面動態電弧光譜同步實時掃描采集裝置。

背景技術

等離子體的溫度和成分影響金屬過渡和金屬的溶滴的熱輸入研究，所以是一個值得優化的過程。光譜法是針對等離子體輻射的一種測量分析方法，其原理是借助光譜儀器將電弧輻射信號分解為光譜信號，再根據光譜強度與電弧等離子體內部溫度、粒子濃度、成分的關系等規律來反映電弧內部的物理狀態及其過程。文獻[1]通過電弧光譜計算電弧的電子溫度，將其變化規律與熔池表面信號對應，發現光譜信號能很好對應焊接表面的缺陷特征。文獻[2]通過光譜信息分析對TIG焊接過程引弧過程進行了研究。文獻[3,4]通過光譜信息的分析得到了MIG焊接過程的溫度場、電子密度和金屬濃度空間分布。

目前對于電弧測量一種方法是直接將電弧看做點光源，例如文獻[1,5]。但是將整個電弧看做一個整體來分析電弧的物理參數，這種方法只能得到光譜宏觀的一個參數，無法得到光譜空間和時間域的物理信息，目前僅用于等離子焊接過程質量檢測，不能用于計算分析電弧空間和時間物理參數的變化規律。

第二種方法是應用帶狹縫的光譜儀，這種光譜儀可以獲得一個平面的等離子體光譜信息，文獻[3,4]就是采用這種光譜儀，但是這種光譜儀價格昂貴，同時一次只能得到一個平面的光譜信息，只能針對電弧的某一狀態來進行分析。對于時域光譜的動態信息，尤其對于存在電弧峰值、基質、負電流狀態的復雜電弧不能進行細微區分。

文獻[2]在研究TIG引弧時設計同步觸發電路，但是在設計觸發電路時采用的是電源電壓輸出信號作為判斷源，電壓信號的采集由于是在輸出端采樣容易引入干擾信號，同時作者僅僅是對起弧信號同步，但是電弧信號還包括諸如峰值狀態、基值狀態、負電流等復雜狀態作者并未涉及，此外作者沒有對空間信息做出分析。

在科研分析過程中，我們在分析提取電弧信息時，不僅需要得到電弧光譜的空間信息，而且需要得到電弧在不同供電狀態的時域信息，并且需要能夠在不同狀態之間切換，同時為了降低整個測量過程的系統誤差，我們期望在短時間內能夠獲取電弧光譜的動態信息，能夠實現動態掃描。

?參考文獻：

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，基于光譜診斷的TIG焊引弧過程研究.?2007，天津：天津大學。

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.?柳剛，《MIG?焊熔滴過渡的電弧光譜信號.pdf》.焊接學報，2004.25。

發明內容

針對目前電弧空間和時間域動態信息掃描提取的要求，本發明提供一種平面動態電弧光譜同步實時掃描采集裝置，以保證瞬間提取不同空間位置、不同供電狀態和不同時刻的光譜信息。

本發明的技術解決方案如下：

一種平面動態電弧光譜同步實時掃描采集裝置，特點在于其構成包括電弧輸出電源、電弧電流采集傳感器、光譜儀、二維移動平臺、運動控制板卡、光譜儀硬件觸發電路、步進電機驅動器和計算機，上述部件的連接關系如下：