[發(fā)明專利]一種等離子噴涂中粒子飛行參數(shù)的在線測量裝置與方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611000101.4
• 申請日: 2016-11-14
• 公開（公告）號: CN106644854B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發(fā)明（設計）人: 李本強;王柏賀;白宇;楊清振;宣劭文
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02;G01J5/08;G01J5/20
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種等離子噴涂中粒子飛行參數(shù)的在線測量裝置與方法，裝置包括熱窗口片，由等離子體射流中單個飛行粒子發(fā)出的熱輻射經(jīng)熱窗口片后，依次通過帶通濾波片、相機鏡頭，成像到單彩色CCD相機的芯片上，高溫粒子自身的熱輻射經(jīng)過帶通濾波片，將等離子體射流中高強度的等離子體自身及粒子表面蒸發(fā)的元素的線狀光譜濾除后由相機鏡頭聚焦到單彩色CCD相機的芯片上，得到帶通濾波片波段范圍的粒子的飛行軌跡，單彩色CCD相機與計算機連接，在線監(jiān)測粒子參數(shù)，本發(fā)明不僅能夠在線測量高溫等離子體噴涂射流中單個飛行粒子的溫度、速度、粒徑的大小，同時也能夠獲取單個粒子飛行過程中的溫度變化的規(guī)律，還可以統(tǒng)計分析多個粒子的溫度、速度、粒徑的大小分布。

技術領域

本發(fā)明涉及高溫高速粒子飛行參數(shù)測量技術領域，具體涉及一種等離子噴涂中粒子飛行參數(shù)的在線測量裝置與方法。

背景技術

高溫等離子體噴涂制備的熱障涂層和防護涂層被廣泛應用到航空發(fā)動機和燃氣輪機的葉片上，提高了葉片的使用壽命。影響高溫等離子體噴涂制備的涂層的工藝參數(shù)有很多且相互耦合，很難實現(xiàn)涂層質量的精確控制和可重復性生產(chǎn)。而影響涂層質量的本質參數(shù)是等離子體射流中飛行粒子的溫度、速度、粒徑的大小，通過在線監(jiān)測粒子的參數(shù)，可以將多工藝參數(shù)問題轉化為控制粒子的溫度、速度、粒徑三個參數(shù)，大大提高了涂層的質量的可控性和可重復性，同時監(jiān)測單個粒子飛行過程中的溫度的變化規(guī)律，可以對高溫等離子體與粉末粒子的反應過程進行研究。現(xiàn)有的粒子飛行參數(shù)通用測量裝置有兩種：DPV2000與SprayWatch 2i。其中，DPV2000每次只能測量單個粒子參數(shù)，測量周期長，采用雙光路，發(fā)射率引入誤差導致溫度測量準確度受到影響；SprayWatch 2i不能測量單個粒子的溫度及溫度的變化規(guī)律，只能測量溫度的平均值，同時采用雙光路，發(fā)射率引入誤差導致溫度測量準確度受到影響。上述兩種測量裝置難以獲得單個粒子飛行過程中的溫度的變化規(guī)律，并且不能同時完成多個粒子的溫度分布、速度分布、粒徑分布的統(tǒng)計分析。同時，兩種裝置結構相對復雜，成本較高。

發(fā)明內容

為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提出一種等離子噴涂中粒子飛行參數(shù)的在線測量裝置與方法，不僅能夠在線測量高溫等離子體射流中單個飛行粒子的溫度、速度、粒徑的大小，同時也能夠獲取單個粒子飛行過程中的溫度變化的規(guī)律，還可以一次性統(tǒng)計分析多個粒子的溫度、速度、粒徑的大小分布；此外，可以采用單光路測量，裝置結構簡單，能夠降低發(fā)射率誤差，提高溫度測量的準確度。

為了達到上述粒子參數(shù)測量的目的，本發(fā)明采用的技術方案是：

一種等離子噴涂中粒子飛行參數(shù)的在線測量裝置，包括熱窗口片1，由等離子體射流中單個飛行粒子發(fā)出的熱輻射經(jīng)熱窗口片1后，依次通過帶通濾波片2、相機鏡頭3，成像到單彩色CCD相機4的芯片上，高溫粒子自身的熱輻射經(jīng)過帶通濾波片2，將等離子體射流中高強度的等離子體自身及粒子表面蒸發(fā)的元素的線狀光譜濾除后由相機鏡頭3聚焦到單彩色CCD相機4的芯片上，得到帶通濾波片2波段范圍的粒子的飛行軌跡，單彩色CCD相機4與第一計算機5連接，在線監(jiān)測粒子參數(shù)。

所述的帶通濾波片2的帶通波段的選擇基于光譜分析方法得到，具體的選擇方法是：

(1)聚焦光路的搭建:聚焦光路包括光闌8，等離子體射流的強輻射光先經(jīng)過光闌8后，再經(jīng)過平凸透鏡9的聚焦作用，耦合到光纖探頭11中，光纖探頭11由光纖轉接板10固定；

(2)光譜采集裝置的搭建：采用高分辨率的測量波段在可見光到近紅外波段的光譜儀12作為光譜采集裝置的分析儀器，利用光纖轉接板10將光譜儀12和光纖探頭11連接起來，第二計算機13作為光譜數(shù)據(jù)存儲和顯示裝置；

(3)光譜的采集：YSZ和Al₂O₃兩種不同的陶瓷粉末注入到噴槍6中，噴槍6在機器手的帶動下沿著噴涂射流方向移動，光譜采集裝置捕捉不同位置處的光譜圖，第二計算機13顯示并保存采集到的光譜圖，通過第二計算機13中的光譜圖的波段選擇原則確定帶通濾波片2的帶通波段；