基于小波变换的Stark展宽算法的优化研究

为了提升Stark展宽计算等离子体电子密度的准确性,基于小波阈值去噪处理方法,对EAST氘原子光谱信号进行了处理,以信噪比(SNR)和均方根误差(RMSE)作为滤波效果的评价依据,通过对比确定了最优小波基db4,最优小波分解4层。根据噪声估计值计算适合的阈值参数进行信号重构,并将经过去噪处理后的数据应用到后期Stark展宽算法计算等离子体密度的分析过程中。结果表明,小波硬阈值去噪能够有效提高光谱信号信噪比、降低均方根误差,在消除光谱信号中噪声的同时,最大程度保留了有用的光谱细节特征信息,进而有利于光谱数据的建模效果,获得更为准确的等离子体电子密度。

基于Hβ线和Ag特征谱线Stark展宽的火花放电辅助增强激光诱导击穿等离子体电子密度测量

在火花放电辅助增强激光诱导击穿光谱技术中利用Ag特征谱线的Stark展宽作为指向,对等离子体电子密度进行了准确测量。采用纯银针作为放电电极,以含氢无机盐磷酸二氢钾为样品,根据Hβ线的Stark展宽确定了不同放电条件下的等离子体平均电子密度,并绘制了Ag Ⅰ 520.91 nm Stark展宽与电子密度相对应的校正曲线。结果表明二者有很好的线性相关性,线性拟合度为0.982。在采用银放电电极的火花放电辅助增强激光诱导击穿光谱技术中,分析不含氢样品时可以利用Ag原子谱线的Stark展宽间接确定等离子体电子密度,为火花放电辅助增强激光诱导击穿光谱技术中进行等离子体电子密度分析提供了新的途径。

傅里叶变换法计算焊接电弧光谱Stark展宽研究

利用电弧光谱,采用Stark展宽法计算电子密度是测量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谱线中分离出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量电弧温度,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,变化范围在1.21×1017～1.58×1017 cm-3之间;在径向,电子密度随离轴距离的增大而降低,在靠近钨极区域具有离轴最大的性质。

基于Stark展宽的TIG焊接电弧三维电子密度测量研究

焊接电弧三维电子密度的测量对于焊接质量控制具有重要意义,通过光谱仪采集电弧弦方向特征谱线轮廓,利用多项式拟合对径向采集数据进行降噪及平滑处理,通过Abel逆变换法重新构建径向光谱发射系数谱线轮廓,采用傅里叶变换从重建光谱轮廓中分离出Lorentz线形,获得Stark展宽,最终计算了TIG焊电弧等离子体电子密度的三维空间分布。

准分子激光诱导铅等离子体中谱线Stark展宽时空特性研究

测定了激光诱导铅等离子体中铅原子和离子谱线Ｓｔａｒｋ展宽的时间演化特性以及与缓冲气体压力之间的关系，由此计算得到了等离子体中电子密度的时间演化特性及其与缓冲气体压力之间的关系，实验结果表明，由不同的金属固体材料产生的激光等离子体的动力学性质差异很大。

基于原子光谱Stark展宽高压放电等离子体电子密度计算

基于原子光谱Stark展宽法是计算等离子体电子密度最主要的方法之一,然而该方法计算步骤复杂、参量繁多,常常采用简化方法进行计算。针对特定谱线的简化处理可能会显著影响电子密度的计算结果。为提升计算的准确性,该文基于非简化和细致的Stark展宽计算原理设计和开发等离子体电子密度分析方法和程序。基本思路是采用复误差函数从光谱的Voigt线型反卷积分离Gaussian展宽和Lorentzian展宽,基于谱线和环境参数计算各个展宽后分离出Stark展宽,从而获得相应条件下的电子密度。通过上述方法,计算微波等离子体射流、脉冲介质阻挡放电和脉冲火花放电的电子密度分别为10^(14)、10^(15)和10^(17) cm^(−3)量级,并选择不同谱线交叉验证发现不同放电形式时电子密度计算的准确性差异较大。通过误差分析发现温度、气压等环境参数和原子秉性对电子密度估算均有影响,而考虑范德瓦尔兹展宽可显著提升电子密度计算的准确性。

使用斯塔克展宽计算大气压射频介质阻挡放电氮气等离子体的电子密度

大气压射频等离子体是近几年发展起来的一种新型非平衡等离子体。以氮气掺杂少量氩气为放电气体,实现了大气压射频介质阻挡放电。利用发射光谱对放电进行在线诊断研究,并分析谱线线型,从中分离出谱线的Stark线型,从而计算出放电通道的电子密度。研究了单个放电通道中电子密度的空间分布并测量了通道同一位置的电子密度随放电输入功率的变化。结果显示,在放电通道中部,当放电输入功率由138W增加至248W,电子密度由4.038×1021 m-3升高至4.75×1021 m-3。

缓冲气体对激光等离子体光谱特性影响的实验研究

准分子激光 (波长 :30 8nm ,脉宽 :10ns)诱导Al等离子体。详细研究了缓冲气体对激光等离子体光谱特性的影响 ,测量了不同延时下激光诱导Al等离子体的电子温度和不同缓冲气压下光谱线的Stark展宽并由此计算了等离子体的电子密度 。

Al激光等离子体电子密度的空间分辨诊断

采用20μm的狭缝配平面晶体谱仪构成空间分辨光谱测量系统,对Al激光等离子体的K壳层发射谱进行测量。利用Al的Lyα线谱的翼部Stark展宽效应推得电子密度空间分布轮廓,建立了翼部Stark展宽法测量高密度等离子体电子密度的诊断技术。

激光诱导Al等离子体发射光谱特性的实验研究

本文从实验上研究了不同缓冲气体(He,Ar,N2和Air)中激光Al等离子体的时间分辨发射光谱,研究了原子发射谱线的强度和Stark展宽随延时、缓冲气体性质和压力变化的规律。结果表明原子谱线的强度在3μs左右达到最大值,随着延时的增加,谱线的Stark展宽减小,而缓冲气体压力的增大导致谱线的Stark展宽增大,在实验测定的四种缓冲气体中,Ar气体中谱线的Stark展宽最大。

小尺寸等离子体电子密度原子发射光谱诊断

发射光谱法诊断技术作为一种"非接触式诊断技术",其响应时间快,分辨率高,可以满足小尺寸等离子体电子密度诊断的要求。本文综述了H谱线Stark展宽法、非H谱线Stark展宽法和Saha方程法测量电子密度的原理及近年来在小尺寸等离子体的电子密度诊断中的应用。

μ-PPT等离子体电子密度氢光谱诊断技术

为了能够表征推进剂烧蚀产物的有效加速度及推进剂利用率,需要更准确地测量等离子电推力器(PPT)内等离子体的基础状态参数(电子密度、电子温度),提出了基于光谱线Stark加宽分析,提高PPT放电通道内等离子体电子密度诊断精度的一种方法。针对来自于推进剂的C原子谱线,测量线型函数和半高全宽(FWHM),可以计算电子密度,但要求等离子体电子密度需足够高。当电子密度低于10^(16)cm^(-3),此方案的测量可靠性便显著降低。为此,提出了通过向放电空间引入微量含氢气体作为示踪剂,测量H原子谱线线型和半高全宽进而诊断电子密度的技术方案。相比于C原子谱线诊断方案,氢方案可以大幅度提高电子密度测量下限至10^(13)cm^(-3),因此能够显著改进电子密度测量准确性和可靠性。

高气压微波氢等离子体发射光谱诊断

在2.45GHz,800W级的高气压微波等离子体放电系统中,通过测量不同微波功率和放电气压下氢等离子体的Balmer线系的发射光谱,从测量的谱线总展宽中卷积去掉具有高斯线形的Doppler展宽和仪器展宽得到谱线的Stark展宽,并通过Stark展宽测量氢等离子体的电子数密度和电场强度。结果表明:等离子体的电子数密度和电场强度随着放电气压的升高都是先增大后减小,随着微波功率的增加呈现逐渐增大的趋势。微波功率为800W时,气压在25kPa时电子数密度和电场强度都达到最大值,等离子体的电子数密度和内部的电场强度分别为3.55×1012cm-3及4.01kV/cm。

大气压微等离子体射流电子密度研究

采用微空心阴极放电装置,利用光学方法和电学方法研究了大气压流动Ar和N2混合气体中产生的微等离子体射流特性。研究发现,随着电源输入功率增大到一定数值,微空心阴极装置中两个电极间气体发生击穿,通过击穿气隙气体的流动会沿着气流方向产生最大为4 mm的等离子体射流。放电电流为准连续的脉冲放电形式,其中放电电流脉冲宽度约为0.1μs。分别利用爱因斯坦方程和等离子体发射光谱中谱线的Stark展宽方法计算了电子密度。结果发现,2种计算方法得出的微等离子体射流的电子密度均在1015.cm-3的量级。研究还发现,功率对微等离子体射流电子密度影响不大。利用气体击穿理论,对以上结论进行了定性分析。

覆冰表面的交流电弧发射光谱特性

覆冰会降低绝缘子的电气性能,严重情况会导致绝缘子闪络和电网的大面积停电。文中从电弧本身状态量去研究闪络过程中的电弧特性,通过试验用光谱仪采集电弧在冰面传播的光谱信息,对获得的谱线进行分析和标识,利用谱线相对强度法,计算了冰面电弧的激发温度;通过分析Hα谱线的Stark展宽,得到了冰面电弧的电子数密度。研究结果表明:冰面电弧等离子体光谱信息中含有丰富的特征谱线,它是冰面粒子和空气粒子电离共同作用形成的;随着电弧的传播,电弧的激发温度并没有明显的变化,主要在(6 000±600) K范围内变化,电弧的电子数密度呈增大趋势,并在闪络时候达到最大值1.9×1017 cm-3。

小尺寸瞬态等离子体电子密度光谱法试验研究

本文对SCB等离子体发射光谱进行了试验研究,在局部热力学平衡条件下,用Al I 394.40nm谱线Stark的展宽法测量了SCB等离子体的电子密度;在发射光谱和Saha方程理论的基础上,设计并建立一套测试仪器,时间分辨率为0.1μs,将其测量的电子密度与同种试验条件下的Stark展宽法得到的结果相比较,电子密度的数量级都为10^(15)cm^(-3)～10^(16)cm^(-3),且随时间的变化的规律相同.

气体-液体两相放电低温等离子体的光谱诊断

基于介质阻挡放电工作原理,设计了气体-液体两相放电装置。采用发射光谱诊断技术,结合Stark展宽理论,系统研究了工作电压、气体流量、液体高度等参数对气体-液体两相放电发射光谱及电子密度的影响规律。结果表明,氢氦混合气-生物油两相界面放电时,氢发射光谱特征谱线Hα强度最高,而巴耳末系的另外三条特征谱线未检出,放电低温等离子体的电子能量介于12.09-12.75 e V间;氢发射光谱α特征峰强度和电子密度随工作电压的增加而增加,随气体流量、液体高度的增加而减小。

同轴枪脉冲放电等离子体输运过程中密度变化的实验研究

同轴枪放电等离子体具有密度高、输运速度快等特点,在核物理、航天工程等领域具有广阔的应用前景,已成为国际前沿研究热点.同轴枪中的等离子体密度是反映其应用特性的重要参数之一,因此等离子体密度在输运过程中的变化对理论研究和实际应用都具有重要意义.利用发射光谱法测量了H_β谱线的Stark展宽,从而计算出同轴枪放电等离子体密度在输运过程中的变化.结果显示,当电源注入能量为1.08 kJ、同轴枪内空气气压为4.0Pa时,等离子体密度在输运过程中不断增加;相同能量注入条件下,当同轴枪内空气气压增加至10 Pa时,等离子体密度在输运过程中出现了先增加后减小的趋势;当电源的注入能量达到7.68 kJ时,等离子体密度在10 Pa气压条件下输运时也出现了一直增加的现象.此外,当同轴枪内的工作气体变为氩气时,在注入能量为1.08 kJ、枪内气压4.0 Pa条件下,等离子体密度在输运过程中一直减小.

弓网电弧温度及导电特性的光谱分析

高铁提速受多方面因素制约,其中弓网离线对受流质量影响很大。在滑动接触模式下,受电弓与接触网的磨损均很严重。弓网离线产生的电弧是造成接触网和受电弓磨损的主要原因之一。电弧温度高,还具有电离特性,因此一般的传感器无法置于电弧中测量。光谱分析法在研究弓网电弧的温度及电子密度方面具有明显优势,基于此可进一步寻找耐磨损的新材料或者灭弧方法。因接触网使用铜合金材料,故选取铜元素特定光谱作为研究对象。采用Boltzman作图法,通过实验测得弓网电弧的光谱信息,进而计算电弧通道的温度。结果表明,由于单次电弧持续时间短又受弓网相对运动的影响,其温度并不很高,且电弧温度随着电弧持续时间的增加而增加。采用盲目反卷积的方法求解307.92nm谱线的Stark展宽,再根据Stark展宽求得电弧的电子密度,结果表明弓网电弧通道的电子密度和其他种类电弧电子密度在同一数量级上;说明电弧引起的粒子电离效应明显。由此可知光谱法在电弧温度及电弧电离特性的分析中是较为方便和准确的。

发射光谱法测量空气直流电弧温度分布与电子密度

利用光谱诊断系统对空气直流电弧等离子体的发射光谱进行了测量。以CuⅠ波长在510.5 nm、515.3 nm、521.8 nm的3条谱线作为特征谱线,使用多谱线斜率法和Stark展宽法分别计算求得等离子体的电子温度和电子密度,并得到了直流电弧等离子体电子温度的空间分布规律。