第32卷，第7期 2012年7月
谱学
与光谱
分析
光
saeaeaso
Vol.32,No.7.pp1739-1743
July，2012
傅里叶变换法计算焊接电弧孤光谱Stark展宽研究
肖笑1.2
潘成刚1.2，华学明1.2，张旺1.2，李芳1.2，肖
1.上海交通大学材料科学与工程学院焊接工程技术研究所，上海200240 2.上海市激光制造与材料改性重点实验室，上海200240
摘要利用电弧光谱，采用Stark展宽法计算电子密度是测虽等离子体电子密度最有效、最准确的方法。而如何从众多展宽机制复合的请线中分离出Stark展宽是应用Stark展宽法的难点。利用傅里叶变换从测得的光谱线形中分离出Lorentz线形，从而准确获得Stark展宽，并且计算了TIG焊电弧等离子体电子密度的分布。这种方法不需要准确测其电弧温度，不需要测量仪器展宽并且对数据有去噪作用。计算结果表明：在轴线上，TIG焊电弧电子密度随着离钨极距离的增大而减小，变化范用在1.21×10～1.58×10"cm"之
间；在径向，电子密度随离轴距离的增大而降低，在靠近钨板区域具有离轴最大的性质。关键调焊接电弧；电子密度；Stark展宽；傅里叶变换
中图分类号：TG403
引言
文献标识码：A
DOI: 10. 3964/j. issn, 1000-0593(2012)07-1739-05
②也有很大误差，而方法③仅是一种近似方法也缺乏准确性。对于方法②，(③和存在另一个主要向题，就是Doppler 展宽的计算需要先准确计算出等离子体温度，而温度计算受
如何准确探测焊接电强的物理参数如温度、电子密度等，是近年来焊接理论研究领域的热点。国内外众多学者利用等离子体光谱对等离子体电子密度进行了研究。在测最电弧电子密度方面主要有两种方法：（1）Saha方程法；（2） Stark展宽法。Saha方程法需要准确计算出湿温度分布，面且受到局部热力学平衡(LTE)条件的限制，不能测量整个电渠电子密度。Stark展宽法不受LTE状态限制，应用范围广，但是光谱仪测得的光谱并不是只有Stark展宽（呈Lorentz分布)，而是多种展宽机制复合面成，呈Voigt两数分布。目前从复合的Voigt函数分布中分离出Stark展宽的方法有：① 只考虑Stark展宽，直接用Lorentz两数拟合求出半高宽(I-s)]，②考虑3种展宽机制：Stark展宽，Doppler展宽、仪器展宽。采用直接减的方式进行处理刀，③用Voigt函数拟合，在拟合过程中先固定Gauss部分，然后拟合出Lorentz部分，④用Voigt函数拟合的半高宽直接作为Stark展宽"。 ③直接用Voigt函数拟合，采用近似公式进行处理0.1)
虽然Stark展宽在谱线展宽中占据主导地位，但是在高温区Doppler展宽会比较明显；在低显区，Stark展宽和 Doppler展宽都会减小，而仪器展宽不变，仪器展宽所占比例就会上升。所以采用方法①和④进行处理会造成很大误差。由于谱线展宽并不是各机制线性叠加的，所以采用方法
收稿日期：2011-12-21，修订日期：2012-03-18
基金项目：国家白然科学基金重点项目(51035004)资助
作者简介：潘或阴，1987年生，上海交适大学材料学院碳士研究生方方数据
到LTE状念的限制，并且精确计算也比较困难。鉴于以上分析，研究一种既不需要先精确计算温度又充分考虑各展宽机制的处理方法来计算Stark展宽，即基于傅立叶变换的Stark 展宽计算法。
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Stark展宽法测量等离子体电子密度的原理
正在发射光子的粒子由于受到周開带电粒子的影响造成
的谱线增宽现象叫Stark效应[]。而这一展宽主要取决于等离子体的电子密度，与温度的关系不大。更重要的是，Stark 展宽与等离子体是否处于局部热力学平衡状态(LTE)无关，这就极大的扩展了其应用范图(13.14，
光谱仪测得的等离子体光谱是由自然展宽、仪器履宽、 Doppler展宽、Stark展宽、共擦展宽和范德瓦尔展宽等多种展宽机制复合而成(15)。其仪器展宽、Doppler展宽和Stark 展宽在谱线线形中占据绝对主导地位，而其他展宽都可以忽略。对于仪器展宽，由于受到仪器分辨率的响，一般由测量标准光源谱线宽度的方法估测。对于Doppler展宽，在求出温度T局由公式求出，
对于类复类原子，Stark展宽仅由电子密度成商单雨数 e-mail; panchenggang_hit126, com