[发明专利]反射太赫兹谱技术检测偏滤器石墨瓦瞬态温度的装置

说明书

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                                                   ；

将上述太赫兹时域谱   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   在有效频域内做傅里叶变换，得到工作温度下的频域谱   ；

将上述频域谱   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自动选取特征谱线，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。