專利名稱：反射太赫茲譜技術(shù)檢測偏濾器石墨瓦瞬態(tài)溫度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核聚變與光學診斷領(lǐng)域，特別涉及一種反射太赫茲譜技術(shù)檢測偏濾器石墨瓦瞬態(tài)溫度的裝置，本發(fā)明便于集成，能夠快速、同步地返回溫度數(shù)據(jù)，且無接觸無損傷。
背景技術(shù)：
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，介于微波和紅外之間。太赫茲時域光譜系統(tǒng)是一種相干探測技術(shù)，能夠同時獲得太赫茲脈沖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系數(shù)和折射率等光學參數(shù)。太赫茲時域光譜技術(shù)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(jīng)廣泛應用于材料性質(zhì)的分析中。理論及實驗研究表明，很多工業(yè)材料用太赫茲時域光譜技術(shù)探測，能有效的產(chǎn)生共振吸收峰，從而提供了特征指紋譜，并可以進行探測識別。同時，在某些環(huán)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分辨率。在高密度、高溫、磁化等離子體中，太赫茲波同樣也表現(xiàn)出零吸收的特性，這就為太赫茲波用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(guān)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(tài)和分布是非常重要的。而傳統(tǒng)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(tài)，所以有一種同步并且能夠準確檢測高溫的裝置顯得必不可少。石墨在太赫茲波段可以特征識別，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，太赫茲頻域譜的特征譜線峰值位置會發(fā)生頻移，根據(jù)這一特征，可以理論計算不同溫度與標定溫度(如常溫300K)特征譜線位置的頻移距離，從而確定出溫度隨頻移量的變化函數(shù)關(guān)系，作為測溫曲線，集成為計算機數(shù)據(jù)庫，將石墨瓦工作溫度與標定溫度太赫茲頻域譜的頻移距離和數(shù)據(jù)庫相對比，以此可以計算出石墨瓦所處環(huán)境的溫度，將這些溫度實時返回到計算機系統(tǒng)中，從而同步檢測。綜上所述，利用反射太赫茲時域譜技術(shù)結(jié)合計算機數(shù)據(jù)庫可以集成為快速、同步檢測磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦在瞬時熱沖擊時溫度的裝置，在磁約束裝置窗口外向石墨瓦發(fā)射太赫茲波，并接收反射時域譜，達到無接觸無損傷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)問題，提供一種反射太赫茲譜技術(shù)檢測偏濾器石墨瓦瞬態(tài)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沖擊時的溫度。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供了一種反射太赫茲譜技術(shù)檢測偏濾器石墨瓦瞬態(tài)溫度的裝置，放置于磁約束聚變裝置觀測窗口外部，具體包括太赫茲波發(fā)射裝置2、太赫茲波探測裝置3、激光測距探頭4、太赫茲時域-頻域轉(zhuǎn)換模塊5、數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)庫比對模塊6、結(jié)果輸出模塊7 ;
所述激光測距探頭方向垂直于偏濾器石墨瓦I，激光測距探頭4探測偏濾器石墨瓦I與探頭距離，并將記錄的探測距離輸入至數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)庫比對模塊6 ；
所述太赫茲波發(fā)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接收并記錄該溫度下偏濾器石墨瓦I反射回的太赫茲時域
譜Ω.: .);
將上述太赫茲時域譜 Ω7( _；)導入太赫茲時域-頻域轉(zhuǎn)換模塊5，所述太赫茲時域-頻域轉(zhuǎn)換模塊5將太赫茲時域譜 Ω O)在有效頻域內(nèi)做傅里葉變換，得到工作溫度下的頻域譜 Ft(ω);
將上述頻域譜導入數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)庫比對模塊6，數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)庫比對
模塊6自動選取特征譜線，讀取探測距離下標定溫度的特征譜線峰值位置，計算工作溫度與標定溫度特征譜線峰值位置頻移量；
所述數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)庫比對模塊6將上述頻移量與數(shù)據(jù)庫中探測溫度下的頻移量-溫度函數(shù)關(guān)系相比對，從而算出工 作瞬時溫度，由結(jié)果輸出模塊7輸出結(jié)果；將輸出結(jié)果導入至計算機系統(tǒng)8，計算機系統(tǒng)8記錄隨著時間變化石墨瓦工作溫度的變化情況。數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)庫比對模塊6，其功能為①記錄探測距離；②讀取數(shù)據(jù)庫中探測距離下的標定溫度特征譜線峰值位置；③自動提取工作溫度特征譜線峰值位置并計算與標定溫度頻移量，同時，與數(shù)據(jù)庫中該探測位置下的頻移量-溫度函數(shù)關(guān)系比照。有益效果本發(fā)明采用反射太赫茲時域譜技術(shù)，能夠在線、同步并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沖擊瞬時溫度。


圖1為本發(fā)明反射太赫茲譜技術(shù)檢測偏濾器石墨瓦瞬態(tài)溫度的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明檢測磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦溫度的工作示意圖。圖3為本發(fā)明采用反射太赫茲時域光譜技術(shù)檢測托卡馬克偏濾器石墨瓦溫度設(shè)計流程圖。附圖標識1_偏濾器石墨瓦,2-太赫茲波發(fā)射裝置，3-太赫茲波探測裝置，4-激光測距探頭，5-太赫茲時域-頻域轉(zhuǎn)換模塊，6-數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)庫比對模塊，7-結(jié)果輸出模塊，8-計算機系統(tǒng)，9-磁約束聚變裝置，10-反射太赫茲譜技術(shù)檢測偏濾器石墨瓦瞬態(tài)溫度的裝置。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。參照圖1，本發(fā)明反射太赫茲譜技術(shù)檢測偏濾器石墨瓦瞬態(tài)溫度的裝置，放置于磁約束聚變裝置觀測窗口外部，具體包括太赫茲波發(fā)射裝置2、太赫茲波探測裝置3、激光測距探頭4、太赫茲時域-頻域轉(zhuǎn)換模塊5、數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)庫比對模塊6、結(jié)果輸出模塊7 ；所述激光測距探頭方向垂直于偏濾器石墨瓦1，激光測距探頭4探測偏濾器石墨瓦I與探頭距離，并將記錄的探測距離輸入至數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)庫比對模塊6 ；
所述太赫茲波發(fā)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接收并記錄該溫度下偏濾器石墨瓦I反射回的太赫茲時域
譜 QjCO ;
將上述太赫茲時域譜 Qr(t)導入太赫茲時域-頻域轉(zhuǎn)換模塊5，所述太赫茲時域-頻域轉(zhuǎn)換模塊5將太赫茲時域譜 Qr(t)在有效頻域內(nèi)做傅里葉變換，得到工作溫度下的頻域譜 Fr(ω);
將上述頻域譜 Fyi&J)導入數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)庫比對模塊6，數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)庫比對模塊6自動選取特征譜線，讀取探測距離下標定溫度的特征譜線峰值位置，計算工作溫度與標定溫度特征譜線峰值位置頻移量；· 所述數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)庫比對模塊6將上述頻移量與數(shù)據(jù)庫中探測溫度下的頻移量-溫度函數(shù)關(guān)系相比對，從而算出工作瞬時溫度，由結(jié)果輸出模塊7輸出結(jié)果；將輸出結(jié)果導入至計算機系統(tǒng)8，計算機系統(tǒng)8記錄隨著時間變化石墨瓦工作溫度的變化情況。數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)庫比對模塊6，其功能為①記錄探測距離；②讀取數(shù)據(jù)庫中探測距離下的標定溫度特征譜線峰值位置；③自動提取工作溫度特征譜線峰值位置并計算與標定溫度頻移量，同時，與數(shù)據(jù)庫中該探測位置下的頻移量-溫度函數(shù)關(guān)系比照。參照圖3，本發(fā)明采用反射太赫茲時域光譜技術(shù)檢測磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦瞬態(tài)溫度，具體包括以下步驟
步驟100 :在磁約束聚變裝置9正常工作時，將本發(fā)明放置于磁約束聚變裝置9觀測窗口外部，透過窗口向石墨瓦垂直射入太赫茲波，由一個激光測距模塊測量探頭到石墨瓦之
間距離，同時探頭測量并記錄工作溫度下由石墨瓦反射回的太赫茲時域波譜
步驟200:分析處理太赫茲時域波譜 Qr(O ;將太赫茲時域波譜 Ωτ(0在有
效頻域內(nèi)做傅里葉變換得到工作溫度下反射的頻域譜 ￥τ(ω);
步驟300 :計算機理論模擬不同溫度和標定溫度下石墨瓦的太赫茲時域譜，條件與偏濾器工作環(huán)境相同，對上述兩種太赫茲時域譜在有效頻域內(nèi)分別做傅里葉變換，得到標定溫度下的太赫茲頻域譜和不同溫度下的太赫茲頻域譜；
步驟400 :選取特征譜線，記錄不同溫度下特征譜線峰值與標定溫度下該特征譜線峰值的頻移量，得到頻移量-溫度關(guān)系曲線，擬合出頻移量與溫度的函數(shù)關(guān)系T=f ( △ V )，作為測溫函數(shù)關(guān)系，集成為計算機數(shù)據(jù)庫；
步驟500 :記錄石墨瓦工作溫度下特征譜線峰值與計算機數(shù)據(jù)庫標定溫度下該特征譜線峰值的頻移量，將此時的頻移量Λ V帶入到頻移量-溫度函數(shù)關(guān)系式，則可以得到石墨瓦此時的工作溫度T ; 步驟600 :將每個時刻石墨瓦工作溫度記錄保存于計算機系統(tǒng)，達到同步、快速檢測磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦熱沖擊瞬時溫度。以上內(nèi)容是結(jié)合優(yōu)選技術(shù)方案對本發(fā)明所做的進一步詳細說明，不能認定發(fā)明的具體實施僅限于這些說明。對本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)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(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.反射太赫茲譜技術(shù)檢測偏濾器石墨瓦瞬態(tài)溫度的裝置，其特征在于，所述反射太赫茲譜技術(shù)檢測偏濾器石墨瓦瞬態(tài)溫度的裝置，放置于磁約束聚變裝置觀測窗口外部，具體包括太赫茲波發(fā)射裝置(2)、太赫茲波探測裝置(3)、激光測距探頭(4)、太赫茲時域-頻域轉(zhuǎn)換模塊(5)、數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)庫比對模塊(6)、結(jié)果輸出模塊(7); 所述激光測距探頭方向垂直于偏濾器石墨瓦(1)，激光測距探頭(4)探測偏濾器石墨瓦(I)與探頭距離，并將記錄的探測距離輸入至數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)庫比對模塊(6)； 所述太赫茲波發(fā)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 )接收并記錄該溫度下偏濾器石墨瓦(I)反射回的太赫茲時域譜ar(r)； 將上述太赫茲時域譜 QtW 導入太赫茲時域-頻域轉(zhuǎn)換模塊(5)，所述太赫茲時域—頻域轉(zhuǎn)換模塊(5)將太赫茲時域譜 QT(t)在有效頻域內(nèi)做傅里葉變換，得到工作溫度下的頻域譜 Fr(M); 將上述頻域譜導入數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)庫比對模塊(6)，數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)庫比對模塊(6)自動選取特征譜線，讀取探測距離下標定溫度的特征譜線峰值位置，計算工作溫度與標定溫度特征譜線峰值位置頻移量； 所述數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)庫比對模塊(6)將上述頻移量與數(shù)據(jù)庫中探測溫度下的頻移量-溫度函數(shù)關(guān)系相比對，從而算出工作瞬時溫度，由結(jié)果輸出模塊(7)輸出結(jié)果；將輸出結(jié)果導入至計算機系統(tǒng)(8)，計算機系統(tǒng)(8)記錄隨著時間變化石墨瓦工作溫度的變化情況。
全文摘要
本發(fā)明涉及核聚變與光學診斷領(lǐng)域，公開了一種反射太赫茲譜技術(shù)檢測偏濾器石墨瓦瞬態(tài)溫度的裝置，太赫茲波發(fā)射裝置透過窗口向石墨瓦垂直射入太赫茲波，激光測距模塊測量探頭到石墨瓦之間距離，同時探頭測量并記錄工作溫度下由石墨瓦反射回的太赫茲時域波譜，并將其在有效頻域內(nèi)做傅里葉變換得到工作溫度下頻域譜；數(shù)據(jù)自動選取特征譜線，讀取數(shù)據(jù)庫中該探測距離時標定溫度下該特征譜線位置，兩者相比較得出頻移量，與數(shù)據(jù)庫的頻移量-溫度的函數(shù)關(guān)系相對照推斷出瞬時溫度，將結(jié)果輸出并導入至計算機系統(tǒng)保存。本發(fā)明采用反射太赫茲時域譜技術(shù)，能夠在線、同步并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沖擊瞬時溫度。
文檔編號G01K11/00GK103048061SQ201210420320
公開日2013年4月17日 申請日期2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月29日
發(fā)明者信裕, 海然, 哈桑, 丁洪斌 申請人:大連理工大學