华东交通大学机电与车辆工程学院, 江西 南昌 330013
我国铁路跨度长、 运营时间长、 运行环境变化较大, 故对于车轮的磨损较大, 为保障高速铁路的安全运行, 高速列车车轮表面硬度就成为了一项重要参考指标。 激光诱导击穿光谱(LIBS)实验平台对8块不同硬度的HS7高铁车轮用钢样品进行击穿获取LIBS光谱数据, 发现基体元素(Fe)和合金元素(Cr, Mo, W)的谱线强度、 离子与原子线的强度比值(Ⅱ/Ⅰ)以及合金元素谱线强度与基体元素谱线强度的强度比值(A/M), 分别与样品硬度有着不同程度的相关关系。 利用此相关关系分别建立了以谱线强度和谱线强度结合谱线强度比值为变量的偏最小二乘法(PLS)定量分析模型, 在建立模型前采用标准正态变量变换(SNV)、 Savitzky-Golay卷积二阶导和高斯滤波(Gaussian filter)三种预处理方法来减小实验误差。 结果表明, 以谱线强度为变量的模型中采用SNV预处理后建立的PLS模型效果最佳, 校正集的确定系数为0.98, 均方根误差为1.30, 预测集的确定系数为0.90, 均方根误差为2.43; 以谱线强度结合谱线强度比值为变量的模型中采用原始数据建立的PLS模型效果最佳, 校正集的确定系数为0.99, 均方根误差为0.79, 预测集的确定系数为0.94, 均方根误差为2.44, 且通过对比发现以谱线强度结合谱线强度比值为变量的模型其预测精确度及其稳定性相比于以谱线强度为变量的模型均有所提升。 该结果表明, 利用谱线强度和离子与原子线的强度比、 合金元素谱线强度与基体元素谱线强度的强度比相结合的结果作为模型变量, 能显著提升PLS模型对于金属材料表面硬度预测的能力, 可以构建一种相关性更强的定量分析模型。 研究表明, 采用激光诱导击穿光谱技术结合偏最小二乘法定量分析高铁车轮硬度具有一定可行性, 可将该技术应用于现场诊断、 估算高速列车车轮表面硬度, 为维持高速列车安全运行提供一定的保障。
激光诱导击穿光谱 高速列车车轮表面硬度 谱线强度 偏最小二乘法 Laser-induced breakdown spectroscopy Surface hardness of high speed train wheels Spectral line intensity Partial least squares 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3109
1 华中科技大学 强电磁工程与新技术国家重点实验室，武汉 430074
2 华中科技大学 脉冲功率技术教育部重点实验室，武汉 430074
真空断路器的开断容量限制其在高压大电流开断领域的应用，获取燃弧过程中的等离子体参数对于提高真空断路器的开断容量至关重要。利用发射光谱法对真空电弧内的等离子体参数进行了诊断，研究了在不同电流幅值条件下真空电弧内电子温度、电子密度、谱线强度的轴向分布规律，结合真空电弧高速图片对真空电弧内不同粒子的扩散过程与弧柱直径之间的关系进行了分析。得到的电子温度在8000～10 000 K量级，电子密度在1019～1020 m−3量级，电子温度与电子密度从阴极向阳极逐渐下降，同时铜原子谱线强度主要集中在两极而一价铜离子谱线强度由阴极向阳极逐渐升高。铜原子谱线强度的径向分布呈现类平顶波分布、一价铜离子谱线强度的径向分布呈现类高斯分布的特点，且铜原子的谱线范围略大于弧柱直径，一价铜离子的谱线范围略小于弧柱直径，两种粒子的扩散速度存在差异。
真空电弧 发射光谱 电子温度 电子密度 谱线强度 vacuum arc emission spectrum electron temperature electron density specral line intensity 强激光与粒子束
2021, 33(6): 065014
1 南通大学 机械工程学院, 南通 226019
2 西安交通大学 机械工程学院, 西安 710049
为了研究激光技术应用于区分不同金相组织的可行性, 采用不同的热处理方法分别得到珠光体+铁素体和马氏体这两种不同的金相组织的钢样, 选择合适的激光脉冲能量, 对比分析了激光诱导击穿光谱的谱线强度与金相组织的关系, 用主成分分析法对不同金相组织进行了区分。结果表明,不同金相组织的谱线强度不同, 其中珠光体+铁素体组织的谱线强度较大, 基体元素Fe的谱线强度差异比合金元素Mn的谱线强度差异大;不同金相组织呈现一定分布特性, 主成分分析法能对不同金相组织进行区分, 其中在波长范围280nm~320nm内区分效果最好。该研究验证了激光技术具有区分不同金相组织的能力。
激光技术 金相组织 主成分分析法 激光能量 谱线强度 laser technique microstructure principal component analysis laser energy line intensity
1 贵州师范大学物理与电子科学学院, 贵州 贵阳 550001
2 贵州师范学院物理与电子科学学院, 贵州 贵阳 550008
采用从头算的多参考组态相互作用(MRCI)方法并结合基组aug-cc-pCVQZ计算了CO分子基态(X1Σ+)的势能曲线和偶极矩曲线, 得到的势能曲线、 偶极矩曲线分别与RKR势、 文献的偶极矩曲线吻合较好。 利用所得的势能, 求解双原子分子核运动的Schrdinger方程找到了CO分子X1Σ+态转动量子数J=0时的70个振动态, 对于每一振动态, 分别计算了其振动能级G(v)、 转动惯性常数Bv和离心畸变常数Dv, 并把计算结果与已知的42个实验值做了详细比较, 结果表明, 计算的振动能级G(v)、 转动惯性常数Bv、 离心畸变常数Dv与实验值符合较好。 利用G(v), Bv导出的光谱常数［谐振频率ωe(2 160.1 cm-1)、 非谐振频率ωeχe(13.1 cm-1)、 转动常数Be(1.918 cm-1)、 振转耦合常数αe(0.017 3 cm-1)］也与实验值的光谱常数［ωe(2 169.8 cm-1), ωeχe(13.3 cm-1), Be(1.931 cm-1), αe(0.017 5 cm-1)］较为符合, 这在一定程度上证明了方法MRCI/Aug-cc-pCVQZ对CO分子基态性质的计算是合适而可靠的。 利用乘积近似方法计算了CO分子在常温、 中温、 高温时的配分函数, 在此基础上, 计算了CO分子在T=296 K时的1-0跃迁带的谱线强度, 通过比较发现, 计算所得的线强度与HITRAN数据库符合较好。 进一步计算的CO分子X1Σ+态1-0, 2-0, 3-0, 4-0, 2-1, 3-1和4-1跃迁带的带强度也与实验值较为吻合, 同时首次计算了CO分子X1Σ+态3-2跃迁带、 4-2跃迁带的线强度及带强度。
CO分子 配分函数 振动能级 光谱常数 线强度 带强度 CO molecule partition function Vibrational energy levels Spectroscopic constants Line intensity Band intensity 光谱学与光谱分析
2018, 38(4): 1001
分别对低于0.1 MPa的空气和氩气环境气体条件下的飞秒激光镍等离子体光谱进行了实验研究。结果表明，在两种环境气体中，激光镍等离子体光谱均表现为连续谱和原子线状谱的叠加。随着环境气压的降低，由于电子密度的下降，从而使得低压条件下的谱线比高压条件下的谱线具有更好的分辨特性。同时，谱线强度经历了由缓慢增强发展到迅速降低的演化过程。另外，还讨论了环境气体成分对谱线强度的影响。
飞秒激光 环境气压 等离子体 谱线强度 femtosecond laser surrounding pressure plasma line intensity 强激光与粒子束
2014, 26(5): 052006
1 江苏大学机械工程学院, 镇江 212013
2 东南大学机械工程学院, 南京 211189
用Nd: YAG脉冲激光器产生的1.064 μm激光, 在空气环境下作用于金属Cu诱导产生等离子体, 采用ME5000改进型中阶梯光栅光谱仪获得了同一能量多次激光脉冲冲击下和不同能量激光脉冲冲击下的Cu等离子体发射光谱, 分析了谱线强度与多脉冲强激光诱导次数之间的关系变化, 实验表明: 随着激光作用次数的不断增加, 特征谱线相对强度都呈不断下降趋势, 尤其是第二次和第一次相比, 谱线强度下降幅度达58.87%; 随着激光脉冲能量的增加, 原子特征谱线的相对强度和半高全宽都迅速增强, 增强趋势呈指数函数变化。
激光诱导等离子体 发射光谱 谱线强度 半高全宽 Laser-induced plasma spectral line line intensity FWHM
1 广东电网公司 电力科学研究院, 广州 510080
2 华南理工大学 电力学院, 广州 510640
将激光诱导击穿光谱技术应用到煤粉颗粒流测量中，分析激光与样品流相互作用，并考察不同的聚焦焦深对等离子体激发特性的影响。在自行搭建的两相流的实验台架上，在大气环境条件下，利用激光器分别对1.0，0.5，0，-0.5,-1.0 mm焦深作用条件下的煤粉颗粒流进行击穿，同时利用光谱仪对等离子体信号进行采集。在相同的激光能量以及收光角度等条件下，改变聚焦激光的焦深，分析对比不同焦深下的等离子体温度、电子密度以及对煤元素分析中关注的C,Si和Al三个代表元素的光谱强度的变化规律。结果表明，不同的激光聚焦焦深对等离子体温度、电子密度和元素光谱强度的影响规律较为明显，三个参数整体变化规律是一致的，最优点为0 mm，其次为1.0，0.5，-0.5 mm，最劣点为-1.0 mm。
激光诱导击穿光谱 聚焦焦深 等离子体温度 等离子体电子密度 谱线强度 laser-induced breakdown spectroscopy focal depth plasma temperature plasma electron density spectral line intensity 强激光与粒子束
2013, 25(10): 2682
河北大学物理科学与技术学院, 河北 保定071002
为获得高质量的发射光谱, 提出了一种平面反射镜装置, 研究了在平面反射镜装置条件下的激光诱导等离子体辐射特性。 实验结果表明, 相同的激光输出能量条件下, 在等离子体周围放置由三块平面反射镜组成的装置以后, 土壤样品中元素Mg, Fe, Ba, Ti和Al的光谱线强度比常态下的分别增大了116.2%, 96.43%, 90.93%, 102.1%和98.57%, 信噪比分别提高39.17%, 32.48%, 38.07%, 39.95%和21.30%。 通过测量激光等离子体参数, 解释了平面反射镜装置对等离子体辐射增强的机理。 这种简便易行的方法是改善激光诱导击穿光谱技术检测能力的有效途径。
激光诱导等离子体 平面反射镜装置 光谱强度 信噪比 电子温度 电子密度 Laser-induced plasma Flat-mirror device Spectral line intensity SNR Electron temperature Electron density 光谱学与光谱分析
2013, 33(8): 2039
1 广东电网公司电力科学研究院, 广东 广州510080
2 华南理工大学电力学院, 广东 广州510640
将激光诱导击穿光谱技术(LIBS)应用于煤粉颗粒流的直接检测, 利用自行搭建的颗粒流实验台架重点研究不同收光角度下煤粉颗粒的等离子体光谱特性, 分析煤中具有代表性的C, Si和Al三种元素原子谱线的强度及其相对标准偏差的变化规律, 结果表明收光角度在30°～45°区间时收集到的等离子体信号强且稳定。
激光诱导击穿光谱 煤粉颗粒流 收光角度 谱线强度 Laser induced breakdown spectroscopy Coal particle flow Collection angle Spectral line intensity 光谱学与光谱分析
2013, 33(6): 1473
河北大学物理科学与技术学院, 河北 保定071002
为了提高激光诱导击穿光谱质量, 采用Nd∶YAG激光器输出的纳秒脉冲激光激发产生土壤等离子体, 采用光栅光谱仪和光电检测系统记录了元素谱线AlⅠ394.401 nm, BaⅠ455.403 nm, FeⅠ430.791 nm和TiⅠ498.173 nm的辐射强度和信背比, 研究了激光脉冲重复频率（5, 10和15 Hz）对等离子体辐射特性的影响。 实验结果表明, 在相同的激光输出能量条件下, 当采用15 Hz的激光脉冲重复频率时, 元素Al, Ba, Fe和Ti的谱线强度要比5 Hz时的分别提高50.94%, 112.7%, 107.46%和99.38%, 光谱信背比分别提高15.16%, 24.08%, 40.26%和72.06%。 通过测量等离子体参数, 解释了激光脉冲重复频率对等离子体辐射特性的影响机理。
激光诱导等离子体 激光脉冲重复频率 光谱强度 信背比 Laser-induced plasma Laser shot frequency Spectral line intensity Signal-to-background ratio 光谱学与光谱分析
2012, 32(11): 2916
