第34卷，第2期 2014年2月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.34,No.2.pp289-292 February2014
激光等离子体无源电探针探测及光谱诊断的比较分析
刘桐"，杨立军12*，王立君12，王浪平
1.天津大学材料科学与工程学院，天津300072
2.天津大学天津市现代连接技术重点实验室，天津300072
3.哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室，黑龙江哈尔滨150001
摘要提出一种利用无源电探针探测激光焊接光致等离子体的方法。采用光电同步采集系统对激光焊接光致等离子体进行研究，利用无源电探针和光纤式光谱仪探测光致等离子体，利用等离子鞘层理论分析电信号，并运用相对光强法计算出光致等离子体的电子温度，比较同步光电信号分析结果。将不涂覆表面物质以及表面分别涂覆KF和T0三种情况下的计算结果进行对比，对影响结果准确性的因系进行分析。研究结果表明通过无源探针法计算等离子体温度与光谱信号计算结果基本吻合，准确度受等离子体离子质量的影响。无源电探针法能够反映激光焊接光致等离子体内温度变化，具有较好的实时性，可以作为激光等离子体监测手段。
关键词无源电探针：光谱诊断；光致等离子体；电子温度
中图分类号：TG403
引言
文献标识码：A
D0I: 10. 3964/i- issn. 1000-0593 (2014 )02-0289-04
一种有源探针，适合稳态等离子体的检测。在同时应用光电检测手段方面，有学者用于稳定等离子体的检测，指出了两种信号分析结果互相对照的优越性了；也有学者采用高时
微光等离子体是激光焊过程中重要的物理现象，包含了温度、密度等大量有关焊接过程的物理信息，这些信息直接或间接地反映出焊接过程的变化。Sebestova等认为等离子体温度可以反映焊接熔深的大小。肖荣诗等也指出激光等离子体对激光能量的散射作用。可见，研究激光等离子体是非常必要的。研究微光等离子体的方法有多种，，其中光谱诊断法是较为成熟的方法，为众多研究人员所采用[4-6]。
然而光谱诊断无论是宽频谱还是窄频谱都是频域检测：而非时域检测；即使进行连续光谱检测，其连续检测的速度与时间精度也会受到光谱仪的扫描积分时间、检测精度，无其是光谱数据判读与处理时间的限制，不利于实时监控。高精度高分辨率的光谱检测是全面认识等离子体热力学特征的基础，也意味着仪器成本、光学装置匹配精度的高要求以及光谱谱图判读分析与数据处理时间的延长，
本工作将提出一种电探针探测方法，以等离子体鞘层理论探测等离子体温度，并与光谱诊断结果比较分析。使用电探针检测等离子体的方法以Langmuir探针应用最广，这是
收稿日期：2013-04-26，修订日期：2013-06-28
空分辨率的光电检测手段进行瞬态激光光致等离子体的研究。本工作采用无源探针和所建立的光电同步检测系统9，进行同步光电检测。利用无源电探针实时检测具有波动性的激光等离子体电信号，依据等离子鞘层理论计算等离子体温度，可以连续实时反映等离子体内温度的变化，又可以做为时间参照，在此基础上研究空间光谱检测丰富的信息内容，同步的光谱探测诊断结果也可以作为验证的依据，
实验部分 1
焊接光电同步采集系统如图1所示，激光焊实验采用 JK2003SM型Nd：YAG激光器，激光波长1.06um，聚焦透镜焦距300mm
光谱信息采集使用AvaSpec-2048（USB1)型光纤光谱仪，波长范围200～800nm，光谱仪附有数字式1/0接口，可以提供外触发功能，此功能对实现多信号同步采集提供了方便。光谱仪外部发采样的触发方式为TTL脉冲上升措触
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连接国家重点实验室项目（AWPT-M12-08)资助
作者简介：刘桐，1987年生，天津大学材料科学与工程学院博士研究生
*通讯联系人e-mail：yljabc@tju.edu,cn
e-mail : liutong@ tju, edu. cn