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摘要等离子体温度测量应用范围十分广泛，常见的可用于电弧焊接、钢铁冶炼、火炮发射导轨温度检测等。由于大部分多光谱测温系统只能用于某个特定的领域，对于不同的场合，需要设计的测温系统的参数有所不同，为了实现多功用于一体，本文提出了设计一个能够适应多种常用元素一般光谱范围接收的光纤阵列多光谱测温系统，能够用于多种场合温度的瞬时测量，本系统的设计选用了H的2条特征谱线、He的3条特征谱线、Ni的3条特征谱线、Cu的4条特征谱线以及Al的2条特征谱线作为最终仿真的ZEMAX系统设计。最后由玻尔兹曼直线拟合法求得激发温度，用普朗克黑体定理求得辐射温度。19425
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关键词 等离子体 多光谱测温 光纤阵列 zemax设计
毕业论文设计说明书（论文）外文摘要
Title Multi-Spectral Temperature Measurement System Design of Plasma Base on The Optical Fiber Array
Abstract
Application of temperature measurement for plasma is very extensive, commonly,it can be used for arc welding, steel smelting and temperature detection of artillery firing guide , etc. Since most of multi-spectral temperature measuring system can only be used for a particular field,so it is different for the parameters of the temperature measuring system needed to design on different occasions.In order to achieve more function for an whole system,this paper put forward a design of multi-spectral temperature measurement system base on the optical fiber array,which can adapt to general spectral of a variety of common elements.The design of this system has used two characteristic spectral lines of H,three characteristic spectral lines of He，two characteristic spectral lines of Ni，four characteristic spectral lines of Cu，two characteristic spectral lines of Al.they are serve as the simulation of zemax system design.
Keywords plasma multispectral thermometry fiber array zemax design
目 次
1 绪论 1
1．1 选题背景意义 1
1．2 国内外研究状况 2
1．3 本文的主要工作以及达到的效果 2
2 光谱测温测量原理 4
2.1激发温度测量数学模型 4
2.2辐射温度测量数学模型 7
2.3衍射光栅理论 8
3 系统设计 9
3.1光栅分光系统设计 9
3.1.1光栅偏转角、光栅常数与球面镜焦距对成像光斑的影响 9
3.1.2光栅常数与球面镜焦距与成像光斑的数学关系 12
3.1.3几何光学原理计算光斑相对位置,验证间隔与波长的线性性 12
3.1.4 ZEMAX中测出光斑相对位置，并验证间隔与波长的线性性 19
3.1.5 小结 20
3.2前置光学系统设计 20
3.3光纤阵列的设计 21
3.3.1光纤阵列的宽度 21
3.3.2光纤阵列长度 22
3.4探测器的选择 23
结 论 23
致 谢 24
参考文献 25
1 绪论
1．1 选题背景意义
等离子体[1]是一种宇宙中普遍存在的物质形态，主要由自由电子和带电离子组成，往往被视为物质的第四态，称为等离子态。等离子体应用十分广泛，在能源方面，核聚变在未来的能源供应上扮演主要角色，以实现核聚变为目的高温等离子体的研究，是目前亟需解决的重大课题，为实现纯聚变能源的商用化奠定基础；在民用方面，等离子体的研究对电弧焊接[2]、钢铁冶炼、等离子体喷涂等技术的进一步发展更是不可或缺，热等离子体具备很多的特点，在焊接试件时，表面温度和内部温度超过7000K，焊接冶炼时内部产生的温度场的分布情况，直接影响焊接工艺好坏，也可为钢铁冶炼时的杂质分析提供有力评价；在军事方面，火炮发射过程中的发射导轨和弹丸都会产生等离子体，对其进行研究可以更好的评价内部火焰对导轨的烧灼情况，进而评价火炮炮管的使用寿命[3]。首先，从上述应用可以看出，精确测量并且控制等离子体的温度是其中最基本、最重要的一环。其次，由于等离子体温度测量具有的特殊性，以热电阻和热电偶测温计为代表的接触法测量很难适用，其动态特性差且测量范围很是有限，量程达不到高温等离子体焊接和冶炼的要求，这些局限直接导致此法不能用于超高温等离子体的测量[4]。
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