[發明專利]一種兆赫茲電荷交換譜診斷系統

有效

• 申請號: 201611257377.0
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN108269632B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 余德良;陳文錦
• 申請（專利權）人: 核工業西南物理研究院
• 主分類號: G21C17/10
• 分類號: G21C17/10;G21C17/112;G01J3/28;G09B23/20
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 張檑

本發明屬于可見光譜分析技術領域，具體涉及一種兆赫茲電荷交換譜診斷系統。本發明的兆赫茲電荷交換譜診斷系統，包括光學成像系統、傳輸光纖、大口徑透射式體光柵光譜儀、傳輸光纖陣列、光電轉換裝置和數據采集與存儲系統；本發明解決了現有測量等離子體溫度和旋轉速度的系統時間分辨過低，嚴重影響了科研人員對瞬態物理過程的理解的技術問題。本發明的系統，可靠性好，光譜分辨能力高，時間分辨能力強。克服了傳統電荷交換復合譜系統測量離子溫度和旋轉速度時間分辨低的缺點，使離子溫度和旋轉速度時間分辨達到兆赫茲量級，實現該物理量測量質的飛躍。

技術領域

本發明屬于可見光譜分析技術領域，具體涉及一種兆赫茲電荷交換譜診斷系統。

背景技術

在受控核聚變實驗研究中，目前用于磁約束等離子體研究的主要是托卡馬克(或仿星器)裝置。基于中性束(NBI)對等離子體進行診斷的系統之一是電荷交換復合譜系統(CXRS)。該系統可以用于測量等離子體溫度和旋轉速度，這些參數對于研究氘氚核聚變、等離子體物理研究都有極其重大的意義。當前，離子溫度和旋轉速度的主要測量設備是CXRS系統，其主要部件由CCD相機和光譜儀組成。受限于光譜儀的口徑和CCD相機的采集速度，離子溫度和旋轉速度測量的時間分辨約為0.1～1kHz之間，過低的時間分辨嚴重影響了科研人員對瞬態物理過程的理解。

發明內容

本發明需要解決的技術問題為：現有測量等離子體溫度和旋轉速度的系統時間分辨過低，嚴重影響了科研人員對瞬態物理過程的理解。

本發明的技術方案如下所述：

一種兆赫茲電荷交換譜診斷系統，包括：光學成像系統、傳輸光纖、大口徑透射式體光柵光譜儀、傳輸光纖陣列、光電轉換裝置和數據采集與存儲系統；

所述光學成像系統用于采集等離子體的輻射光譜，并將其聚焦在傳輸光纖，所述傳輸光纖設置于光學成像系統和大口徑透射式體光柵光譜儀之間，用于將光學成像系統采集的光譜信號傳送至大口徑透射式體光柵光譜儀；

所述大口徑透射式體光柵光譜儀包括準直透鏡組、透射式體光柵、聚焦透鏡組和光譜儀機械腔體，其中，準直透鏡組一端直接連接至傳輸光纖，另一端固定于光譜儀機械腔體之上；所述準直透鏡組為準直作用，將來自傳輸光纖的光譜轉換成平行光；透射式體光柵固定于光譜儀機械腔體內部，入射面朝向準直透鏡組，將準直透鏡組輸出的平行光色散；所述聚焦透鏡組的一端也固定連接于光譜儀機械腔體之上，且面對透射式體光柵，用于接收來自透射式體光柵色散后的光譜信號，并將該光譜信號聚焦在傳輸光纖陣列上；所述傳輸光纖陣列將光譜引導到光電轉換裝置；光電轉換裝置用于將傳輸光纖陣列輸出的光信號轉換為電信號；

所述數據采集與存儲系統與光電轉換裝置相連接，用于采集光電轉換裝置輸出的電信號，并將該電信號存儲，用于后續分析。

一種兆赫茲電荷交換譜診斷方法，包括以下步驟：

步驟1、光譜信號采集

使用光學成像系統接收等離子體輻射出的光譜信號，并將所述光譜信號通過傳輸光纖傳輸；

步驟2、信號傳輸

傳輸光纖將光學成像系統輸出的光譜信號傳輸到透射式體光柵光譜儀中；

步驟3、分光處理

透射式體光柵光譜儀將接收到的光譜信號進行分光處理，獲得所需的光譜信號后輸出；

步驟4、光譜信號整合

傳輸光纖陣列接收透射式體光柵光譜儀輸出的光譜信號，傳輸光纖陣列對光譜信號進行整合，并將整合后的光譜信號傳輸至光電轉換裝置；

步驟5、光電轉換

光電轉換裝置將接收到的光譜信號進行光電轉換，使之變為電信號；

步驟6、信號采集和存儲