对于激光等离子体的信号检测的意义

由于高功率的激光加工过程中产生的激光等离子体包含着能量运输、质量迁移和温度辐射等各种现象，限制了很多常规测量方法的使用，因此对于激光等离子体的信号检测一直是激光加工领域的重要研究内容。为了检测激光等离子体的电信号，众多学者开发出了不同的方法，比如钼板开孔法、间隙测量法、静电探针法等。前两种方法由于测试范围和加工方式过于局限，不适合用来检测同轴送粉激光3D打印过程中产生的等离子体。静电探针测量法，也称作朗缪尔探针测量法，是将一个极细的由多层绝缘层构成金属丝的一端伸入等离子体，另一端接入探测器的检测方法。该方法可以得到等离子体的电子温度和电子密度等参数。众多学者采用该方法检测激光等离子体的电信号并进行了不同方式的改造。学者Bi[和学者Martin分别使用了直径2.0mm的钨棒和直径1.6mm的钨棒作为探针伸入激光等离子体得到了等离子体的电信号。也有学者使用了U型铜管和喷嘴本身当作探针。

根据等离子体鞘层理论，探针的形式既可以是激光喷嘴也可以是钨棒，结合上述学者的研究，分情况采取不同的方式来测量激光等离子体电信号：当喷嘴与工件之间距离较远时，利用一个直径2.2mm的钨棒作探针，实现对等离子体信号的采集；当喷嘴与工件之间距离较近时，利用喷嘴作探针，实现对等离子体信号的采集。

同轴送粉激光3D打印过程产生的等离子体电荷信号检测系统由探针、喷嘴、采集卡、计算机等部分组成。激光等离子体电荷信号产生之后，由导线传递至采集卡，在采集卡中转换成数字信号，传入计算机进行分析。实验采用的数据采集卡是由阿尔泰科技生产的USB5936数据采集器。该数据采集器可以达到12位精度和25k·s-1采样频率，满足采集激光等离子体信号的要求。

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