Метод записи широкополосной широкополосной высокой разрешения выбросов спектра лабораторных дуг молнии

1. Выбор диапазона длинволн Диапазон длины волны молнии, которая будет наблюдаться, должен быть выбран. Было выбрано от 450 нм до 890 нм.ПРИМЕЧАНИЕ: Это будет ограничено лабораторной установки, спектральный диапазон, как это определено пылающий угол решетки, и чувствительность камеры. 2. Подготовка электродов Выберите подходящий электродный материал. Была выбрана пара из 60 мм диаметром электродов вольфрама, закрепленных на медных креплениях, как показано на рисунке 5.ПРИМЕЧАНИЕ: Любой материал, с которым молния дуги взаимодействует будет испускают спектр, в том числе электрод, и важно, чтобы свести к минимуму это помехи. Однако, это должно быть сбалансировано с способностью материала электрода выдерживать повторные удары молнии с минимальным повреждением во время экспериментов. Для вольфрама многие из его линий эмиссии в пределах выбранного диапазона длин волн видны только между 450 нм и 590 нм и в значительной степени отличимы от ожидаемых спектров молнии. Это также очень твердый материал, который обычно используется в высоковольтных и высоких экспериментов тока. Очистите и отполируйте электроды, чтобы удалить любые загрязняющие вещества. Любой материал, с которым взаимодействует дуга молнии, испускает спектр, в том числе и любой загрязнители. Поэтому важно обеспечить, чтобы электроды были загрязняющими, чтобы не было ошибочных спектральных линий. Руб электрод с грубой наждачной бумагой в течение 5 минут, поместите его в звуковую водную ванну при комнатной температуре в течение 10 минут, затем протрите ворсом свободной тканью, чтобы ослабить и удалить любые загрязняющие вещества. Всегда используйте перчатки при обращении с электродом, чтобы избежать повторного загрязнения. Повторите выше, как правило, от десяти до пятнадцати раз с уменьшением сортов наждачной бумаги, Эмери ткань, а затем полировки ткани, пока хорошая отделка польский достигается. Использовались наждачные и тканевые сорта от 240 до 8000. Монтировать электроды внутри молнии установки установления подходящего расстояния между ними. Здесь электроды устанавливаются внутри молниеносной установки на 14 мм друг от друга, как показано на рисунке 5.ПРИМЕЧАНИЕ: Различные средства испытания молнии имеют различное оперативное напряжение, поэтому расстояние между электродами должно быть таким, что пробоя воздуха будет происходить, когда генератор импульса молнии срабатывает. 3. Подготовка спектрографа Поместите спектрограф в независимый корпус с рейтингом EMI, как показано на рисунке 2. В идеале, молния установки и спектрограф аграрий должны быть размещены в отдельных корпусах EMI. Выберите и установите волоконно-оптический. Выбранное волокно было 8 м волоконно-оптической и установленмежду двумя камерами EMI. Выбирай волоконно-оптический с хорошими свойствами передачи в пределах заданного диапазона длин волн, который следует соблюдать, т.е.от 450 нм до 890 нм. Обратите внимание на эффективность передачи данных длинволн, поскольку они будут использоваться для обработки данных после обработки. Это часто обеспечивается производителем, хотя, в идеале, он должен быть измерен с помощью калибровочной лампы. Соедините один конец волоконно-оптического к оптическому шасси в легкой плотной расположении. Расположите другой конец волоконно-оптического, чтобы просмотреть дугу молнии между электродами. Свет от лазера, посылаемого через спектрометр в обратном направлении, может помочь с выравниванием. Волоконно-оптический расположен на той же высоте, что и центр электродного зазора на 2 м, как показано на рисунке 6. При необходимости отрегулируйте количество света, достигающего камеры, чтобы свести к минимуму насыщенность. Используется коллиматор, который уменьшает угол обзора волоконно-оптических до 0,12 “, в результате чего размер пятна 4,2 мм в положении дуги молнии для общей длины дуги 14 мм, уменьшая свет примерно на четверть.ПРИМЕЧАНИЕ: Интенсивность света, достигающего камеры, может быть скорректирована путем изменения расстояния между источником света и волоконно-оптической, путем регулировки щели или с помощью фильтра нейтральной плотности. Включите систему спектрографов и запустите связанное программное обеспечение управления. Цифровая камера требует около 10 минут, чтобы достичь температуры -70 градусов по Цельсию.ПРИМЕЧАНИЕ: Некоторые цифровые камеры требуют охлаждения, чтобы уменьшить шум, прежде чем они станут полностью работоспособными. Выберите решетку спектрографа. Использовалась пылающая решетка 900 л/м55.ПРИМЕЧАНИЕ: Решетка определяет диапазон длины волны и спектральное разрешение в используемой спектрографической системе, с спектральным разрешением в 1 нм, необходимым для пиковой идентификации. Выбранная решетка дает диапазон длины волны около 140 нм и разрешение 0,6 нм. Калибруй терограф от известного источника калибровки, например, лампы Меркурий-Аргон. Расположите решетку в исходном положении в нижней части заранее выбранного диапазона длин волн. Здесь решетка была расположена на 450 нм, давая диапазон от 450 нм до 590 нм. Включите источник калибровки и поместите его против открытого конца волоконно-оптической. Отрегулируйте экспозицию камеры с помощью программного обеспечения управления к подходящему времени для достижения хорошего ненасыщенного сигнала, например, воздействия 0,1 с. Отрегулируйте щель с помощью программного обеспечения управления, чтобы при необходимости отточить спектральные пики или, в некоторых случаях, положение детектора также может быть скорректировано для оптимизации сигнала. Была использована щель в 100 мкм.ПРИМЕЧАНИЕ: Разрез должен быть установлен на минимальное значение, чтобы уменьшить расширение атомных линий из-за дифракции света на щели, со значениями до 20 мкм часто используется. Тем не менее, узкая щель также уменьшит сигнал и может потребоваться баланс между интенсивностью света и резкостью пиков. Запишите спектры источника калибровки и определите число пикселей на полученном изображении камеры, на котором происходят пики. Участок положение пиксельного числа для каждого пика против известной длины волны каждого пика при условии, с источником калибровки и подходят прямой линии для получения уравнения, которое позволит преобразование пикселей в длину волны. Пример этого для трех известных атомных линий Меркурия иллюстрируется на рисунке 7. Принесите калибровку к этому положению решетки, прежде чем перейти на следующую. Для некоторых систем спектрографа к он может быть применен к программному обеспечению с помощью калибровообразующих файлов. Расположите решетку для следующего поддиапазона и повторите вышеперечисленные шаги. Здесь решетка была следующей расположен до 550 нм давая диапазон от 550 нм до 690 нм в результате перекрытия 40nm с предыдущим диапазоном длинволн.ПРИМЕЧАНИЕ: Ширина области перекрытия должна быть достаточной, чтобы обеспечить распознавание тенденций в конце первого диапазона и начале второго диапазона для более позднего процесса шага и клея. Повторите вышеуказанные шаги для всех позиций решетки. Это повторялось до достижения 890 нм.ПРИМЕЧАНИЕ: Источники калибровки, как правило, лампа с известными спектральными пиками, как правило, снабжены спектрографными системами, и производитель сможет предоставить более подробную информацию о том, как можно достичь калибровки. Выберите параметры спектрографа для записи генерируемой дуги молнии. При необходимости отрегулируйте щель. Установите время экспозиции камеры, чтобы убедиться, что все событие молнии захвачено; рассмотреть время срабатывания и любые задержки в любой в любом из генератора молнии или спектрограф при настройке этого параметра. Для генератора молний в MBLL использовалось время экспозиции 5 с.ПРИМЕЧАНИЕ: Более длительное время экспозиции увеличит уровень шума и вероятность артефактов, таких как космические лучи, поэтому следует приложить усилия, чтобы свести это к минимуму. Однако времени также должно быть достаточно для учета любой неопределенности в срабатывании генерируемой дуги молнии или системы спектрографов, чтобы убедиться, что все событие захвачено. Измените режим системы спектрографов, чтобы получить триггер от генератора молний. Сигнал 5 V TTL был использован для запуска камеры 2.5 s до того, как была начата дуга молнии. 4. Проведение эксперимента Приготовьте генератор молний. Убедитесь, что все огни выключены и камеры закрыты там, где это уместно для обеспечения плотной среды. Включите генератор молний. Каждый испытательный центр молнии будет иметь свой собственный протокол для подготовки и включения. В MBLL, область очищается от персонала и соответствующие устройства безопасности включены до молнии генератор может быть активирован. Выберите соответствующую форму волны молнии и зарядите требуемый пиковый ток. Использовалась типичная 54 кВ, 100 кА пик критически смоченной осцилляторной 100-й пик 18/40 х волновой формы. Приобретайте спектры от нескольких сгенерированных событий молнии Расположите на тюнинге спектрограф а в стартовом положении и снизите фоновое изображение с использованием тех же параметров, что и для удара молнии. Это может быть в среднем несколько фоновых изображений. Выдержка 5 s с щелью 100 мкм была использована на установке 450 nm. Убедитесь, что система спектрографа готова к срабатыванию для записи спектра с правильными настройками. Выдержка 5 s с щелью 100 мкм была использована на установке 450 nm. Зарядите генератор молнии и вызвать молниеносное событие, которое также вызовет спектрограф. Запись спектральных данных вывода. Проверьте спектроскопические данные на наличие помех. Спектрографы иногда подвержены всплескам данных, вызванным космическим излучением или другими артефактами, вызванными не отвечающими требованиями или мертвыми пикселями. Следует приложить усилия для устранения таких помех, а некоторые спектрографы имеют программное обеспечение, которое может это сделать. Альтернативой является игнорирование данных и повторение эксперимента. На рисунке 8 показан пример разницы между данными с космическим всплеском излучения и без нее. Очистите электроды от любого загрязнения, если этого требуется, либо вытирая спиртом, либо, если они загрязнены, повторяя шаг 2.2. Повторите шаги 4.2.2 до 4.2.5 до тех пор, пока не будут выполнены четыре набора спектроскопических данных для диапазона 450 нм. Расположите спектрограф, наладив на 550 нм, и повторите шаги от 4,2,1 до 4,2,6 до тех пор, пока не будут выполнены четыре набора данных спектрографа для диапазона 550 нм.ПРИМЕЧАНИЕ: Количество повторных шагов должно быть достаточным, чтобы усреднеть любой выстрел к выстрелу дисперсии видели в генерируемых дуги молнии. Повторяйте выше, пока все наборы данных не будут собраны, чтобы достичь максимального значения длины волны 890 нм, в результате чего шестнадцать наборов спектральных данных. Если есть значительные различия в спектрах каждого субдиапазона в тех же настройках генератора тока молнии, например, в интенсивности атомных линий, то эксперименты на каждом этапе, возможно, придется повторить более четырех раз. Цель этого заключается в том, чтобы свести к минимуму эффект от любых одноразовых аномалий и усреднеть выстрел к выстрелу изменения от генератора молний и молнии свободной дуги. Если есть разница в спектрах при тех же настройках генератора молнии тока, то экспериментальная установка, возможно, потребуется оценить на загрязняющие вещества. 5. Данные постобработки Для постобработки и анализа данных выберите программное приложение для электронных таблиц, включающее возможности расчета. Такое программное обеспечение широко доступно. Вычесть фоновые данные, полученные в шаге 4.2.1 с каждого соответствующего генерируемого спектра данных молнии. Среднее количество фоновых данных 450 нм вычитается из каждого 450 нм генерируемых спектрных данных, в среднем данные 550 нм вычитаются из каждого 550 нм генерируемых данных спектра молнии, и так далее. Пример этого показан на рисунке 9. Среднее значение каждого отдельного набора данных для каждого диапазона длин волн. Это показано на рисунке 10, где усреднены четыре набора данных 450 нм. Используйте перекрывающийся регион для выравнивания последовательных спектрных данных, а затем усреднете перекрывающийся регион. Это показано на рисунке 11, который показывает в среднем 450 нм и 550 нм данных.ПРИМЕЧАНИЕ: Выравнивание и усреднение перекрывающейся области приведет к ошибкам, и может возникнуть необходимость в проведении отдолченной калибровки интенсивности для полного спектра с использованием, например, лампы вольфрамовой ленты. Правильно для оптоволоконного затмения и квантовой эффективности. Это иллюстрируется на рисунке 12.ПРИМЕЧАНИЕ: Более точная коррекция может быть достигнута с помощью калибровочной лампы для измерения передачи света для каждого субранга. В этом случае коррекция может быть применена до процесса сшивания. Представляем окончательные данные как графическое представление или участок интенсивности, как показано на рисунке 13. 6. Анализ данных Определите характерные спектральные пики. Некоторые системы спектрографов будут включать программное обеспечение, которое будет автоматически определять пики элементов. Следует соблюдать осторожность, особенно с шитами данных, чтобы пиковые локации были правильными. Ручная идентификация пика может быть выполнена с помощью общедоступных баз данных, таких как24. Следует позаботиться о том, чтобы соответствовать самым сильным (относительной интенсивности) пикам от самых низких уровней ионизации,т.е.i, i, ii, затем III) одним элементом за раз. Проблемы в точном определении пиков или выравнивании их могут быть вызваны проблемами калибровки или несоответствиями в оптике. Оцените положение оптики в оптическом шасси и повторите шаг 3.ПРИМЕЧАНИЕ: Высокая энергия генерируемых дуг молнии приведет к расширению атомных линий выбросов из-за эффекта Старка и надежной идентификации всех линий не может быть возможным.