檢測磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦瞬時溫度的裝置的製作方法

2023-07-16 08:33:36 3

專利名稱：檢測磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦瞬時溫度的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及核聚變與光學診斷領域，特別涉及一種檢測磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦瞬時溫度的裝置，其採用反射太赫茲時域譜技術來檢測磁約束聚變裝置中偏濾器石墨瓦在瞬態熱衝擊時溫度，能夠快速、同步地返回溫度數據，且無接觸無損傷，實用性強。
背景技術：
太赫茲(Terahertz or THz)波通常指的是頻率處在O.1THz IOTHz之間的電磁波，介於微波和紅外之間。太赫茲時域光譜系統是一種相干探測技術，能夠同時獲得太赫茲脈衝的振幅信息和相位信息，通過對時間波形進行傅立葉變換能直接得到樣品的吸收係數和折射率等光學參數。太赫茲時域光譜技術因為有著很高的探測信噪比和較寬的探測帶寬，探測靈敏度很高，所以已經廣泛應用於材料性質的分析中。理論及實驗研究表明，很多工業材料用太赫茲時域光譜技術探測，能有效的產生共振吸收峰，從而提供了特徵指紋譜，並可以進行探測識別。同時，在某些環境下，太赫茲波具有獨特的強透射能力和低輻射能量的特點，不會對材料造成傷害，而且具有高功率及高解析度。在高密度、高溫、磁化等離子體中，太赫茲波同樣也表現出零吸收的特性，這就為利用太赫茲波來檢測磁約束聚變裝置中工作溫度提供了可能。磁約束聚變裝置中偏濾器主要是石墨瓦，而偏濾器是聚變反應堆中的關鍵部件。在實際工作條件下，面對等離子體的偏濾器表面要隨受很大的熱負荷，所以研究偏濾器材料表面在高熱負荷下的溫度狀態和分布是非常重要的。而傳統的熱電偶溫度計只能間接測量溫度，無法準確實時地描述石墨瓦溫度狀態，所以需要有這樣一種同步並且準確檢測高溫的裝置。石墨在太赫茲波段可以特徵識別，理論模擬計算表明，隨著溫度的變化，太赫茲波射入石墨反射回的太赫茲譜也會有著相應的變化，太赫茲頻域譜的特徵譜線峰值位置會發生頻移，根據這一特徵，可以理論確定出溫度隨頻移量的變化函數關係，作為測溫曲線，集成為計算機資料庫。綜上所述，利用反射太赫茲時域譜技術結合計算機資料庫可集成為快速、同步檢測磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦在瞬時熱衝擊時溫度的裝置，在磁約束裝置窗口外向石墨瓦發射太赫茲波，並接收反射時域譜，達到無接觸無損傷。
發明內容本實用新型的目的為解決上述現有技術中的技術問題，提供一種檢測磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦瞬時溫度的裝置，能夠在線、同步且無接觸無損傷的檢測磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦在瞬時熱衝擊時溫度。為達到上述目的，本實用新型採用的技術方案是提供了一種檢測磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦瞬時溫度的裝置，包括太赫茲波發射裝置2、太赫茲波探測裝置3、雷射測距探頭4、太赫茲時域-頻域轉換模塊5、資料庫模塊6、結果輸出模塊7 ；[0008]所述雷射測距探頭4與資料庫模塊6數據連接；所述太赫茲波發射裝置2向偏濾器石墨瓦I射入太赫茲波，偏濾器石墨瓦I反射回的太赫茲波由太赫茲波探測裝置3接收，太赫茲波探測裝置3與太赫茲時域-頻域轉換模塊5、資料庫模塊6、結果輸出模塊7依次數據連接。資料庫模塊6的功能為①記錄探測距離；②讀取資料庫中探測距離下的標定溫度特徵譜線峰值位置；③自動提取工作溫度特徵譜線峰值位置並計算與標定溫度頻移量，同時，與資料庫中該探測位置下的頻移量-溫度函數關係比照。本實用新型的有益效果是本實用新型採用反射太赫茲時域譜技術，能夠在線、同步並且無接觸無損傷地檢測磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦的熱衝擊瞬時溫度。

圖1為本實用新型檢測磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦瞬時溫度的裝置的結構圖。附圖標識1-偏濾器石墨瓦,2-太赫茲波發射裝置，3-太赫茲波探測裝置，4-雷射測距探頭，5-太赫茲時域-頻域轉換模塊，6-資料庫模塊，7-結果輸出模塊，8-計算機系統。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。參照圖1，本實用新型ー種檢測磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦瞬時溫度的裝置，放置於磁約束聚變裝置觀測窗口外部，包括太赫茲波發射裝置2、太赫茲波探測裝置3、雷射測距探頭4、太赫茲時域-頻域轉換模塊5、資料庫模塊6、結果輸出模塊7 ；所述雷射測距探頭方向垂直於偏濾器石墨瓦1，雷射測距探頭4探測偏濾器石墨瓦I與探頭距離，並將記錄的探測距離輸入至資料庫模塊6 ；所述太赫茲波發射裝置2向偏濾器石墨瓦I射入太赫茲波,偏濾器石墨瓦I反射回的太赫茲波由太赫茲波探測裝置3接收並記錄該溫度下偏濾器石墨瓦I反射回的太赫茲時域譜rむひ)；將上述太赫茲時域譜Q1^t)導入太赫茲時域-頻域轉換模塊5，所述太赫茲時域-頻域轉換模塊5將太赫茲時域譜Q1^O在有效頻域內做傅立葉變換，得到工作溫度下的頻域譜Fr(CU);將上述頻域譜F1^w)導入數據分析及資料庫比對模塊6，數據分析及資料庫比對模塊6自動選取特徵譜線，讀取探測距離下標定溫度的特徵譜線峰值位置，計算工作溫度與標定溫度特徵譜線峰值位置頻移量；所述數據分析及資料庫比對模塊6將上述頻移量與資料庫中探測溫度下的頻移量-溫度函數關係相比對，從而算出工作瞬時溫度，由結果輸出模塊7輸出結果；將輸出結果導入至計算機系統8，計算機系統8記錄隨著時間變化石墨瓦工作溫度的變化情況。資料庫模塊6的功能為①記錄探測距離；②讀取資料庫中探測距離下的標定溫度特徵譜線峰值位置；③自動提取工作溫度特徵譜線峰值位置並計算與標定溫度頻移量，同時，與資料庫中該探測位置下的頻移量-溫度函數關係比照。[0021]本實用新型中，資料庫要求大量的數值模擬結果，需要集成不同探測距離下，不同溫度與標定溫度下特徵譜線峰值頻移量。由於目前最大的磁約束聚變裝置——ITER託卡馬克裝置的放電腔內徑約為4. 2米，所以探測距離模擬的範圍可為O. 5米 10米。而對於不同溫度的頻移量，理論模擬計算發現，溫度每改變20K即可看到太赫茲頻域譜特徵譜線的峰值有些微的頻移量，在資料庫的初步模擬中，可以在常溫300K至石墨瓦熔點範圍之內(約4000K)設置溫度每20K甚至50K地變化，進而擬合出頻移量_溫度變化曲線。隨著計算速度以及精度水平的增加，可以對探測距離以及溫度變化的步長進行更好的優化，得到更為精確的資料庫。模擬結果顯示溫度不同時，太赫茲頻域譜特徵譜線峰值位置也會發生移動，因此，根據這一特性，可以由頻域譜特徵譜線峰值頻移量來推斷溫度。理論模擬計算後，可以擬合出溫度隨著頻移量的函數變化關係，從而將實驗與理論結果相比照，可得工作溫度。以上內容是結合優選技術方案對本發明所做的進一步詳細說明，不能認定發明的具體實施僅限於這些說明。對本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明的構思的前提下，還可以做出簡單的推演及替換，都應當視為本發明的保護範圍。
權利要求1.檢測磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦瞬時溫度的裝置，其特徵在於，所述檢測磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦瞬時溫度的裝置包括太赫茲波發射裝置(2)、太赫茲波探測裝置(3)、雷射測距探頭(4)、太赫茲時域-頻域轉換模塊(5)、資料庫模塊(6)、結果輸出模塊(7)； 所述雷射測距探頭(4 )與資料庫模塊(6 )數據連接；所述太赫茲波發射裝置(2 )向偏濾器石墨瓦(I)射入太赫茲波，偏濾器石墨瓦(I)反射回的太赫茲波由太赫茲波探測裝置(3)接收，太赫茲波探測裝置(3)與太赫茲時域-頻域轉換模塊(5)、資料庫模塊(6)、結果輸出模塊(7)依次數據連接。
專利摘要本實用新型涉及核聚變與光學診斷領域，公開了一種檢測磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦瞬時溫度的裝置，具體包括太赫茲波發射裝置、太赫茲波探測裝置、雷射測距探頭、太赫茲時域-頻域轉換模塊、資料庫模塊、結果輸出模塊；所述雷射測距探頭與資料庫模塊數據連接；所述太赫茲波發射裝置向偏濾器石墨瓦射入太赫茲波，偏濾器石墨瓦反射回的太赫茲波由太赫茲波探測裝置接收，太赫茲波探測裝置與太赫茲時域-頻域轉換模塊、資料庫模塊、結果輸出模塊依次數據連接。本實用新型採用反射太赫茲時域譜技術，能夠在線、同步並且無接觸無損傷地檢測磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦的熱衝擊瞬時溫度。
文檔編號G01K11/00GK202869690SQ20122055911
公開日2013年4月10日 申請日期2012年10月29日 優先權日2012年10月29日
發明者信裕, 海然, 哈桑, 丁洪斌 申請人:大連理工大學