CN103048061B - 反射太赫兹谱技术检测偏滤器石墨瓦瞬态温度的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及核聚变与光学诊断领域，公开了一种反射太赫兹谱技术检测偏滤器石墨瓦瞬态温度的装置，太赫兹波发射装置透过窗口向石墨瓦垂直射入太赫兹波，激光测距模块测量探头到石墨瓦之间距离，同时探头测量并记录工作温度下由石墨瓦反射回的太赫兹时域波谱，并将其在有效频域内做傅里叶变换得到工作温度下频域谱；数据自动选取特征谱线，读取数据库中该探测距离时标定温度下该特征谱线位置，两者相比较得出频移量，与数据库的频移量-温度的函数关系相对照推断出瞬时温度，将结果输出并导入至计算机系统保存。本发明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
本发明涉及核聚变与光学诊断领域，特别涉及一种反射太赫兹谱技术检测偏滤器石墨瓦瞬态温度的装置，本发明便于集成，能够快速、同步地返回温度数据，且无接触无损伤。
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。太赫兹时域光谱系统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，这就为太赫兹波用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，所以有一种同步并且能够准确检测高温的装置显得必不可少。
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，可以理论计算不同温度与标定温度(如常温300K)特征谱线位置的频移距离，从而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，将石墨瓦工作温度与标定温度太赫兹频域谱的频移距离和数据库相对比，以此可以计算出石墨瓦所处环境的温度，将这些温度实时返回到计算机系统中，从而同步检测。
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以集成为快速、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
本发明的目的：为解决上述现有技术中的技术问题，提供一种反射太赫兹谱技术检测偏滤器石墨瓦瞬态温度的装置，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的温度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供了一种反射太赫兹谱技术检测偏滤器石墨瓦瞬态温度的装置，放置于磁约束聚变装置观测窗口外部，具体包括：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、数据分析及数据库比对模块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分析及数据库比对模块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ΩT(t)；
将上述太赫兹时域谱ΩT(t)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ΩT(t)在有效频域内做傅里叶变换，得到工作温度下的频域谱FT(ω)；
将上述频域谱FT(ω)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自动选取工作温度的特征谱线峰值位置，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系统8，计算机系统8记录随着时间变化石墨瓦工作温度的变化情况。
数据分析及数据库比对模块6，其功能为：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。
有益效果：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为本发明反射太赫兹谱技术检测偏滤器石墨瓦瞬态温度的装置的结构示意图。
图2为本发明检测磁约束聚变装置偏滤器石墨瓦温度的工作示意图。
图3为本发明采用反射太赫兹时域光谱技术检测托卡马克偏滤器石墨瓦温度设计流程图。
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-数据分析及数据库比对模块，7-结果输出模块，8-计算机系统，9-磁约束聚变装置，10-反射太赫兹谱技术检测偏滤器石墨瓦瞬态温度的装置。
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，本发明反射太赫兹谱技术检测偏滤器石墨瓦瞬态温度的装置，放置于磁约束聚变装置观测窗口外部，具体包括：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、数据分析及数据库比对模块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分析及数据库比对模块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ΩT(t)；
将上述太赫兹时域谱ΩT(t)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ΩT(t)在有效频域内做傅里叶变换，得到工作温度下的频域谱FT(ω)；
将上述频域谱FT(ω)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自动选取工作温度的特征谱线峰值位置，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系统8，计算机系统8记录随着时间变化石墨瓦工作温度的变化情况。
数据分析及数据库比对模块6，其功能为：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。
参照图3，本发明采用反射太赫兹时域光谱技术检测磁约束聚变装置偏滤器石墨瓦瞬态温度，具体包括以下步骤：
步骤100：在磁约束聚变装置9正常工作时，将本发明放置于磁约束聚变装置9观测窗口外部，透过窗口向石墨瓦垂直射入太赫兹波，由一个激光测距模块测量探头到石墨瓦之间距离，同时探头测量并记录工作温度下由石墨瓦反射回的太赫兹时域波谱ΩT(t)；
步骤200：分析处理太赫兹时域波谱ΩT(t)；将太赫兹时域波谱ΩT(t)在有效频域内做傅里叶变换得到工作温度下反射的频域谱FT(ω)；
步骤300：计算机理论模拟不同温度和标定温度下石墨瓦的太赫兹时域谱，条件与偏滤器工作环境相同，对上述两种太赫兹时域谱在有效频域内分别做傅里叶变换，得到标定温度下的太赫兹频域谱和不同温度下的太赫兹频域谱；
步骤400：选取特征谱线，记录不同温度下特征谱线峰值与标定温度下该特征谱线峰值的频移量，得到频移量-温度关系曲线，拟合出频移量与温度的函数关系T＝f(Δν)，作为测温函数关系，集成为计算机数据库；
步骤500：记录石墨瓦工作温度下特征谱线峰值与计算机数据库标定温度下该特征谱线峰值的频移量，将此时的频移量Δν带入到频移量-温度函数关系式，则可以得到石墨瓦此时的工作温度T；
步骤600：将每个时刻石墨瓦工作温度记录保存于计算机系统，达到同步、快速检测磁约束聚变装置偏滤器石墨瓦热冲击瞬时温度。
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.反射太赫兹谱技术检测偏滤器石墨瓦瞬态温度的装置，其特征在于，所述反射太赫兹谱技术检测偏滤器石墨瓦瞬态温度的装置，放置于磁约束聚变装置观测窗口外部，具体包括：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)、数据分析及数据库比对模块(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)与探头之间的距离，并将记录的探测距离输入至数据分析及数据库比对模块(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ΩT(t)；
将上述太赫兹时域谱ΩT(t)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ΩT(t)在有效频域内做傅里叶变换，得到工作温度下的频域谱FT(ω)；
将上述频域谱FT(ω)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)自动选取工作温度的特征谱线峰值位置，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系统(8)，计算机系统(8)记录随着时间变化石墨瓦工作温度的变化情况。
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