一种电弧光谱同步实时扫描线性多通道采集方法技术

本发明专利技术公开了一种电弧光谱同步实时扫描线性多通道采集方法，包括平面动态电弧扫描、线性多通道采集和同步实时触发；其中，同步实时触发包括当光谱采集平台运动处于停止状态时，光谱时序检测与触发电路对电弧状态进行检测，触发程序对电弧状态进行判断；平面动态电弧扫描包括当光谱时序检测与触发电路触发光谱仪采集处于不同瞬时状态的电弧的光谱信息结束后，终止触发程序，并将输出的运动控制信号拉至高电平，然后启动运动控制器控制光谱采集平台的运动电机，带动线性阵列光纤移动到新的采集位置；线性多通道采集通过线性阵列光纤实现，线性阵列光纤的入射端口设置在光谱成像系统的成像光屏上，同时固定在光谱采集平台的光纤支架上；出射口固定在光谱仪。

Synchronous real-time scanning linear multi channel acquisition method of arc spectrum

The invention discloses a collection method of arc spectrum linear multi channel synchronous real-time scanning, including plane dynamic arc scanning, linear multi channel data acquisition and real-time synchronization trigger; the trigger includes synchronous real-time spectrum acquisition when platform motion is stopped, when the spectrum of sequence detection and trigger circuit to detect the arc state, triggering program the judgment on the arc state; plane dynamic arc scanning including when spectrum detection and timing trigger circuit to trigger the spectral information in different arc spectrometer to collect the instantaneous state after termination of trigger procedures, and outputs the movement control signal. The high level, and then start the motor motion controller spectrum acquisition platform, driven by linear array fiber to the new position of acquisition; linear multi channel acquisition is implemented by linear array fiber, The incident port of the linear array optical fiber is arranged on the imaging optical screen of the spectral imaging system, and is fixed on the optical fiber support of the spectral acquisition platform.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子测量与控制领域，尤其涉及一种电弧光谱同步实时扫描线性多通道采集方法。
技术介绍
焊接等离子体包含着丰富的信息，因此被广泛用于研究等离子体物理以及实时监控焊接过程。等离子体的温度、电子数密度很难利用直接测量的方法获得，往往需要通过对辐射光谱的诊断获得光谱信息。因此，在对等离子体的研究中，获得可靠的光谱信息十分重要。对焊接过程中等离子体的光谱诊断中，因为电弧等离子体在空间不同位置和不同时刻的温度、电子密度也十分重要。所以不仅需要采集等离子辐射光谱的频域信息，也需要获得完整的空间与时域信息。现有技术中，有研究人员等将等离子体看作一个均匀的辐射体，通过单根固定的单芯光纤采集辐射光谱进行诊断，这时候采集的光谱不能客观地反映等离子体的空间信息，难以对等离子体的空间分布规律进行深入的研究。为了研究等离子体的空间分布规律，研究人员通过电机驱动光纤探头，利用单芯光纤逐点采集等离子体平面内的辐射光谱，这种逐点采集的方法采集速度慢，所需要的时间长，由于等离子体辐射波动性具有较大的误差。另外对光谱的时域信息采集时，只能采集等离子某一点辐射的光谱信息，无法同时对多个点的等离子体辐射进行同步采集以及研究。另一种方法，利用光学成像镜组将电弧等离子体投影在多通道光谱仪(MDA)的狭缝上，利用狭缝取光，从而同时获得一条线上光谱信息。这种方法可以通过驱动成像镜组获得一个平面内的等离子体光谱。但这种方法需要的反射镜组过于复杂，并且等离子体辐射经过多组反射镜折射后光强衰减严重，通过这种方式得到的辐射光谱的信号强度往往较弱。而在采集光谱的动态时域信息时，通过装有数据采集卡的工业计算机对电压信号进行采集，并用Labview软件对满足条件电弧状态进行同步触发。这种同步触发的方式设备投入大，方法复杂。同时文献仅对电弧信号处于峰值状态和基值状态时输出触发，因此这种方法具有局限性。文献《CO2激光+脉冲GMAW复合焊接等离子体行为及熔滴过渡控制研究》利用逻辑判断电路的方法对电弧状态为峰值状态、基值状态以及负电流状态进行判断，并自动发生触发脉冲信号，得到对应的光谱信息。但这一种方法不具有可编程性，灵活性低，无法针对脉冲电弧等离子体的在峰值状态与基值状态的任意瞬态触发光谱仪采集。综上所述，现有的以逐点采集的方法采集速度慢，所需要的时间长，由于等离子体辐射波动性具有较大的误差。另外对光谱的时域信息采集时，只能采集等离子某一点辐射的光谱信息，无法同时对多个点的等离子体辐射进行同步采集以及研究。而现有的成像狭缝取光法需要的反射镜组过于复杂，并且等离子体辐射经过多组反射镜折射后光强衰减严重，通过这种方式得到的辐射光谱的信号强度往往较弱。现有的技术在对平面电弧进行同步实时采集时，仅对电弧信号处于峰值状态和基值状态时输出触发，无法针对脉冲电弧等离子体的在峰值状态与基值状态时的任意瞬态触发光谱仪采集，因此这种方法具有局限性。在对电弧辐射分析研究的过程中，我们希望得到电弧处于不同状态时任意时刻的时域信息；同时为了研究电弧在空间上的分布状态，我们期望同一时刻对同一水平线上分布的不同位置的电弧光谱信息进行采集和比较分析，并能实现对整个电弧平面内的光谱信息在尽量短时间内的动态扫描。因此，本领域的技术人员致力于开发一种电弧光谱同步实时扫描线性多通道采集装置。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是一种电弧光谱同步实时扫描线性多通道采集装置，以实现对平面电弧分布多个点的等离子辐射进行同步采集以及研究，对整个平面电弧进行扫描，短时间内获取整个平面的动态电弧信息，实现对处于峰值或基值状态时任意不同时刻的电弧辐射光谱信息分别进行实时的采集。为实现上述目的，本专利技术提供了一种电弧光谱同步实时扫描线性多通道采集方法，包括平面动态电弧扫描、线性多通道采集和同步实时触发；其中同步实时触发包括当光谱采集平台运动处于停止状态时，光谱时序检测与触发电路触发程序对电弧状态进行检测和判断，并在电弧处于所需要的瞬时状态时输出光谱仪触发信号；平面动态电弧扫描包括当光谱时序检测与触发电路触发光谱仪采集结束处于不同瞬时状态的电弧的光谱信息后，触发终止程序，并将输出的运动控制信号拉至高电平，然后启动运动控制器控制光谱采集平台的运动电机，带动线性阵列光纤移动到新的采集位置；线性多通道采集通过线性阵列光纤实现，线性阵列光纤的入射端口设置在光谱成像系统的成像光屏的中心位置，同时固定在光谱采集平台的光纤支架上；出射口端固定在光谱仪的入射狭缝入口。进一步地，光谱仪是多通道光谱仪，光谱采集平台是一维可移动光谱采集平台。进一步地，线性阵列光纤的入射端口设置为纤芯线性排列嵌入光谱成像系统的成像光屏的中心位置，出射端口设置为纤芯垂直排列固定在多通道光谱仪的入射狭缝入口。进一步地，动态电弧通过光谱成像系统投射在成像光屏上，由线性阵列光纤的入射端口同时采集同一直线上不同的辐射，在光纤内转置后从出射端口传输进入多通道光谱仪的入射狭缝入口。进一步地，光纤支架可垂直移动，并且入射端的纤芯排列方向可改变。进一步地，光谱时序检测与触发电路的核心由系统级的单片机构成。进一步地，触发程序设置为当运动控制器向单片机的第一输入端输入高电平时，启动单片机的触发程序。进一步地，单片机将输出的运动控制信号拉至低电平，并将检测的电弧电流采集传感器的电压模拟信号转换为数字信号，并对数字信号与触发程序内设定的阈值进行比较，得到相应的上升沿状态与下降沿状态。进一步地，当单片机检测到电弧的电流达到上升沿状态的阈值时，有单片机向多通道光谱仪输出时序触发信号，采集电弧位于峰值状态不同瞬时的光谱辐射信息。进一步地，当单片机检测到电弧的电流达到下降沿状态的阈值时，有单片机向多通道光谱仪输出时序触发信号，采集电弧位于基值状态不同瞬时的光谱辐射信息。为实现上述方法，本专利技术还提供了一种电弧光谱同步实时扫描线性多通道采集装置，包括电弧电流采集传感器，光谱成像系统，光谱采集平台，运动控制器，光谱仪，光谱时序检测与触发电路，线性阵列光纤和计算机；其中，电弧电流采集传感器通过信号线与光谱时序检测与触发电路的第一输入端相连接，并采集电弧电流信号，光谱时序检测与触发电路的输出端与光谱仪的外部触发接口相连接，光谱仪的光谱信号端通过信号线与计算机相连，并将光谱仪采集到的光谱信号输入计算机；光谱时序检测与触发电路的第二输入端和第二输出端分别与运动控制器的第一输出端和第一输入端相连接，运动控制器的第二输出端与光谱采集平台的运动电机相连接，线性阵列光纤的第一端部嵌入光谱成像系统，同时固定在光谱采集平台的光纤支架上，线性阵列光纤的第二端部固定在光谱仪的入射狭缝入口；光谱成像系统包括成像光屏，光谱成像系统通过成像光屏与光谱采集平台连接成一个整体。进一步地，光谱采集平台为一维可移动光谱采集平台，光谱仪为多通道光谱仪。进一步地，光谱成像系统包括光学导轨，凸透镜，光阑和成像光屏，凸透镜和光阑安装在光学导轨上，凸透镜的中心、光阑的小孔及成像光屏的中心处于同一直线上。进一步地，凸透镜和光阑被设置为可以在光学导轨上移动，光学导轨的长度为1.8-2.3米。进一步地，线性阵列光纤设置为由光纤纤芯线性排列组成，线性阵列光纤的入射端的纤芯线性排列嵌入在的光谱成像系统上，并且设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电弧光谱同步实时扫描线性多通道采集方法，其特征在于，包括平面动态电弧扫描、线性多通道采集和同步实时触发；其中同步实时触发包括当光谱采集平台运动处于停止状态时，光谱时序检测与触发电路对电弧状态进行检测，触发程序对电弧状态进行判断，并在电弧处于所需要的瞬时状态时输出光谱仪触发信号；平面动态电弧扫描包括当光谱时序检测与触发电路触发光谱仪采集处于不同瞬时状态的电弧的光谱信息结束后，终止触发程序，并将输出的运动控制信号拉至高电平，然后启动运动控制器控制光谱采集平台的运动电机，带动线性阵列光纤移动到新的采集位置；线性多通道采集通过线性阵列光纤实现，所述线性阵列光纤的入射端口设置在光谱成像系统的成像光屏的中心位置，同时固定在所述光谱采集平台的光纤支架上；出射口端固定在所述光谱仪的入射狭缝入口。

【技术特征摘要】
1.一种电弧光谱同步实时扫描线性多通道采集方法，其特征在于，包括平面动态电弧扫描、线性多通道采集和同步实时触发；其中同步实时触发包括当光谱采集平台运动处于停止状态时，光谱时序检测与触发电路对电弧状态进行检测，触发程序对电弧状态进行判断，并在电弧处于所需要的瞬时状态时输出光谱仪触发信号；平面动态电弧扫描包括当光谱时序检测与触发电路触发光谱仪采集处于不同瞬时状态的电弧的光谱信息结束后，终止触发程序，并将输出的运动控制信号拉至高电平，然后启动运动控制器控制光谱采集平台的运动电机，带动线性阵列光纤移动到新的采集位置；线性多通道采集通过线性阵列光纤实现，所述线性阵列光纤的入射端口设置在光谱成像系统的成像光屏的中心位置，同时固定在所述光谱采集平台的光纤支架上；出射口端固定在所述光谱仪的入射狭缝入口。2.如权利要求1所述的一种电弧光谱同步实时扫描线性多通道采集方法，其特征在于，所述光谱仪是多通道光谱仪，所述光谱采集平台是一维可移动光谱采集平台。3.如权利要求2所述的一种电弧光谱同步实时扫描线性多通道采集方法，其特征在于，所述线性阵列光纤的入射端口设置为纤芯线性排列嵌入所述光谱成像系统的成像光屏的中心位置，所述出射端口设置为纤芯垂直排列固定在所述多通道光谱仪的入射狭缝入口。4.如权利要求3所述的一种电弧光谱同步实时扫描线性多通道采集方法，其特征在于，动态电弧通过所述光谱成像系统投射在所述成像光屏上，由所述线性阵列光纤的入射端口同时采集...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晔，李芳，林文虎，牟刚，徐琛，华学明，蔡艳，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31