[发明专利]一种电弧光谱同步实时扫描线性多通道采集装置

说明书

本发明公开了一种电弧光谱同步实时扫描线性多通道采集装置，包括电弧电流采集传感器，光谱成像系统，光谱采集平台，运动控制器，光谱仪，光谱时序检测与触发电路，线性阵列光纤和计算机；其中，电弧电流采集传感器通过信号线与光谱时序检测与触发电路相连接，并采集电弧电流信号，光谱时序检测与触发电路与光谱仪的外部触发接口相连接，光谱仪的光谱信号端通过信号线与计算机相连，并将光谱仪采集到的光谱信号输入计算机；光谱时序检测与触发电路分别与运动控制器相连接，运动控制器与光谱采集平台的运动电机相连接，线性阵列光纤的一端固定在光谱采集平台的光纤支架上，另一端固定在光谱仪的入射狭缝入口。

技术领域

本发明涉及电子测量与控制领域，尤其涉及一种电弧光谱同步实时扫描线性多通道采集装置。

背景技术

焊接等离子体包含着丰富的信息，因此被广泛用于研究等离子体物理以及实时监控焊接过程。等离子体的温度、电子数密度很难利用直接测量的方法获得，往往需要通过对辐射光谱的诊断获得光谱信息。因此，在对等离子体的研究中，获得可靠的光谱信息十分重要。

对焊接过程中等离子体的光谱诊断中，因为电弧等离子体在空间不同位置和不同时刻的温度、电子密度也十分重要。所以不仅需要采集等离子辐射光谱的频域信息，也需要获得完整的空间与时域信息。现有技术中，有研究人员将等离子体看作一个均匀的辐射体，通过单根固定的单芯光纤采集辐射光谱进行诊断，这时候采集的光谱不能客观地反映等离子体的空间信息，难以对等离子体的空间分布规律进行深入的研究。

为了研究等离子体的空间分布规律，研究人员通过电机驱动光纤探头，利用单芯光纤逐点采集等离子体平面内的辐射光谱，这种逐点采集的方法采集速度慢，所需要的时间长，由于等离子体辐射波动性具有较大的误差。另外对光谱的时域信息采集时，只能采集等离子某一点辐射的光谱信息，无法同时对多个点的等离子体辐射进行同步采集以及研究。

另一种方法，利用光学成像镜组将电弧等离子体投影在多通道光谱仪(MDA)的狭缝上，利用狭缝取光，从而同时获得一条线上光谱信息。这种方法可以通过驱动成像镜组获得一个平面内的等离子体光谱。但这种方法需要的反射镜组过于复杂，并且等离子体辐射经过多组反射镜折射后光强衰减严重，通过这种方式得到的辐射光谱的信号强度往往较弱。

而在采集光谱的动态时域信息时，通过装有数据采集卡的工业计算机对电压信号进行采集，并用Labview软件对满足条件电弧状态进行同步触发。这种同步触发的方式设备投入大，方法复杂。同时文献仅对电弧信号处于峰值状态和基值状态时输出触发，因此这种方法具有局限性。

文献《CO₂激光+脉冲GMAW复合焊接等离子体行为及熔滴过渡控制研究》利用逻辑判断电路的方法对电弧状态为峰值状态、基值状态以及负电流状态进行判断，并自动发生触发脉冲信号，得到对应的光谱信息。但这一种方法不具有可编程性，灵活性低，无法针对脉冲电弧等离子体的在峰值状态与基值状态的任意瞬态触发光谱仪采集。

综上所述，现有的以逐点采集的方法采集速度慢，所需要的时间长，由于等离子体辐射波动性具有较大的误差。另外对光谱的时域信息采集时，只能采集等离子某一点辐射的光谱信息，无法同时对多个点的等离子体辐射进行同步采集以及研究。而现有的成像狭缝取光法需要的反射镜组过于复杂，并且等离子体辐射经过多组反射镜折射后光强衰减严重，通过这种方式得到的辐射光谱的信号强度往往较弱。

现有的技术在对平面电弧进行同步实时采集时，仅对电弧信号处于峰值状态和基值状态时输出触发，无法针对脉冲电弧等离子体的在峰值状态与基值状态时的任意瞬态触发光谱仪采集，因此这种方法具有局限性。

在对电弧辐射分析研究的过程中，我们希望得到电弧处于不同状态时任一时刻的时域信息；同时为了研究电弧在空间上的分布状态，我们期望同一时刻对同一水平线上分布的不同位置的电弧光谱信息进行采集和比较分析，并能实现对整个电弧平面内的光谱信息在尽量短时间内的动态扫描。