干扰因素下钢TIG焊电弧光谱的研究

通过对干扰因素下TIG焊电弧的光谱信息进行采集,研究了气流量变化、焊接试件表面存在锈等干扰因素对焊接过程电弧光谱分布的影响,并基于光谱分布的分析,进一步探讨了不同光谱谱段对干扰因素的反映,寻求实现焊接过程质量在线光谱测控的理论依据。研究结果表明：干扰因素在焊接电弧光谱信号不同谱段（220～300nm、300～430nm、430～520nm、530～680nm、700～900nm、900～1000nm）的分布和变化规律不同,其中220～300nm对应谱段以FeⅡ谱线的影响为主,在700～900nm对应谱段以ArⅠ谱线的影响为主,在此两个谱段干扰因素响应较明显。历史通道采集结果表明,干扰在250～350nm、700～830nm谱段,信号特征非常明显,具有很好的信噪比,并且不同干扰因素在特征谱段的反映具有自身特点,可据此对干扰因素进行分类判识。     

基于电弧光谱的钢熔化极惰性气体保护焊质量判识

通过对熔化极惰性气体保护电弧焊(MIG焊)电弧光谱分布进行采集,研究其光谱分布的基本特征,并基于光谱分布的分析,通过预设干扰因素,对不同特征谱段光谱信号随焊接过程的变化进行采集,寻求MIG焊接质量在线光谱测控的理论依据和工程实现.研究结果表明,MIG焊电弧光谱在不同谱段存在金属谱线和Ar谱线聚集区.在不同弧长下的不同熔滴过渡形态,其光谱信号在特征谱段得到明显反映,电流变化引起的焊道变宽也有很好的特征信号;不同干扰因素引起的焊接缺陷,在焊接电弧光谱信号不同谱段的分布和变化规律不同,通过对特征谱段信息的采集,可以获得关于焊接过程信息的特征信号,从而实现对MIG焊接质量的分类判识.     

基于光谱的激光—MAG复合焊耦合机理分析

采用光纤式光谱仪,对激光—MAG复合焊等离子体辐射,进行空间分布200～1100nm间光谱采集。选取特定谱段辐射积分,给出其在紫外辐射(FeII)、可见光辐射(FeI)、红外辐射(ArI)各扫描层面辐射强度分布。进一步结合高速摄像,研究激光—MAG复合焊的耦合机理。研究结果表明,激光与MAG复合后,其等离子体在焊接电弧中心位置的辐射增强(其中紫外和可见光谱段更明显),形成一个辐射梯度较大的辐射增强区。FeI、FeII对应谱段的电弧辐射区间增宽,这种现象在激光作用的电弧前沿更明显。特定谱段辐射的面分布表明,激光—MAG耦合后,辐射在熔池附近及电弧中部的辐射增强,而在电弧上部的辐射减弱。耦合后的等离子体能量分布更集中于中心部位和熔池附近,复合等离子体Fe辐射区间的增宽,也为电弧稳定提供电离通道。耦合后等离子体辐射分布,使得激光复合焊焊缝成形改善、电弧稳定性增加。     

谱线弯曲对成像光谱仪辐射信号采集的影响

为了研究谱线弯曲对棱镜色散成像光谱仪光谱辐射信号采集的影响。首先,给出探测器像元采集到的辐射能量的表达式。然后,结合复合棱镜的色散特性,在可见近红外光谱范围（400～1000nm）内,计算当光谱偏离量为0.01d、0.1d和0.5d（d为探测器像元尺寸）时系统采集到的辐射能量与没有谱线弯曲情况下系统采集到的辐射能量的归一化差值,衡量谱线弯曲下系统辐射测量的变化。结果表明：谱线弯曲引起的探测器上的光谱偏离导致系统辐射信号采集发生变化,与没有谱线弯曲的情况相比,采集到的景物辐射信号在大气吸收带的边缘出现明显的偏差,且信号的差值随光谱偏离量的增大而增大,当光谱分辨率提高时,一些较弱的吸收峰附近也会出现明显的信号偏差。对于光谱分辨率平均为10nm的成像光谱仪,谱线弯曲量应控制在0.3nm以内。     

焊接电弧紫外光谱信息的计算机采集与处理系统

以焊接电弧紫外光谱的分布特征为研究对象,研制了一套焊接电弧紫外光谱计算机采集与处理系统并开发了相关软件,实现了紫外光谱采集过程的自动化、焊接电流与电弧电压的实时监测,并在电弧物理和光谱学原理的基础上,对采集的焊接电弧紫外光谱信息进行变换和处理。     

焊接电弧紫外光谱信息的获取与分析

针对焊接电弧紫外光谱信息的研究 ,研制了一套焊接电弧紫外光谱计算机采集和处理系统。利用此系统对 TIG焊电弧紫外光谱进行了研究 ,成功地获得了不同焊接规范下的电弧紫外光谱频谱分布特征 ,并对此进行了分析     

药芯焊丝GMAW电弧光谱的研究

通过对药芯焊丝DW-100,K-71TLF,不锈钢焊丝SQ A309L和实芯焊丝W H-50-6计4种焊丝M IG焊电弧的光谱信息进行采集,基于电弧光谱分布的分析,通过对试验采集得到GM AW焊电弧光谱信息,进行了特征谱段的选取和标定,得到了DW-100、K-71TLF、W H-50-6、SQ A309L焊丝的谱线成分,分析了4种焊丝谱线成分元素的作用。并对比了实芯焊丝W H-50-6和不锈钢焊丝SQ A309L与钛型药芯焊丝K-71TLF和DW-100焊丝光谱谱线的差异。     

宽谱段空间外差干涉光谱仪

研究了基于中阶梯光栅多级衍射特性实现谱段展宽的宽谱段空间外差干涉光谱仪的基础理论和系统设计方法。阐述了宽谱段空间外差干涉光谱仪的特点,分析了仪器性能指标(光谱分辨率、光谱范围、视场、信噪比、衍射级次等)与初始光学和电子学参数(光栅、视场棱镜、成像系统、探测器等)之间的理论关系。然后,设计并搭建了宽谱段空间外差干涉光谱仪实验平台,该系统的理论光谱分辨率为0.173cm-1@16 950cm-1,光谱区为500~700nm。最后,给出了激光(543.5nm、632.8nm)、Na灯(589nm、589.6nm)、Hg灯(576.96nm、579.07nm)光源的宽谱段实验结果,其复原光谱的平均波数采样间隔为0.17cm-1;光谱复原过程中采用三角切趾函数,平均光谱分辨率为0.39cm-1。实验结果与理论设计符合良好,且复原谱各级次之间的对应关系与光栅方程确定的理论关系完全符合。     

以电弧光谱信号传感MIG/MAG焊熔滴过渡的工艺适应性

熔滴过渡控制的实现，取决于获得宽工艺适应性的熔滴过渡传感信号。通过试验，获取了熔化极气体保护焊电弧，在不同熔滴过渡形式下的光谱分布、谱线信号的时域波形和频域特征。对试验结果的分析表明，电弧光谱信号在上述诸方面均表现出对不同熔滴过渡形式的适应性，是一种有潜力的高品质熔滴过渡信号源。     

激光扫描共聚焦光谱成像系统

在激光扫描共聚焦显微成像技术基础上引入了光谱成像技术以便区分生物组织中的不同荧光成分。采用分光棱镜对荧光进行光谱展开,在光谱谱面处设置两个可移动缝片形成出射狭缝,两个步进电机带动安装其上的两个缝片设置系统在整个工作波长（400~700 nm）内的光谱带宽,其最小光谱带宽优于5 nm。用488 nm激光和低压汞灯实际测量了几条谱线对应的狭缝位置并和理论值做了比较,结果显示实际狭缝位置和理论值的差值均小于0.1 mm。在全光谱和50 μm出射狭缝（对应2.5 nm光谱带宽）对老鼠肾脏组织进行了共聚焦光谱成像实验,获得了老鼠肾脏组织中DAPI标定的细胞核图像和Alexa Fluor^®488标定的肾脏小球曲管图像,实现了对老鼠肾脏组织不同成分的区分。实验结果表明：提出的系统能够进行共聚焦光谱成像,扩大了共聚焦显微镜的适用范围。     

镍基合金中铝元素可见光谱数字化分析技术研究

使用可见光谱数字化处理系统,清晰地观测到Al元素两条电弧激发灵敏谱线,同一视场内有多条稳定的铁元素谱线可作为比较谱线使用.解决了由于Al元素两条电弧灵敏谱线位于近紫外色区,可见光谱分析工作一直使用可靠性较差的低压电火花谱线,同一视场中没有稳定比较谱线的问题.数字化技术也降低了视场定位和谱线辨识的技术难度.选择Al 394.41nm和Al 396.15nm作为分析谱线,Fe 392.79和Fe 393.03作为比较谱线,对镍基合金中Al元素可见光谱进行了分析方法研究.结果表明,可见光谱数字化分析方法能有效解决镍基合金中Al元素的定性、定量分析和牌号鉴别难题.     

焊接电弧光谱的分布特征

在试验的基础上,给出了焊接电弧光谱的频域及空间分布的测试结果,分析了焊接电弧光谱的结构。通过分析得出了ＴＩＧ焊电弧光谱空间分布的差异性和ＭＩＧ焊电弧光谱空间分布的相似性,着重指出ＭＩＧ焊电弧光谱与熔滴过渡之间存在密切关系。此外,还对焊接电弧光谱特征的应用提出了方向。     

电弧声信号与铝合金MIG焊缝塌陷的相关性

针对铝合金MIG焊过程热积累作用强容易产生焊缝突然塌陷从而导致焊接过程失败的问题,建立电弧声信号传感系统并以焊接电弧声为研究对象,运用小波分析方法研究焊接电弧声信号与焊缝塌陷的相关性。研究表明电弧声信号的能量变化与焊缝塌陷有着明显的对应关系,电弧声总能量随着焊缝开始塌陷而增加,对电弧声进行小波分解发现不同频带有着不同的变化规律。研究结果为铝合金MIG焊实时焊接塌陷缺陷的检测提供一种新型有效的方法。     

空心阴极真空电弧弧光光谱的研究

在水冷铜阳极的条件下，给出了空心阴极真空焊接电弧弧光光谱的频域及空间分布的测试结果，分析了不同电流情况下电弧的光谱特征，为空心阴极真空焊接电弧研究提出了方向。     

风廓线雷达对一次强降水过程的探测研究

文章利用位于北京房山地区的边界层风廓线雷达,对发生在2014-09-01~02的一次强降水过程进行了探测实验研究,结果表明:风廓线雷达可以较好地描述降水期间的水平风场变化,能够清楚地显示出锋前暖区降水、锋面降水过程中低层和高层的典型风场特征;谱参数、回波强度及其谱密度分布在融化区内的变化特征呈现出降水粒子由固态向液态的转化,可以清楚显示出融化层的位置,约2 900~3 900m;谱参数、回波强度及其谱密度分布随时间的变化趋势与降水有较好的对应关系,反映了降水强度的变化;降水期间C2n随时间的变化趋势反映了在该时段内的降水变化,C2n随时间的增大、减小与降水的发生、发展和结束有较好相关性。     

用离轴峰值法测定氩等离子体电弧的温度分布

用离轴峰值法测定等离子体电弧中的温度分布,只需测定一条谱线的归一化发射系数分布。在较高的温度下,测量精度优于谱线相对强度法。此法应用时有一定的温度下限,对于氩等离子体电弧,其中心最高温度必须超过氩原子谱线的正态温度(约15×10~3K)。实验测得了氩等离子体电弧的径向温度分布。以ArI4510,ArI6965谱线分别测得的温度分布基本吻合。     

近红外光谱用于过程分析

1 近红外光谱分析技术的崛起 近红外光是介于可见光和中红外光（常称作红外光）之间的一个波段（700～2550nm）,当一束复合光穿射样品后,如果被照射样品的分子选择性地吸收某些波段的光,则产生吸收光谱。吸收光的频率与分子自身的振动能态有关。已知在700～2550nm范围内的近红外光谱带对应于分子基频振动的倍频和组合频,其吸收信号弱,谱带宽,重叠严重,但与有关化学基团是密切相关的。     

超光谱成像仪的精细光谱定标

为了精细标定棱镜色散超光谱成像仪1024×80光谱像元的中心波长和响应带宽,建立了一套光谱定标装置,提出了实现1nm光谱定标精度的定标方法。首先,介绍了产生谱线弯曲与谱线倾斜的原因,确定了精细光谱定标的方法和数据处理算法;然后,利用光谱定标装置测定了全部光谱响应像元的离散单色光响应值,利用高斯方程拟合了相对光谱响应曲线;最后,建立了中心波长矩阵表和带宽矩阵表,采用多项式拟合算法确定了空间视场像元的色散方程和光谱通道谱线弯曲方程,实验测定了温度变化谱线漂移结果。另外,还对光谱定标精度对辐射定标精度的影响进行了分析。光谱定标结果表明:超光谱成像仪的光谱定标精度达到了±1nm,各谱段带宽平均为8.75nm;色散方程及谱线弯曲与设计结果相符,谱线弯曲值为14～19nm,平均值为17nm;1nm的定标精度对辐射定标精度的影响分别小于1%(3000K黑体)和0.25%(6000K黑体),满足超光谱成像仪1nm光谱定标精度的要求。     

基于近似熵的短路过渡焊接规范分析

介绍非线性参量近似熵的理论及算法,提出由近似熵的角度去分析短路过渡弧焊稳定性的思想,对指导实际焊接过程时的规范选择有参考作用.在焊接参数均满足匹配条件下,采集短路过渡的弧焊电流信号,对该电流信号的近似熵进行计算,结合传统的最佳电弧的理论认识,通过比较不同规范下近似熵的大小和近似熵的标准方差,探索得出近似熵与稳定性的规律.结果表明最佳的焊接规范具有近似熵较大,标准方差较小的特征,且在最佳的焊接规范中标准方差最小就对应着最佳电弧.     

基于小波消噪与LMD的埋弧焊交流方波电弧信息提取

埋弧焊交流方波电弧电信号存在畸变,影响焊接过程电弧稳定性和焊缝成形质量,针对于此,在对采集的埋弧焊交流方波电弧电流信号进行小波包降噪后,利用局部均值分解(local mean decomposition,LMD)对电弧电流信号进行自适应分解,获得若干个具有真实物理意义的PF(product function)分量,并对PF分量集进行Hilbert变换及能量熵计算。结果表明,利用小波消噪与LMD能有效得到埋弧焊交流方波电流波形畸变的不同频率成分及其幅值在时间特征尺度上的变化特征,在此基础上通过Hilbert变换及能量熵计算可以有效提取反映焊接过程电弧稳定性和焊缝成形质量的电弧特征信息。