專利名稱：一種檢測(cè)磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦瞬態(tài)溫度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核聚變與光學(xué)診斷領(lǐng)域，特別涉及一種檢測(cè)磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦瞬態(tài)溫度的方法，該方法較之傳統(tǒng)的熱電偶溫度計(jì)相比，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(shí)域光譜系統(tǒng)是一種相干探測(cè)技術(shù)，能夠同時(shí)獲得太赫茲脈沖的振幅信息和相位信息，通過對(duì)時(shí)間波形進(jìn)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(xué)參數(shù)。太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)因?yàn)橛兄芨叩奶綔y(cè)信噪比和較寬的探測(cè)帶寬，探測(cè)靈敏度很高，所以已經(jīng)廣泛應(yīng)用于材料性質(zhì)的分析中。理論及實(shí)驗(yàn)研究表明，很多工業(yè)材料用太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)探測(cè)，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(jìn)行探測(cè)識(shí)別。同時(shí)，在某些環(huán)境下，太赫茲波具有獨(dú)特的強(qiáng)透射能力和低輻射能量的特點(diǎn)，不會(huì)對(duì)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(cè)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(yīng)堆中的關(guān)鍵部件。在實(shí)際工作條件下，面對(duì)等離子體的偏濾器表面要隨受很大的熱負(fù)荷，所以研究偏濾器材料表面在高熱負(fù)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(jì)只能間接測(cè)量溫度，無法準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地描述石墨瓦溫度狀態(tài)，所以用一種方法來同步并且準(zhǔn)確地檢測(cè)高溫環(huán)境就顯得必不可少。
石墨在太赫茲波段可以特征識(shí)別，理論模擬計(jì)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(huì)有著相應(yīng)的變化，太赫茲頻域譜的特征譜線峰值位置會(huì)發(fā)生頻移，根據(jù)這一特征，可以理論計(jì)算不同溫度與標(biāo)定溫度(如常溫300Κ)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(cè)溫曲線，集成為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫，將石墨瓦工作溫度與標(biāo)定溫度太赫茲頻域譜的頻移距離和數(shù)據(jù)庫相對(duì)比，以此可以計(jì)算出石墨瓦所處環(huán)境的溫度，將這些溫度實(shí)時(shí)返回到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，從而同步檢測(cè)。綜上所述，利用反射太赫茲時(shí)域譜技術(shù)結(jié)合計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫為快速、同步檢測(cè)磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦在瞬時(shí)熱沖擊時(shí)溫度提供了條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)問題，提供一種檢測(cè)磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦瞬態(tài)溫度的方法，本發(fā)明能夠在線、同步且無接觸無損傷的檢測(cè)磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦在瞬時(shí)熱沖擊時(shí)溫度的方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明才有的技術(shù)方案是提供了一種檢測(cè)磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦瞬態(tài)溫度的方法，具體包括以下步驟步驟100 :在磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦正常工作時(shí)，將太赫茲波垂直入射到石墨瓦上，探頭測(cè)量并記錄工作溫度下由石墨瓦反射回的太赫茲時(shí)域波譜Ωγ(γ)；
步驟200 :分析處理太赫茲時(shí)域波譜Qr(i);將太赫茲時(shí)域波譜QF(f)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IV(CU);
步驟300 :計(jì)算機(jī)理論模擬不同溫度和標(biāo)定溫度下石墨瓦的太赫茲時(shí)域譜，條件與偏濾器工作環(huán)境相同，對(duì)上述兩種太赫茲時(shí)域譜在有效頻域內(nèi)分別做傅里葉變換，得到標(biāo)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(biāo)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(cè)溫函數(shù)關(guān)系，集成為計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫標(biāo)定溫度下該特征譜線峰值的頻移量，將此時(shí)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(shí)的工作溫度T ;
步驟600 :將每個(gè)時(shí)刻石墨瓦工作溫度記錄保存于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，達(dá)到同步、快速檢測(cè)磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦熱沖擊瞬時(shí)溫度。有益效果本發(fā)明采用反射太赫茲時(shí)域譜技術(shù)，能夠在線、同步并且無接觸無損傷地檢測(cè)磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦的熱沖擊瞬時(shí)溫度。


圖1為本發(fā)明采用反射太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)檢測(cè)托卡馬克偏濾器石墨瓦溫度流程不意圖。圖2為標(biāo)定溫度與不同溫度下的太赫茲頻域譜線頻移示意圖。圖3為數(shù)據(jù)庫中模擬的頻移量-溫度函數(shù)關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式為了更好地說明反射太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)如何應(yīng)用于檢測(cè)磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦溫度，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。參照?qǐng)D1，一種檢測(cè)磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦瞬態(tài)溫度的方法，具體包括以下步驟
步驟100 :在磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦正常工作時(shí)，將太赫茲波垂直入射到石墨瓦上，探頭測(cè)量并記錄工作溫度下由石墨瓦反射回的太赫茲時(shí)域波譜Ω“ )；
步驟200 :分析處理太赫茲時(shí)域波譜Qr(t);將太赫茲時(shí)域波譜QF(i)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Ft(W);
步驟300 :計(jì)算機(jī)理論模擬不同溫度和標(biāo)定溫度(如常溫300K)下石墨瓦的太赫茲時(shí)域譜，條件與偏濾器工作環(huán)境相同，對(duì)上述兩種太赫茲時(shí)域譜在有效頻域內(nèi)分別做傅里葉變換，得到標(biāo)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(biāo)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(cè)溫函數(shù)關(guān)系，集成為計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫標(biāo)定溫度下該特征譜線峰值的頻移量，將此時(shí)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(shí)的工作溫度T ；
步驟600 :將每個(gè)時(shí)刻石墨瓦工作溫度記錄保存于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，達(dá)到同步、快速檢測(cè)磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦熱沖擊瞬時(shí)溫度。參照?qǐng)D2，模擬結(jié)果顯示溫度不同時(shí)，太赫茲頻域譜特征譜線峰值位置也會(huì)發(fā)生移動(dòng)，因此，根據(jù)這一特性，可以由頻域譜特征譜線峰值頻移量來推斷溫度。參照?qǐng)D3，理論模擬計(jì)算后，可以擬合出溫度隨著頻移量的函數(shù)變化關(guān)系，從而將實(shí)驗(yàn)與理論結(jié)果相比照，可得工作溫度。以上內(nèi)容是結(jié)合優(yōu)選技術(shù)方案對(duì)本發(fā)明所做的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定發(fā)明的具體實(shí)施僅限于這些說明。對(duì)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(jiǎn)單的推演及替換，都應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.ー種檢測(cè)磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦瞬態(tài)溫度的方法，具體包括以下步驟 步驟100 :在磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦正常工作吋，將太赫茲波垂直入射到石墨瓦上，探頭測(cè)量并記錄工作溫度下由石墨瓦反射回的太赫茲時(shí)域波譜or(0 ； 步驟200 :分析處理太赫茲時(shí)域波譜Q7(t);將太赫茲時(shí)域波譜￡^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Fgw〕； 步驟300 :計(jì)算機(jī)理論模擬不同溫度和標(biāo)定溫度下石墨瓦的太赫茲時(shí)域譜，條件與偏濾器工作環(huán)境相同，對(duì)上述兩種太赫茲時(shí)域譜在有效頻域內(nèi)分別做傅里葉變換，得到標(biāo)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(biāo)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(cè)溫函數(shù)關(guān)系，集成為計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫標(biāo)定溫度下該特征譜線峰值的頻移量，將此時(shí)的頻移量△ V帶入到頻移量-溫度函數(shù)關(guān)系式，得到石墨瓦此時(shí)的工作溫度T ； 步驟600 :將每個(gè)時(shí)刻石墨瓦工作溫度記錄保存于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，達(dá)到同步、快速檢測(cè)磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦熱沖擊瞬時(shí)溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及核聚變與光學(xué)診斷領(lǐng)域，公開了一種檢測(cè)磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦瞬態(tài)溫度的方法，技術(shù)方案為在磁約束聚變裝置正常工作時(shí)，從窗口外向石墨瓦垂直射入太赫茲波，探頭測(cè)量并記錄工作溫度下由石墨瓦反射回的太赫茲時(shí)域波譜；分析處理時(shí)域譜，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；此時(shí)，數(shù)據(jù)自動(dòng)選取特征譜線，讀取數(shù)據(jù)庫中標(biāo)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(duì)照，從而計(jì)算出瞬時(shí)溫度，輸出并導(dǎo)入至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)保存。本發(fā)明采用反射太赫茲時(shí)域譜技術(shù)，能夠在線、同步并且無接觸無損傷地檢測(cè)磁約束聚變裝置偏濾器石墨瓦的熱沖擊瞬時(shí)溫度。
文檔編號(hào)G01K11/00GK103033282SQ20121042039
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)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(qǐng)人:大連理工大學(xué)