CN111785606A - 一种可调节微波入射角度的准光学传输装置及其调角方法 - Google Patents

一种可调节微波入射角度的准光学传输装置及其调角方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于受控核聚变等离子体诊断技术领域，具体涉及一种可调节微波入射角度的准光学传输装置及其调角方法,包括：高斯透镜、真空腔、椭球镜、法兰A、法兰B、盲板、金属杆、平面镜、密封法兰、螺杆和步进电机；本装置通过高斯透镜调节微波束腰以减少微波传输损耗；通过调整平面镜倾斜度从而实现不同角度的微波入射。

Description

一种可调节微波入射角度的准光学传输装置及其调角方法
技术领域
本发明属于受控核聚变等离子体诊断技术领域，具体涉及一种可调节微波入射角度的准光学传输装置及其调角方法。
背景技术
受控核聚变极可能是彻底解决人类能源问题的终极途径之一。但磁约束等离子体中存在宏观不稳定性和微观不稳定性，它们是托克马克装置维持长期稳态运行面临的巨大挑战。为了深入分析这些磁流体不稳定性的基本特征及其激发的相关依赖参数，微波反射计因其灵敏性及对等离子体无扰的特征成为绝大对数托卡马克装置开展磁流体不稳定性测量的重要诊断。通常情况下，微波反射计根据入射等离子体的微波角度可分为常规反射计和多普勒反射计。两种反射计最大的区别在于微波入射等离子体的角度不同；常规反射计发射的微波垂直于等离子体入射，即入射角度为0；多普勒反射计则以一定的角度δ射入等离子体，入射角度与湍流波数、入射波数之间的关系满足kt＝kisin(δ)，由此可见，当微波的频率固定时，多普勒能够测量湍流的能力受限于入射角度。为了实现具有角度入射，通常采用的方法是将多普勒反射计安装在偏离中平面的位置。常规反射计对宏观不稳定性，如高能量粒子模的响应更加灵敏，而多普勒更多用于微观湍流的测量。两种反射计安装在不同的位置才能满足物理测量需求，但是在现有及未来托卡马克装置中，诊断窗口极为有限，因此必须采取有效措施使得微波能够以不同的角度入射等离子体，并尽量扩大反射计对不同特征尺度湍流的测量能力。
因此，需要设计一种可调节微波入射角度的准光学传输装置及其调节微波入射角度方法，可通过调节微波入射角度从而实现常规反射计和多普勒系统的自由切换，实现对不同波数大小的湍流测量。
发明内容
本发明的目的是设计一种可调节微波入射角度的准光学传输装置及其调角方法，通过调节微波入射角度实现常规反射计和多普勒系统的自由切换，用于解决现有和未来托卡马克装置中因诊断窗口有限，不便同时安装两种反射计进行磁流体不稳定性测量诊断的问题。
本发明的技术方案：
一种可调微波入射角度的准光学传输装置，包括:高斯透镜、真空腔、椭球镜、法兰A、法兰B、盲板、金属杆、平面镜、密封法兰、螺杆和步进电机；
所述真空腔外部一端安装高斯透镜；真空腔外部的另一端通过法兰B固定有盲板；
所述真空腔上还设置有螺杆，螺杆的一端设置在真空腔内部并连接平面镜，螺杆的另一端设置在真空腔外部并依次串接由密封法兰和步进电机；
所述金属杆设置在真空腔内部，金属杆的一端与平面镜连接；金属杆的另一端连接盲板；
所述椭球镜固定在真空腔内部；
所述法兰A设置在真空腔的外部，与托卡马克真空室相连接。
所述真空腔整体呈中空L型结构，微波通过高斯透镜射入至真空腔内部后，射入椭球镜上。
所述椭球镜固定在真空腔内部直角转角位置处，且可接收到通过高斯透镜射入的微波；
所述椭球镜还与真空腔内的平面镜平行设置，且椭球镜反射后的微波可垂直射入至平面镜上。
所述法兰A设置在真空腔外部，其在真空腔外部设置位置与平面镜设置在真空腔内部的位置高度相同，且经过平面镜反射后的微波能通过法兰A摄入托卡马克真空室内。
所述法兰A整体结构呈椭圆圆环形结构。
所述真空腔整体为低磁导率不锈钢材质，所述密封法兰的一端固定在真空腔的外壁上，密封法兰的另一端与步进电机固定连接。
一种如上所述的可调微波入射角度的准光学传输装置的调角方法，包括如下步骤：
步骤一：微波通过高斯透镜射入至真空腔内部，在真空腔内部汇聚之后射入椭球镜；
步骤二：微波经过椭球镜反射射入由金属杆支撑的平面镜上，此时，开启步进电机，通过步进电机运动使螺杆在真空腔的水平方向上呈左右运动；
步骤三：螺杆左右运动的同时带动平面镜在真空腔内同频微小转动，从而使反射至平面镜上的微波以一定的角度通过法兰A入射到托卡马克真空室的等离子体中。
本发明的有益效果：
本发明设计的装置通过高斯透镜调节微波束腰以减少微波传输损耗；通过调整第二反射面倾斜度从而实现不同角度的微波入射；通过将传输装置与真空室直接相连以保护微波器件；本发明还具有以下优点：本装置通过控制步进电机的参数就可以灵活调节微波入射角度；准光学传输装置通过跑道型法兰整体与真空室连接，装置法兰没透镜没密封，而密封透镜在后端，不会被等离子体污染。调节微波入射角度从而既可以实现常规反射计和多普勒系统的自由切换，又可以实现对不同波数大小的湍流测量。
附图说明
图1为本发明中所述的一种可调微波入射角度的准光学传输装置结构示意图；
其中：1-高斯透镜、2-真空腔、3-椭球镜、4-法兰A、5-法兰B、6-盲板、7-金属杆、8-平面镜、9-密封法兰、10-螺杆、11-步进电机
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明进行进一步的介绍：
本装置通过高斯透镜调节微波束腰以减少微波传输损耗；通过调整第二反射面，即平面镜的倾斜度从而实现不同角度的微波入射；通过将传输装置与托克马克真空室直接相连以保护微波器件。
具体实施例如下：一种可调微波入射角度的准光学传输装置，包括:高斯透镜1、真空腔2、椭球镜3、法兰A4、法兰B5、盲板6、金属杆7、平面镜8、密封法兰9、螺杆10和步进电机11；
其中，真空腔2外部一端安装高斯透镜1；真空腔2外部的另一端通过法兰B5固定有盲板6；真空腔2上还设置有螺杆10，螺杆10的一端设置在真空腔2内部并连接平面镜8，螺杆10的另一端设置在真空腔2外部并依次串接由密封法兰9和步进电机11；金属杆7设置在真空腔2内部，金属杆7的一端与平面镜8连接；金属杆7的另一端连接盲板6；
真空腔2整体呈中空L型结构，真空腔2整体为低磁导率不锈钢材质，微波通过高斯透镜1射入至真空腔2内部后，射入椭球镜3上。
椭球镜3固定在真空腔2内部的直角转角位置处，且可接收到通过高斯透镜1射入的微波；椭球镜3还与真空腔2内的平面镜8平行设置，且椭球镜3反射后的微波可垂直射入至平面镜8上。
法兰A4整体结构呈椭圆圆环形结构，法兰A4设置在真空腔2的外部，与托卡马克真空室相连接，法兰A4在真空腔2外部设置位置与平面镜8设置在真空腔2内部的位置高度相同，且经过平面镜8反射后的微波能通过法兰A4摄入托卡马克真空室内。
密封法兰9的一端固定在真空腔2的外壁上，密封法兰9的另一端与步进电机11固定连接。
一种如上所述的可调微波入射角度的准光学传输装置的调角方法，包括如下步骤：
步骤一：微波通过高斯透镜1射入至真空腔2内部，在真空腔2内部汇聚之后射入椭球镜3；
步骤二：微波经过椭球镜3反射射入由金属杆7支撑的平面镜8上，此时，开启步进电机11，通过步进电机11运动使螺杆10在真空腔2的水平方向上呈左右运动；
步骤三：螺杆10左右运动的同时带动平面镜8在真空腔2内同频微小转动，从而使反射至平面镜8上的微波以一定的角度通过法兰A4入射到托卡马克真空室的等离子体中。
本发明装置通过法兰A4直接与托克马克装置真空室连接，高斯透镜1作为密封透镜，其远离托卡马克装置法兰从而避免被等离子体镀化污染。
本装置设计的调节微波入射反射角度的方法在现有及未来的磁约束核聚变实验与工程中均可以使用，具有重要应用价值。
其中法兰A4不设透镜且不密封，是直接穿透的；法兰B5不设透镜但密封，使用盲板6直接密封。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (8)

1.一种可调微波入射角度的准光学传输装置，其特征在于,包括:高斯透镜(1)、真空腔(2)、椭球镜(3)、法兰A(4)、法兰B(5)、盲板(6)、金属杆(7)、平面镜(8)、密封法兰(9)、螺杆(10)和步进电机(11)；
所述真空腔(2)外部一端安装高斯透镜(1)；真空腔(2)外部的另一端通过法兰B(5)固定有盲板(6)；
所述真空腔(2)上还设置有螺杆(10)，螺杆(10)的一端设置在真空腔(2)内部并连接平面镜(8)，螺杆(10)的另一端设置在真空腔(2)外部并依次串接由密封法兰(9)和步进电机(11)；
所述金属杆(7)设置在真空腔(2)内部，金属杆(7)的一端与平面镜(8)连接；金属杆(7)的另一端连接盲板(6)；
所述椭球镜(3)固定在真空腔(2)内部；
所述法兰A(4)设置在真空腔(2)的外部，与托卡马克真空室相连接。
2.如权利要求1所述的一种可调微波入射角度的准光学传输装置，其特征在于，所述真空腔(2)整体呈中空L型结构，微波通过高斯透镜(1)射入至真空腔(2)内部后，射入椭球镜(3)上。
3.如权利要求2所述的一种可调微波入射角度的准光学传输装置，其特征在于：所述椭球镜(3)固定在真空腔(2)内部直角转角位置处，且可接收到通过高斯透镜(1)射入的微波。
4.如权利要求3所述的一种可调微波入射角度的准光学传输装置，其特征在于：所述椭球镜(3)还与真空腔(2)内的平面镜(8)平行设置，且椭球镜(3)反射后的微波可垂直射入至平面镜(8)上。
5.如权利要求4所述的一种可调微波入射角度的准光学传输装置，其特征在于：所述法兰A(4)设置在真空腔(2)外部，其在真空腔(2)外部设置位置与平面镜(8)设置在真空腔(2)内部的位置高度相同，且经过平面镜(8)反射后的微波能通过法兰A(4)摄入托卡马克真空室内。
6.如权利要求5所述的一种可调微波入射角度的准光学传输装置，其特征在于：所述法兰A(4)整体结构呈椭圆圆环形结构。
7.如权利要求6所述的一种可调微波入射角度的准光学传输装置，其特征在于：所述真空腔(2)整体为低磁导率不锈钢材质，所述密封法兰(9)的一端固定在真空腔(2)的外壁上，密封法兰(9)的另一端与步进电机(11)固定连接。
8.一种如权利要求1至7所述的任意一项可调微波入射角度的准光学传输装置的调角方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：微波通过高斯透镜(1)射入至真空腔(2)内部，在真空腔(2)内部汇聚之后射入椭球镜(3)；
步骤二：微波经过椭球镜(3)反射射入由金属杆(7)支撑的平面镜(8)上，此时，开启步进电机(11)，通过步进电机(11)运动使螺杆(10)在真空腔(2)的水平方向上呈左右运动；
步骤三：螺杆(10)左右运动的同时带动平面镜(8)在真空腔(2)内同频微小转动，从而使反射至平面镜(8)上的微波以一定的角度通过法兰A(4)入射到托卡马克真空室的等离子体中。
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