高温环境中基于声学信号的激光诱导击穿光谱校正方法

激光诱导击穿光谱(LIBS)信号的不确定性限制了其定量测量的能力。基于等离子体声学信号的光谱校正方法能够有效降低LIBS信号的不确定性,但仍缺乏在高温环境中的研究。在甲烷/空气预混火焰产生的高温气中,测量了不同激光入射能量下等离子体的吸收能量,并同步采集了等离子体的光谱信号和声学信号,对声学波形的正峰进行了修正,利用修正后正峰的脉冲积分强度(PII)对光谱进行了校正,有效降低了LIBS信号强度的不确定性。研究发现,在激光入射能量为80~280 mJ时,等离子体的吸收能量和激光入射能量间具有显著的线性关系,1 150和1 350 K下,线性决定系数(R^(2))分别为0.997 9和0.998 9,随着激光能量从80 mJ升高至280 mJ, 1 150和1 350 K下等离子体吸收能量的RSD(relative standard deviation)分别从33.17%和34.20%降至6.68%和6.79%。同时,在同一激光入射能量下,由于温度的升高导致了气体密度的下降,1 350 K下等离子体的吸收能量低于1 150 K的吸收能量。等离子体的光谱信号和声学信号源于等离子体内能的再分配过程,因此两者的强度与等离子体的吸收能量更为相关。高温环境中等离子体的吸收能量-光谱强度-声波正峰PII两两间具有较强的线性关系。1 150 K下,等离子体吸收能量与H 656 nm、 N 746 nm、 O 777 nm强度的R^(2)分别为0.996 1、 0.988 9和0.994 8,与修正后正峰PII的R^(2)为0.991 6;1 350 K下,等离子体吸收能量与H 656 nm、 N 746 nm、 O 777 nm强度的R^(2)分别为0.997 5、 0.977 5、 0.988 7,与修正后正峰PII的R^(2)为0.988 0。利用修正后正峰PII对光谱进行校正,当等离子体吸收能量小于100 mJ时,谱线强度波动显著较低。当入射能量为160 mJ时,1 150 K下,等离子体吸收能量为69.24 mJ, H 656 nm、 N 746 nm、 O 777 nm的RSD分别从校正前的16.14%、 21.26%、 17.24%降至校正后的8.75%、 9.15%、 8.50%;1 350 K下,等离子体吸收能量为66.92 mJ, H 656 nm、 N 746 nm、 O 777 nm的RSD分别从校正前的18.22%、 24.85%、 19.13%降至校正后的8.46%、 9.52%、 8.84%。结果表明,基于等离子体声学信号的光谱校正方法能够有效降低LIBS技术在高温环境中的测量不确定性。

往复间歇式柔性薄膜电卡器件的实验与仿真分析

基于铁电聚合物的电卡制冷技术在可穿戴、便携式、分布式热管理等场景中具备潜在应用优势。本文构建了一种高效紧凑的往复间歇式柔性薄膜电卡器件,采用铁电聚合物P(VDF-Tr FE-CFE)作为电卡材料,实现了1.6 K的温度跨度。为进一步改善器件性能,开发了一维瞬态热设计仿真平台,并基于实验结果对仿真模型的可靠性进行了验证。通过仿真计算,讨论了各设计参数对于器件温跨、制冷功率密度及性能系数的影响规律。结果表明:通过优化运行工况及材料属性,电卡器件能够在3 K的温度跨度下最高达到3 039 mW/cm2的制冷功率密度。