一种基于双光电探测器的热辐射诊断系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于双光电探测器的热辐射诊断系统和方法，包括双光电探测模块、光电流前置放大模块、接口传输模块和采集处理模块；双光电探测模块获取双探测光电流信号序列；光电流前置放大模块将双探测光电流信号序列转换为双探测电压信号序列；采集处理模块根据双探测电压信号序列得到探测信号比值序列；对待诊断等离子体进行热辐射仿真，得到修正系数函数关系；根据修正系数函数关系和探测信号比值序列，得到修正系数值序列；并根据修正系数值序列进行修正，得到热辐射诊断值序列。本发明专利技术能满足不同等离子体电子温度下的热辐射量的测量，能在保证测量精度的同时还具有良好的时间分辨率，极其适用于微秒量级的快辐射行为。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双光电探测器的热辐射诊断系统和方法
本专利技术涉及磁约束核聚变装置的等离子体诊断
，尤其涉及一种基于双光电探测器的热辐射诊断系统和方法。
技术介绍
聚变能是一种高效、储量丰富、清洁和安全的新能源，实现受控核聚变是解决人类能源危机的一个重要选择。为解决受控核聚变面临的高能和约束问题，一种基于场反位形(Field-ReversedConfiguration,FRC)的磁惯性约束磁化靶聚变方案在国内外受到了广泛的研究。不同于常见的托卡马克装置，场反位形无环向磁场仅含极向磁场，具有开放的磁力线，避免了托卡马克装置中的不稳定性和破裂问题；具有高β值，能够实现在较小的聚变装置中实现更高的聚变功率密度和约束，经济成本较低；具有天然的偏滤器室，通过开放的磁场结构排出聚变产物氦灰。然而，由于场反等离子体是光学薄的，并不能完全吸收等离子体热辐射。受限于目前的约束手段，国内外已实现的场反等离子体参数仅能达到电子温度20～500eV，寿命0.01～1ms。在这种参数条件下热辐射测量面临着两大挑战：一是约束时间较短导致的快速热辐射行为；二是等离子电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双光电探测器的热辐射诊断系统，其特征在于，包括双光电探测模块、光电流前置放大模块、接口传输模块和采集处理模块；/n所述双光电探测模块依次通过所述光电流前置放大模块和所述接口传输模块与所述采集处理模块电连接；/n所述双光电探测模块用于获取待诊断等离子体的双探测光电流信号序列；/n所述光电流前置放大模块用于将所述双探测光电流信号序列转换为双探测电压信号序列；/n所述接口传输模块用于将所述双探测电压信号序列发送至所述采集处理模块；/n所述采集处理模块用于根据所述双探测电压信号序列得到探测信号比值序列；对所述待诊断等离子体进行热辐射仿真，得到所述待诊断等离子体的修正系数函数关系；根据所述修...

【技术特征摘要】
1.一种基于双光电探测器的热辐射诊断系统，其特征在于，包括双光电探测模块、光电流前置放大模块、接口传输模块和采集处理模块；
所述双光电探测模块依次通过所述光电流前置放大模块和所述接口传输模块与所述采集处理模块电连接；
所述双光电探测模块用于获取待诊断等离子体的双探测光电流信号序列；
所述光电流前置放大模块用于将所述双探测光电流信号序列转换为双探测电压信号序列；
所述接口传输模块用于将所述双探测电压信号序列发送至所述采集处理模块；
所述采集处理模块用于根据所述双探测电压信号序列得到探测信号比值序列；对所述待诊断等离子体进行热辐射仿真，得到所述待诊断等离子体的修正系数函数关系；根据所述修正系数函数关系和所述探测信号比值序列，得到所述待诊断等离子体的修正系数值序列；根据所述修正系数值序列对所述双探测电压信号序列进行修正，得到所述待诊断等离子体的热辐射诊断值序列。


2.根据权利要求1所述的基于双光电探测器的热辐射诊断系统，其特征在于，所述双光电探测模块包括腔体、设置在所述腔体内部前侧的狭缝以及并列设置在所述腔体内部后侧的AXUV硅光电二极管阵列和SXUV硅光电二极管阵列，且所述AXUV硅光电二极管阵列和所述SXUV硅光电二极管阵列均与所述狭缝的法线垂直；所述AXUV硅光电二极管阵列和所述SXUV硅光电二极管阵列均与所述光电流前置放大模块电连接；
所述AXUV硅光电二极管阵列用于探测所述待诊断等离子体在每个通道中的AXUV探测光电流信号；
所述SXUV硅光电二极管阵列用于探测所述待诊断等离子体在每个通道中的SXUV探测光电流信号；
所述光电流前置放大模块具体用于分别将每个AXUV探测光电流信号转换为对应的AXUV探测电压信号；还具体用于将每个SXUV探测光电流信号转换为对应的SXUV探测电压信号；
所述接口传输模块具体用于将所有AXUV探测电压信号和所有SXUV探测电压信号均发送至所述采集处理模块；
所述采集处理模块具体用于：
根据每个通道中的AXUV探测电压信号和SXUV探测电压信号，分别计算得到每个通道中的探测信号比值；根据所有通道中的探测信号比值得到所述探测信号比值序列。


3.根据权利要求2所述的基于双光电探测器的热辐射诊断系统，其特征在于，所述采集处理模块还具体用于：
任选一个通道，自定义所述待诊断等离子体的杂质，基于预设的碰撞辐射模型分别计算出在选取的通道中，所述待诊断等离子体在多个电子温度下的AXUV韧致辐射功率、AXUV杂质线辐射功率、SXUV韧致辐射功率和SXUV杂质线辐射功率；
基于所述碰撞辐射模型，根据每个电子温度下的AXUV韧致辐射功率和AXUV杂质线辐射功率，分别计算得到在选取的通道中，所述待诊断等离子体在每个电子温度下的AXUV热辐射理论值；并根据每个电子温度下的SXUV韧致辐射功率和SXUV杂质线辐射功率，分别计算得到在选取的通道中，所述待诊断等离子体在每个电子温度下的SXUV热辐射理论值；
根据每个电子温度下的AXUV热辐射理论值和SXUV热辐射理论值，分别得到在选取的通道中，所述待诊断等离子体在每个电子温度下的热辐射理论比值；并根据所述待诊断等离子体在选取的通道中的所有热辐射理论比值，得到所述待诊断等离子体在选取的通道中的热辐射理论比值序列；
遍历每个通道，得到所述待诊断等离子体在每个通道中的热辐射理论比值序列；
根据所有电子温度以及所有热辐射理论比值序列中在所有电子温度下的所有热辐射理论比值进行初次高斯拟合，得到热辐射理论比值与电子温度之间的中间函数关系；
所述中间函数关系的表达式具体为：



其中，为所述中间函数关系的函数值，为在第k个通道中电子温度Te下的热辐射理论比值，M1为初次高斯拟合的总维度，和均为第m1维的常数项；
根据所述中间函数关系以及所有电子温度进行再次高斯拟合，得到所述修正系数函数关系；
所述修正系数函数关系的表达式具体为：



其中，为所述修正系数函数关系的函数值，M2为两次高斯拟合的总维度，和均为第m2维的常数项；
所述采集处理模块还具体用于：
将所述探测信号比值序列中每个通道的探测信号比值分别代入所述修正系数函数关系，得到与每个通道的探测信号比值一一对应的修正系数值；
根据所有修正系数值得到所述修正系数值序列；
所述采集处理模块还具体用于：
将每个通道的修正系数值分别与对应通道中的AXUV探测电压信号进行乘法运算，得到所述待诊断等离子体在每个通道中的热辐射诊断值；
根据所有热辐射诊断值得到所述热辐射诊断值序列。


4.根据权利要求1所述的基于双光电探测器的热辐射诊断系统，其特征在于，所述光电流前置放大模块包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一运算放大器、第二运算放大器和第一供电电路；
所述第一运算放大器和第二运算放大器均与所述第一供电电路电连接；所述第一电容C1的一端和所述第一电阻R1的一端均与所述第一运算放大器的负极输入端电连接，所述第一电容C1的另一端和所述第一电阻R1的另一端均与所述第一运算放大器的输出端电连接，所述第一运算放大器的正极输入端接地；所述第一运算放大器的输出端依次通过所述第三电容C3和所述第三电阻R3与所述第二运算放大器的负极输入端电连接，所述第一运算放大器的输出端还通过所述第四电阻R4与所述第二运算放大器的负极输入端电连接；所述第二电容C1的一端和所述第二电阻R1的一端均与所述第二运算放大器的负极输入端电连接，所述第二电容C1的另一端和所述第二电阻R1的另一端均与所述第二运算放大器的输出端电连接，所述第二运算放大器的正极输入端接地；所述第二运算放大器的负极输入端还通过所述第五电阻R5与所述第一供电电路的正极电连接。


5.根据权利要求1至4任一项所述的基于双光电探测器的热辐射诊断系统，其特征在于，所述基于双光电探测器的热辐射诊断系统还包括电压放大模块；所述电压放大模块分别与所述接口传输模块和所述采集处理模块电连接；
所述电压放大模块包括第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第三运算放大器、第四运算放大器和第二供电电路；
所述第三运算放大器和所述第四运算放大器均与所述第二供电电路电连接；所述第六电阻R6通过所述第八电阻R8与所述第三运算放大器的负极输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：程芝峰，焦少东，张晓龙，陈志鹏，李琼，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42