[發明專利]標準溫度法和相對譜線法同步診斷等離子體溫度場的方法

有效

• 申請號: 202011508059.3
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112729555B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 靳興月;林啟富;胡立群;曾梅花;趙鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 張乾楨

本發明公開了一種標準溫度法和相對譜線法同步診斷等離子體溫度場的方法，將待測電弧等離子體溫度場分為電弧弧柱區域溫度和電弧邊緣區域溫度兩部分，對于電弧弧柱區域溫度，找到電弧等離子體放電圖像的灰度值G與等離子體發射系數ε_v之間的關系，利用標準溫度法來進行計算；對于電弧邊緣區域溫度，找到灰度值G與輻射強度I之間的關系，利用相對譜線法，進而求得電弧邊緣區域溫度分布。本發明通過標準溫度法和相對譜線法2套溫度診斷方法同步診斷電弧溫度，互相驗證電弧弧柱區域和電弧邊緣區域溫度的準確性，增加整個電弧溫度場診斷的準確性，診斷溫度范圍更大。

技術領域

本發明屬于熱等離子體溫度診斷領域，具體涉及一種標準溫度法和相對譜線法同步診斷等離子體溫度場的方法。

背景技術

電弧等離子體常用的溫度診斷主要分為探針法和光譜診斷法，探針法所使用的實驗設備簡單，易于操作。但是由于等離子體電弧具有溫度高、能量集中和輻射強度大等特點，接觸式探頭使用周期短、消耗大，并且接觸式探頭干擾了被診斷的等離子體溫度場分布，空間分辨率較低；此外，探針基本上只能測單點的溫度，無法獲得整個溫度場的溫度分布。光譜診斷法能夠診斷高溫電弧等離子體，靈敏度高，可以進行時間、空間上的診斷，對被測物體的干擾性小，而得到廣泛的應用。

在光譜診斷法中，標準溫度法利用等離子體的發射系數與溫度之間的關系來計算電弧溫度，標準溫度法穩定性好，且不需要知道原子的躍遷幾率，同時具有良好的時間、空間分辨率，而被國內外研究者作為一種重要手段用來診斷電弧溫度場。專利CN108225569A“一種基于雙譜線特征的標準溫度法”提出一種雙譜線診斷方法，結合兩條譜線的發射系數場信息標定電弧的高溫區和低溫區，完成自動判定電弧中心區域的溫度。但是，該方法有一定的局限性，被測等離子體的最高溫度要超過譜線的標準溫度，這種方法對獲得的灰度值轉化為發射系數需要進行阿貝爾逆變換，阿貝爾逆變換的前提是對象物體的物理參數具有軸對稱分布，電弧弧柱區域的空間結構符合對稱化分布，但是電弧邊緣區域等離子體對稱性不好，所以采用標準溫度法診斷電弧邊緣區域的溫度誤差大，不夠精確。

相對譜線法是通過采集同種元素的兩條譜線相對強度比求等離子體溫度的方法，相對譜線法計算簡單，只需建立灰度值與輻射強度的線性關系表達式即可。目前，關于相對譜線法的研究很多，例如專利CN103968958A“一種實時測量雙射流直流電弧等離子體溫度的方法”就是通過用2個CCD相機前面加載兩個不同中心波長的濾光片，外觸發后的2個CCD相機同步采集放電圖像，將同步采集到的圖像灰度值轉化為譜線強度值，然后利用相對譜線法求解等離子體的溫度場分布。但是，該方法的影響因素比較多，首先，儀器需要進行校準，否則譜線相對響應度的偏差會造成很大的誤差。接著，譜線選取和躍遷幾率計算對診斷結果影響很大，導致診斷結果有很大的偏差。

由此可見，單純的使用標準溫度法或相對譜線法有一定的局限性，標準溫度法用于電弧弧柱區域診斷較為準確，對電弧邊緣區域診斷有一定的誤差性；相對譜線法對于電弧邊緣區域準確性較好，對于電弧弧柱區域的診斷沒有標準溫度法準確；因此，上述的方法均無法獲得較為精準的整個電弧的溫度場分布。

發明內容

本發明技術解決方案：針對現有技術存在的不足，提供一種標準溫度法和相對譜線法同步診斷等離子體溫度場的方法，解決現有整個電弧溫度場實時診斷不準確的問題，本發明介紹了一種新的診斷方法，使得標準溫度法和相對譜線法2套溫度診斷方法同步診斷、互相驗證，可以準確的得到整個電弧溫度場分布。

為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案如下：一種標準溫度法和相對譜線法同步診斷等離子體溫度場的方法，該方法所需的裝置包括：兩套單色光路即λ₁單色光路和λ₂單色光路、CCD相機和光譜儀；

所述λ₁單色光路按照光路順序包括第一凸透鏡、第二凸透鏡、第一半反射半透射型分光鏡、第一帶通濾光片、第一反射鏡、刀鋒棱鏡、CCD相機、計算機；