[發明專利]一種感應等離子體發生器流場溫度測量系統

在審

• 申請號: 201811456494.9
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109387297A
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 曾徽;歐東斌
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00
• 代理公司: 北京思創大成知識產權代理有限公司 11614
• 代理人: 董曉盈

本發明公開了一種感應等離子體發生器流場溫度測量系統，包括：位移機構，位移機構能夠在感應等離子體發生器的檢測平面內移動；輻射采集單元，輻射采集單元固定于位移機構上且隨位移機構移動，以便采集感應等離子體發生器內等離子體的多個單點的輻射發光；光譜采集單元，用于將每個單點的輻射發光分別轉換為對應的光譜圖；數據分析單元，基于單點對應的光譜圖，根據光譜圖中的譜線輻射強度與對應譜線高能級能量之間的關系，計算單點的溫度值，從而獲得感應等離子體發生器內的流場溫度分布。本發明實現了三維空間溫度信息的提取，解決了傳統方法無法直接定量等離子體發生器流場溫度的難題。

技術領域

本發明屬于感應等離子體發生器制粉地面試驗技術領域，更具體地，涉及一種感應等離子體發生器流場溫度測量系統。

背景技術

感應等離子體可以產生化學純凈、無污染的高溫(8000K-12000K)、低速(5-20m/s)流場，不規則的微米量級粉末顆粒在熱等離子體的加熱作用下，表面熔融并在表面張力作用下形成球形液滴，之后迅速冷卻凝固，從而獲得致密、流動性良好、高純度的球形顆粒，感應等離子體發生器的長時間工作特性也利于粉末球化的大規模生產。感應等離子體球化制粉在3D打印、熱噴涂等技術方面具有廣闊的前景，目前航空航天和工業冶金領域對于鈦粉、鎢粉、鉬粉、鈮粉等金屬粉球化有大量的需求，感應等離子體球化粉末的研究得到了國內外研究人員的重點關注。

在等離子體球化粉末過程中，最重要的過程是通過熱等離子焦耳加熱作用于不規則粉末顆粒，因此等離子體發生器內氣流溫度是感應等離子體制備球形粉末的關鍵參數，流場內氣流溫度的空間分布測量為評估和優化等離子體球化制粉工藝提供了直接定量依據。目前國內外關于感應感應等離子體發生器球化粉末過程中流場的研究主要以數值研究為主：Barnes R.M等人、McKelliget W.J等人、Bernardi D等人相繼建立和完善了高頻感應等離子體流場的理論和數值模擬研究，獲得了高溫流場內溫度的分布結果。國內方面，北京理工大學的佟健博等，華東交通大學的施陽和等、中國科學院過程工程研究所的何家平等進行了感應耦合等離子體制備球狀粉末過程中高溫流場的數值模擬工作，獲得了空間分辨的溫度結果。但實驗測量方面，國內外在感應等離子體球化制粉中的溫度測量研究很少，由于感應等離子體發生器內的高溫(8000K-12000K)環境，傳統接觸式測量手段無法應用于對流場內氣流溫度的測量。

因此，特別迫切的需要一種方法能夠對等離子體發生器流場溫度空間分布進行測量。

發明內容

本發明的目的是提出一種能夠對等離子體發生器流場溫度空間分布進行測量的感應等離子體發生器流場溫度測量系統。

為了實現上述目的，本發明提供了一種感應等離子體發生器流場溫度測量系統，包括：

位移機構，所述位移機構能夠在所述感應等離子體發生器的檢測平面內移動，所述檢測平面垂直于所述感應等離子體發生器的長度方向、寬度方向或高度方向；

輻射采集單元，所述輻射采集單元固定于所述位移機構上且隨所述位移機構移動，以便采集所述感應等離子體發生器內等離子體的多個單點的輻射發光；

光譜采集單元，所述光譜采集單元與所述輻射采集單元連接，用于將每個單點的輻射發光分別轉換為對應的光譜圖；

數據分析單元，所述數據分析單元與所述光譜采集單元連接，用于針對每個單點，基于所述單點對應的光譜圖，根據所述光譜圖中的譜線輻射強度與對應譜線高能級能量之間的關系，計算所述單點的溫度值，從而獲得所述感應等離子體發生器內的流場溫度分布。

優選的，基于所述單點對應的光譜圖，根據所述光譜圖中的譜線輻射強度與對應譜線高能級能量之間的關系，計算所述單點的溫度值包括：分別針對每個單點，執行以下步驟：

以所述感應等離子體發生器沒有進行工作時所述單點對應的光譜圖作為背景光譜；