一种测量长间隙空气电弧等离子体温度的方法

摘要

一种测量长间隙空气电弧等离子体温度的方法，涉及热等离子体温度测量领域。所述测温方法基于空气电弧等离子体辐射的光谱诊断原理，由附加双窄带通滤光片并经过标定的彩色CCD高速图像采集系统拍摄长间隙空气电弧图像，存储为数据无压缩的BMP格式，将电弧彩色位图文件在两个特征中心波长下响应的像素值校正为电弧辐射强度的原始数据，通过阿贝尔变换得到电弧径向光强分布，再应用光谱相对强度的比色方法，计算电弧等离子体投影温度分布或电弧等离子体温度径向分布，重建长间隙空气电弧等离子体的三维温度场。本发明能准确测量空气中长达数米的开放电弧等离子体温度，为研究长间隙空气电弧的微观机理提供了一个重要的等离子体参数。

主权项

一种测量长间隙空气电弧等离子体温度的方法，其特征在于该方法通过以下步骤测量长间隙空气电弧等离子体温度：第一步，光学预处理：在用于拍摄长间隙空气电弧图像的彩色CCD高速图像采集系统的相机镜头前附加中性滤光片和两个特征中心波长的窄带滤光片，选取电弧等离子体辐射在第一波长λ1、第二波长λ2下的入射光透过；第二步，标定彩色CCD图像采集系统通道参数：利用标准辐射源对光学预处理过的彩色CCD图像采集系统在第一波长λ1、第二波长λ2下的通道参数进行标定，基本原理是，彩色CCD的响应值V与光谱辐射强度I之间满足：V＝KIγ，通道参数K、γ分别为系统转换系数和伽马校正系数，已知标准辐射源在特定波长、不同温度下的I，测量响应值V，采用最小二乘法对这些数据进行拟合求取参数K和γ；第三步，校正电弧等离子体辐射强度：采用经光学预处理的彩色CCD高速图像采集系统拍摄长间隙空气电弧图像，存储为数据无压缩的BMP格式，读取电弧彩色位图文件中各点响应的红、蓝色像素值V，利用标定的通道参数K和γ，将V校正为电弧等离子体在第一波长λ1、第二波长λ2下的辐射强度I；第四步，求取径向光强分布：对长间隙空气电弧图像沿轴向进行离散化处理，每个电弧横截面微段辐射的光谱强度满足柱对称分布，且电弧为光学薄的等离子体，借助于阿贝尔变换，将所测的投影光强转换为电弧径向光强分布；第五步，计算电弧等离子体温度场：基于电弧轫致辐射谱强度与等离子体温度的关系，采用比色方法，根据校正后的电弧辐射投影光强计算等离子体投影温度，或利用径向光强分布求取各电弧横截面微段的等离子体温度径向分布，最后将所有径向温度分布结合起来就构成了整个电弧等离子体的三维温度场；其中计算电弧等离子体投影温度T的表达式为： T = hc k · 1 λ 2 - 1 λ 1 ln [ ( V 1 / K 1 ) 1 / γ 1 ( V 2 / K 2 ) 1 / γ 2 ] + 2 ln λ 1 λ 2 式中，h为普朗克常数，c为光速，k为玻尔兹曼常数，V1、V2分别为电弧彩色图像在第一波长λ1、第二波长λ2下响应的红、蓝色像素值，K1、K2分别为彩色CCD图像采集系统在第一波长λ1、第二波长λ2下的转换系数，γ1、γ2分别为彩色CCD图像采集系统在第一波长λ1、第二波长λ2下的伽马校正系数；其中求取电弧横截面中第i点的等离子体径向温度分布Ti的表达式为： T i = hc k · 1 λ 2 - 1 λ 1 ln [ Σ j = 1 N [ A ij ( V 1 j / K 1 ) 1 / γ 1 ] Σ j = 1 N [ A ij ( V 2 j / K 2 ) 1 / γ 2 ] ] + 2 ln λ 1 λ 2 式中，Aij为阿贝尔变换系数，i、j＝1，2，…，N，N为电弧横截面的总点数，V1j、V2j分别电弧横截面中第j点在第一波长λ1、第二波长λ2下响应的红、蓝色像素值。