CN202869690U - 检测磁约束聚变装置偏滤器石墨瓦瞬时温度的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及核聚变与光学诊断领域，公开了一种检测磁约束聚变装置偏滤器石墨瓦瞬时温度的装置，具体包括：太赫兹波发射装置、太赫兹波探测装置、激光测距探头、太赫兹时域-频域转换模块、数据库模块、结果输出模块；所述激光测距探头与数据库模块数据连接；所述太赫兹波发射装置向偏滤器石墨瓦射入太赫兹波，偏滤器石墨瓦反射回的太赫兹波由太赫兹波探测装置接收，太赫兹波探测装置与太赫兹时域-频域转换模块、数据库模块、结果输出模块依次数据连接。本实用新型采用反射太赫兹时域谱技术，能够在线、同步并且无接触无损伤地检测磁约束聚变装置偏滤器石墨瓦的热冲击瞬时温度。
Description
技术领域
本实用新型涉及核聚变与光学诊断领域，特别涉及一种检测磁约束聚变装置偏滤器石墨瓦瞬时温度的装置，其采用反射太赫兹时域谱技术来检测磁约束聚变装置中偏滤器石墨瓦在瞬态热冲击时温度，能够快速、同步地返回温度数据，且无接触无损伤，实用性强。
背景技术
太赫兹（Terahertz or THz）波通常指的是频率处在0.1THz~10THz之间的电磁波，介于微波和红外之间。太赫兹时域光谱***是一种相干探测技术，能够同时获得太赫兹脉冲的振幅信息和相位信息，通过对时间波形进行傅立叶变换能直接得到样品的吸收系数和折射率等光学参数。太赫兹时域光谱技术因为有着很高的探测信噪比和较宽的探测带宽，探测灵敏度很高，所以已经广泛应用于材料性质的分析中。理论及实验研究表明，很多工业材料用太赫兹时域光谱技术探测，能有效的产生共振吸收峰，从而提供了特征指纹谱，并可以进行探测识别。同时，在某些环境下，太赫兹波具有独特的强透射能力和低辐射能量的特点，不会对材料造成伤害，而且具有高功率及高分辨率。在高密度、高温、磁化等离子体中，太赫兹波同样也表现出零吸收的特性，这就为利用太赫兹波来检测磁约束聚变装置中工作温度提供了可能。
磁约束聚变装置中偏滤器主要是石墨瓦，而偏滤器是聚变反应堆中的关键部件。在实际工作条件下，面对等离子体的偏滤器表面要随受很大的热负荷，所以研究偏滤器材料表面在高热负荷下的温度状态和分布是非常重要的。而传统的热电偶温度计只能间接测量温度，无法准确实时地描述石墨瓦温度状态，所以需要有这样一种同步并且准确检测高温的装置。
石墨在太赫兹波段可以特征识别，理论模拟计算表明，随着温度的变化，太赫兹波射入石墨反射回的太赫兹谱也会有着相应的变化，太赫兹频域谱的特征谱线峰值位置会发生频移，根据这一特征，可以理论确定出温度随频移量的变化函数关系，作为测温曲线，集成为计算机数据库。
综上所述，利用反射太赫兹时域谱技术结合计算机数据库可集成为快速、同步检测磁约束聚变装置偏滤器石墨瓦在瞬时热冲击时温度的装置，在磁约束装置窗口外向石墨瓦发射太赫兹波，并接收反射时域谱，达到无接触无损伤。
发明内容
本实用新型的目的：为解决上述现有技术中的技术问题，提供一种检测磁约束聚变装置偏滤器石墨瓦瞬时温度的装置，能够在线、同步且无接触无损伤的检测磁约束聚变装置偏滤器石墨瓦在瞬时热冲击时温度。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供了一种检测磁约束聚变装置偏滤器石墨瓦瞬时温度的装置，包括：太赫兹波发射装置2、太赫兹波探测装置3、激光测距探头4、太赫兹时域-频域转换模块5、数据库模块6、结果输出模块7；
所述激光测距探头4与数据库模块6数据连接；所述太赫兹波发射装置2向偏滤器石墨瓦1射入太赫兹波，偏滤器石墨瓦1反射回的太赫兹波由太赫兹波探测装置3接收，太赫兹波探测装置3与太赫兹时域-频域转换模块5、数据库模块6、结果输出模块7依次数据连接。
数据库模块6的功能为：①记录探测距离；②读取数据库中探测距离下的标定温度特征谱线峰值位置；③自动提取工作温度特征谱线峰值位置并计算与标定温度频移量，同时，与数据库中该探测位置下的频移量-温度函数关系比照。
本实用新型的有益效果是：本实用新型采用反射太赫兹时域谱技术，能够在线、同步并且无接触无损伤地检测磁约束聚变装置偏滤器石墨瓦的热冲击瞬时温度。
附图说明
图1为本实用新型检测磁约束聚变装置偏滤器石墨瓦瞬时温度的装置的结构图。
附图标识：1-偏滤器石墨瓦，2-太赫兹波发射装置，3-太赫兹波探测装置，4-激光测距探头，5-太赫兹时域-频域转换模块，6-数据库模块，7-结果输出模块，8-计算机***。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1，本实用新型一种检测磁约束聚变装置偏滤器石墨瓦瞬时温度的装置，放置于磁约束聚变装置观测窗口外部，包括：太赫兹波发射装置2、太赫兹波探测装置3、激光测距探头4、太赫兹时域-频域转换模块5、数据库模块6、结果输出模块7；
所述激光测距探头方向垂直于偏滤器石墨瓦1，激光测距探头4探测偏滤器石墨瓦1与探头距离，并将记录的探测距离输入至数据库模块6；
所述太赫兹波发射装置2向偏滤器石墨瓦1射入太赫兹波，偏滤器石墨瓦1反射回的太赫兹波由太赫兹波探测装置3接收并记录该温度下偏滤器石墨瓦1反射回的太赫兹时域谱 
；
将上述太赫兹时域谱导入太赫兹时域-频域转换模块5，所述太赫兹时域-频域转换模块5将太赫兹时域谱
在有效频域内做傅里叶变换，得到工作温度下的频域谱
；
将上述频域谱导入数据分析及数据库比对模块6，数据分析及数据库比对模块6自动选取特征谱线，读取探测距离下标定温度的特征谱线峰值位置，计算工作温度与标定温度特征谱线峰值位置频移量；
所述数据分析及数据库比对模块6将上述频移量与数据库中探测温度下的频移量-温度函数关系相比对，从而算出工作瞬时温度，由结果输出模块7输出结果；将输出结果导入至计算机***8，计算机***8记录随着时间变化石墨瓦工作温度的变化情况。
数据库模块6的功能为：①记录探测距离；②读取数据库中探测距离下的标定温度特征谱线峰值位置；③自动提取工作温度特征谱线峰值位置并计算与标定温度频移量，同时，与数据库中该探测位置下的频移量-温度函数关系比照。
本实用新型中，数据库要求大量的数值模拟结果，需要集成不同探测距离下，不同温度与标定温度下特征谱线峰值频移量。由于目前最大的磁约束聚变装置——ITER托卡马克装置的放电腔内径约为4.2米，所以探测距离模拟的范围可为0.5米~10米。而对于不同温度的频移量，理论模拟计算发现，温度每改变20K即可看到太赫兹频域谱特征谱线的峰值有些微的频移量，在数据库的初步模拟中，可以在常温300K至石墨瓦熔点范围之内（约4000K）设置温度每20K甚至50K地变化，进而拟合出频移量-温度变化曲线。随着计算速度以及精度水平的增加，可以对探测距离以及温度变化的步长进行更好的优化，得到更为精确的数据库。
模拟结果显示温度不同时，太赫兹频域谱特征谱线峰值位置也会发生移动，因此，根据这一特性，可以由频域谱特征谱线峰值频移量来推断温度。
理论模拟计算后，可以拟合出温度随着频移量的函数变化关系，从而将实验与理论结果相比照，可得工作温度。
以上内容是结合优选技术方案对本发明所做的进一步详细说明，不能认定发明的具体实施仅限于这些说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出简单的推演及替换，都应当视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.检测磁约束聚变装置偏滤器石墨瓦瞬时温度的装置，其特征在于，所述检测磁约束聚变装置偏滤器石墨瓦瞬时温度的装置包括：太赫兹波发射装置（2）、太赫兹波探测装置（3）、激光测距探头（4）、太赫兹时域-频域转换模块（5）、数据库模块（6）、结果输出模块（7）；
所述激光测距探头（4）与数据库模块（6）数据连接；所述太赫兹波发射装置（2）向偏滤器石墨瓦（1）射入太赫兹波，偏滤器石墨瓦（1）反射回的太赫兹波由太赫兹波探测装置（3）接收，太赫兹波探测装置（3）与太赫兹时域-频域转换模块（5）、数据库模块（6）、结果输出模块（7）依次数据连接。
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