一种基于激光诱导击穿光谱技术的表面粗糙度测量方法技术

技术编号:19774658 阅读:37 留言:0更新日期:2018-12-15 10:07
一种基于激光诱导击穿光谱技术的复合材料表面粗糙度测量方法,包括:S1、准备材料相同或相近但表面粗糙度不同的复合材料样品,并得到各样品的表面粗糙度;S2、使用激光诱导击穿光谱方法,用脉冲激光光束照射各复合材料样品的表面,获得等离子体特征光谱数据;S3、建立等离子体特征光谱数据与对应粗糙度的定标关系;S4、使用激光诱导击穿光谱方法,用脉冲激光光束照射待测复合材料的表面,获得对等离子体特征光谱数据;S5、根据S4得到的等离子体特征光谱数据,利用步骤S3得到的定标关系,确定待测复合材料的表面粗糙度。利用本方法可以对复合绝缘材料进行远程、带电的现场测试,快速获得精确的复合材料表面粗糙度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光诱导击穿光谱技术的表面粗糙度测量方法
本专利技术属于材料表面粗糙度测量技术,具体涉及一种基于激光诱导击穿光谱技术的表面粗糙度测量方法。
技术介绍
目前测量材料表面粗糙度最常用的方法利用探针接触式的粗糙度测试仪进行测量,测量过程中需要将仪器放置于样品表面,且需保证表面较为平整。对于一些难以进行接触式测量或者材料表面不规则的情形,如高压输电线路的复合绝缘子,其表面粗糙度是表征材料老化的重要特征量之一,材料老化会威胁电力系统的正常运行。而这些传统手段无法提供现场在线测量,它们需要在线路停电期间进行绝缘子采样,属于破坏性测量。激光诱导击穿光谱技术(Laser-induceBreakdownSpectroscopy,简称LIBS)是通过将脉冲激光聚焦到待测样品表面进行烧蚀,从而产生等离子体,等离子体冷却时发出与元素含量有紧密联系的特征光谱,利用光谱仪采集特征光谱,可以实现对样品的成分分析。
技术实现思路
本专利技术主要是针对用传统方法如粗糙度测试仪等测量复合材料表面粗糙度时,需要在线路停电期间进行绝缘子材料采样,需要与样品接触、且需保证样品表面平整等不足之处,提出一种基于激光诱导击穿光谱技术的表面粗糙度测量方法,可以进行远程、带电的现场测试,快速而精确地测量复合材料表面粗糙度。为实现上述目的,本专利技术采用以下技术方案:一种基于激光诱导击穿光谱技术的复合材料表面粗糙度测量方法,包括以下步骤:S1、准备材料相同或相近但表面粗糙度不同的复合材料样品,并得到各样品的表面粗糙度;S2、使用激光诱导击穿光谱方法,用脉冲激光光束照射各复合材料样品的表面,获得各样品表面粗糙度对应的等离子体特征光谱数据;S3、建立相同或相近材料的不同粗糙度表面烧蚀产生的等离子体特征光谱数据与对应粗糙度的定标关系;S4、使用激光诱导击穿光谱方法,用脉冲激光光束照射待测复合材料的表面,获得对应于待测复合材料表面粗糙度的等离子体特征光谱数据;S5、根据待测复合材料表面产生的等离子体特征光谱数据,利用步骤S3得到的等离子体特征光谱数据与对应粗糙度的定标关系,确定待测复合材料的表面粗糙度。步骤S1中,各样品的表面粗糙度通过粗糙度测试仪测量得到或非通过粗糙度测试仪得到。步骤S1中,在每个待测表面上标记具有预定间距的多对点,利用粗糙度测试仪在每对点所连成的线段上进行测量,记录相应的粗糙度值;步骤S2中,在每个线段上均匀地选取多个点进行激光诱导击穿光谱测试,得到对应的光谱数据。所述等离子体特征光谱数据包括谱线强度或等离子体参数。步骤S3中,所述定标关系利用多元回归、单变量拟合、偏最小二乘法或神经网络方法建立。步骤S3之前对所述等离子体特征光谱数据进行预处理,包括去背景、归一化、谱线与元素匹配中的一种或多种。步骤S3中,以选定的两种元素的谱线强度比值作为自变量,粗糙度为因变量,进行多元回归,得到光谱数据与粗糙度的定标关系。所述两种元素的谱线包括具有设定的高信噪比的第一元素的原子谱线和能级相对于所述第一元素的原子谱线在设定接近范围内的第二元素的原子谱线。所述两种元素包括Si和Al。一种复合材料老化程度检测方法,使用所述的复合材料表面粗糙度测量方法测量复合材料的表面粗糙度,通过所述表面粗糙度表征材料的老化程度,从而确定被测复合材料的老化程度。本专利技术的有益效果:本专利技术利用在激光能量不变的情况下,材料的表面粗糙度会影响材料对激光能量的吸收过程,导致光谱信号也发生改变的原理,通过建立同一或相近材料不同粗糙度表面受脉冲激光烧蚀产生的LIBS信号与对应表面粗糙度的定标关系,实现通过激光诱导击穿光谱技术对复合材料表面粗糙度的测量。具体地,本专利技术利用激光诱导击穿光谱技术,将高能脉冲聚聚焦到同种材料不同粗糙度表面上进行烧蚀,产生等离子体,利用光谱仪采集对应于不同表面粗糙度的等离子体特征光谱数据,建立光谱信息与粗糙度的函数关系,得到定标曲线,再对粗糙度未知的同种材料进行LIBS测量,从而可以利用定标曲线得到烧蚀点表面的粗糙度。本专利技术可应用于对现场的远程、带电的复合绝缘材料表面进行粗糙度测量,快速地判断复合绝缘材料如绝缘子材料的表面粗糙度,获得其运行状态。相比现有的检测方法和仪器,本专利技术的方法具有无需特别取样,操作方便,分析速度快的优点,可以在停电检修期间对杆塔的多个绝缘子串和单支绝缘子的多个伞裙进行表面粗糙度检测,并借助表面粗糙度的测量结果判断其老化程度。通过本专利技术的应用,可以快速判定输电线路复合绝缘材料的表面粗糙度及老化程度,根据实际情况进行器件的更换或者维护,保证电力系统的安全运行。附图说明图1为本专利技术基于激光诱导击穿光谱技术的复合材料表面粗糙度测量方法一种实施例的流程图。具体实施方式以下对本专利技术的实施方式作详细说明。应该强调的是,下述说明仅仅是示例性的,而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。参阅图1,在一种实施例中,一种基于激光诱导击穿光谱技术的复合材料表面粗糙度测量方法,包括以下步骤:S1、准备材料相同或相近但表面粗糙度不同的复合材料样品,并得到各样品的表面粗糙度;S2、使用激光诱导击穿光谱方法,用脉冲激光光束照射各复合材料样品的表面,获得各样品表面粗糙度对应的等离子体特征光谱数据;S3、建立相同或相近材料的不同粗糙度表面烧蚀产生的等离子体特征光谱数据与对应粗糙度的定标关系;S4、使用激光诱导击穿光谱方法,用脉冲激光光束照射待测复合材料的表面,获得对应于待测复合材料表面粗糙度的等离子体特征光谱数据;S5、根据待测复合材料表面产生的等离子体特征光谱数据,利用步骤S3得到的等离子体特征光谱数据与对应粗糙度的定标关系,确定待测复合材料的表面粗糙度。在不同的实施例中,步骤S1中,各样品的表面粗糙度可以通过粗糙度测试仪测量得到,也可以不通过粗糙度测试仪而采用其他方式得到。在优选的实施例中,步骤S1中,在每个待测表面上标记具有预定间距(优选1厘米)的多对点,利用粗糙度测试仪在每对点(优选三对点)所连成的线段上进行测量,记录相应的粗糙度值;步骤S2中,在每个线段上均匀间隔地选取多个点(优选三到五个点)进行激光诱导击穿光谱测试,得到对应的光谱数据。在不同的实施例中,所述等离子体特征光谱数据可包括谱线强度或等离子体参数。在不同的实施例中,步骤S3中,所述定标关系可利用多元回归、单变量拟合、偏最小二乘法或神经网络方法建立。在优选的实施例中,步骤S3之前对所述等离子体特征光谱数据进行预处理,包括去背景、归一化、谱线与元素匹配中的一种或多种。在优选的实施例中,步骤S3中,以选定的两种元素的谱线强度比值作为自变量,粗糙度为因变量,进行多元回归,得到光谱数据与粗糙度的定标关系。在更优选的实施例中,所述两种元素的谱线包括具有设定的高信噪比的第一元素的原子谱线和能级相对于所述第一元素的原子谱线在设定接近范围内的第二元素的原子谱线。在一个特定的优选实施例中,所述两种元素包括Si和Al。在另一种实施例中,一种复合材料老化程度检测方法,使用所述的复合材料表面粗糙度测量方法测量复合材料的表面粗糙度,通过所述表面粗糙度表征材料的老化程度,从而确定被测复合材料的老化程度。以下结合具体实施例进行描述本专利技术的原理、特征和优点。一种基于激光诱导击穿光谱技术的表面粗糙度测量方法,具体实现方案如下:LIBS装置LIBS本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光诱导击穿光谱技术的复合材料表面粗糙度测量方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、准备材料相同或相近但表面粗糙度不同的复合材料样品,并得到各样品的表面粗糙度;S2、使用激光诱导击穿光谱方法,用脉冲激光光束照射各复合材料样品的表面,获得各样品表面粗糙度对应的等离子体特征光谱数据;S3、建立相同或相近材料的不同粗糙度表面烧蚀产生的等离子体特征光谱数据与对应粗糙度的定标关系;S4、使用激光诱导击穿光谱方法,用相同参数的脉冲激光光束照射待测复合材料的表面,获得对应于待测复合材料表面粗糙度的等离子体特征光谱数据;S5、根据待测复合材料表面产生的等离子体特征光谱数据,利用步骤S3得到的等离子体特征光谱数据与对应粗糙度的定标关系,确定待测复合材料的表面粗糙度。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光诱导击穿光谱技术的复合材料表面粗糙度测量方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、准备材料相同或相近但表面粗糙度不同的复合材料样品,并得到各样品的表面粗糙度;S2、使用激光诱导击穿光谱方法,用脉冲激光光束照射各复合材料样品的表面,获得各样品表面粗糙度对应的等离子体特征光谱数据;S3、建立相同或相近材料的不同粗糙度表面烧蚀产生的等离子体特征光谱数据与对应粗糙度的定标关系;S4、使用激光诱导击穿光谱方法,用相同参数的脉冲激光光束照射待测复合材料的表面,获得对应于待测复合材料表面粗糙度的等离子体特征光谱数据;S5、根据待测复合材料表面产生的等离子体特征光谱数据,利用步骤S3得到的等离子体特征光谱数据与对应粗糙度的定标关系,确定待测复合材料的表面粗糙度。2.如权利要求1所述的复合材料表面粗糙度测量方法,其特征在于,步骤S1中,各样品的表面粗糙度通过粗糙度测试仪测量得到或非通过粗糙度测试仪得到。3.如权利要求1所述的复合材料表面粗糙度测量方法,其特征在于,步骤S1中,在每个待测表面上标记具有预定间距的多对点,利用粗糙度测试仪在每对点所连成的线段上进行测量,记录相应的粗糙度值;步骤S2中,在每个线段上均匀地选取多个点进行激光诱导击穿光谱测试,得到对应的光谱数据。4.如权利要求1至3任一...

【专利技术属性】
技术研发人员:王希林陈凭贾志东王黎明
申请(专利权)人:清华大学深圳研究生院
类型:发明
国别省市:广东,44

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