【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微观湍流检测，更具体地说，它涉及用于测量聚变装置中静电和电磁湍流的微波准光学系统。
技术介绍
1、实验研究发现，托卡马克装置中等离子体的输运水平明显高于新经典理论的预测值。这种反常输运主要由微观湍流(包括静电湍流和电磁湍流)驱动；尤其在高参数条件下，研究结果表明电磁湍流对输运的影响变得更为显著；因此，测量静电湍流和电磁湍流对于理解不同条件下约束和输运的物理机制至关重要。多普勒反射计(doppler backwardscattering reflectometer,dbs)是一种基于微波技术的等离子体诊断工具，可测量静电湍流的密度扰动强度和极向旋转速度，具有等离子体无干扰和定域测量的优点。交叉极化散射系统(cross-polarization scattering diagnostic,cps)同样是一种基于微波技术的等离子体诊断工具，可用于观测等离子体中局域电磁涨落。cps区别于多普勒背向散射系统的主要不同为额外的极化隔离系统。通过极化隔离系统提取微波散射信号中的正交极化分量，测量截止层附近的电磁涨落特征。
2、为了便于观测和分析湍流的性质，区分静电和电磁湍流的构成，在实际应用中需要同时对特定区域的密度和磁场涨落进行观测，因此需要将dbs和cps两个诊断进行集成，基于dbs原理中散射电场极化方向和入射电场相同,而cps原理中散射电场极化方向和入射电场垂直这一特点，将dbs和cps集成在共用探测微波束和传输线路中，同时实现密度扰动和磁扰动的局域测量,进而可以比较二者间的强度与相位关系。在dbs/cps集成
3、为了满足dbs/cps集成诊断共用传输线路的需求，微波光路将变得更加复杂，传统的波导-喇叭构型已无法满足系统要求。因此，需要为系统设计准光学系统。现有的准光学系统有以下几类：
4、1.无极化计、无透镜方案。1995年，tore supra托卡马克装置上发展的cps诊断，采用上下对穿布置，入射电磁波以x模进入等离子体，在截止层附近发生交叉极化散射过程，产生o模电磁波，由于x模传播的截止，仅有o模电磁波能传播出等离子体，被天线接收到。此方案相当于使用等离子体本身作为极化隔离器，但极化方向不可调节，且没有使用微波透镜对天线发射的微波束斑进行调节。
5、2.旋转极化计、固定透镜方案。2014年，diii-d托卡马克装置上发展的dbs/cps诊断，采用三透镜加双极化计方案。此布置的特点是发射接收光路完全分离，极化计可旋转，能够分别调节入射波和接收波极化方向。但此方案透镜位置不可移动，微波束斑大小无法调节以适应不同测量频率。同时此方案未考虑光路复用，导致光路复杂、占用空间大。
6、3.固定极化计，固定透镜方案。2018年，c-2w场反位形装置上发展的dbs/cps诊断，采用四透镜加三极化计方案，集成ka(26-40ghz)和u(40-60ghz)两个频段，但是极化计不可旋转，透镜位置不能移动，极化方向和束斑大小都不能调节。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供用于测量聚变装置中静电和电磁湍流的微波准光学系统，用于在托卡马克装置中测量静电湍流和电磁湍流的微波准光学系统，发射光路和接受光路部分复用以简化光路，同时极化设计可旋转调节的极化方向，透镜可单独移动以优化测量位置处的束斑大小，相较于现有技术，本方法具有结构紧凑、成本低、容易维护、灵活度高等特点。
2、本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
3、第一方面，本申请实施例提供了用于测量聚变装置中静电和电磁湍流的微波准光学系统，包括第一微波透镜、第二微波透镜、第三微波透镜和微波反射镜；其中：
4、第一微波透镜和第二微波透镜相对设置，且第一微波透镜的轴线和第二微波透镜的轴线重合，在第一微波透镜和第二微波透镜之间设置有金属线栅，金属线栅的作用端所在的平面与第一微波透镜和第二微波透镜之间的连线的夹角为45°；
5、第三微波透镜位于第一微波透镜和第二微波透镜之间，并在金属线栅的作用端的一侧，且第三微波透镜的端面与第一微波透镜的轴线平行；
6、微波反射镜位于第三微波透镜的下方，且微波反射镜的端面与第三微波透镜的轴线的夹角为45°；
7、还包括发射天线、第一接收天线和第二接收天线，发射天线和第一接收天线位于第一微波透镜背离金属线栅的一侧，并与第一微波透镜相对设置，第二接收天线位于微波反射镜背离第三微波透镜的一侧，且第二接收天线的轴线与微波反射镜的端面的夹角为45°。
8、本专利技术的有益效果是：本方案中，通过结构简单的三个透镜加上金属线栅的组合方案，使部分发射光路和部分接受光路可以复用，从而实现简化光路的目的；通过调整金属线栅与第一微波透镜的轴线之间夹角的角度，以及调整第一微波透镜和第二微波透镜之间的间距，一方面，金属线栅角度的调整可以实现极化方向的调控，另一方面，第一微波透镜和第二微波透镜之间的间距的调整实现了微波束斑大小调控的目的。
9、在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
10、进一步，上述系统还包括电控旋转台，电控旋转台的输出端连接金属线栅。
11、采用上述进一步方案的有益效果是：通过电控旋转台来调控金属线栅与第一微波透镜或第二微波透镜的轴线之间的夹角角度，实现角度的精准、自动化的控制。
12、进一步，上述电控旋转台的输入端连接有用于控制电控旋转台输出端的转动角度的程控计算机。
13、采用上述进一步方案的有益效果是：程控计算机可以根据两个微波接收天线的信号幅度，实时反馈控制电控旋转台，以使入射电磁波极化方向，即金属线栅与第一微波透镜或第二微波透镜的轴线之间的夹角角度精确匹配托卡马克装置的磁力线角度，提高静电和电磁湍流测量的精确度。
14、进一步，上述第一微波透镜、第二微波透镜和第三微波透镜均为正透镜。
15、进一步，上述第一微波透镜与第二微波透镜之间的间距为第一微波透镜和第二微波透镜的焦距之和。
16、进一步，上述第一微波透镜、第二微波透镜、第三微波透镜、发射天线、第一接收天线和第二接收天线均通过滑动件安装；
17、滑动件包括位移导轨和导轨滑块，位移导轨与导轨滑块滑动配合，导轨滑块连接第一微波透镜、第二微波透镜、第三微波透镜、发射天线、第一接收天线或第二接收天线。
18、采用上述进一步方案的有益效果是：位移导轨和导轨滑块之间的滑动配合便于调整各自的位置，达到两器件之间间距的调控的目的。
19、进一步，上述发射天线、第一接收天线和第二接收天线均通过天线支架与对应的导轨滑块连接。
20、进一步，上述第一微波透镜、第二微波透镜、第三微波透镜与微波反射镜之间各自本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于测量聚变装置中静电和电磁湍流的微波准光学系统，其特征在于，包括第一微波透镜、第二微波透镜、第三微波透镜和微波反射镜；其中：
2.根据权利要求1所述的用于测量聚变装置中静电和电磁湍流的微波准光学系统，其特征在于，所述系统还包括电控旋转台，所述电控旋转台的输出端连接所述金属线栅。
3.根据权利要求2所述的用于测量聚变装置中静电和电磁湍流的微波准光学系统，其特征在于，所述电控旋转台的输入端连接有用于控制电控旋转台输出端的转动角度的程控计算机。
4.根据权利要求1所述的用于测量聚变装置中静电和电磁湍流的微波准光学系统，其特征在于，所述第一微波透镜、所述第二微波透镜和所述第三微波透镜均为正透镜。
5.根据权利要求1所述的用于测量聚变装置中静电和电磁湍流的微波准光学系统，其特征在于，所述第一微波透镜与所述第二微波透镜之间的间距为第一微波透镜和第二微波透镜的焦距之和。
6.根据权利要求1所述的用于测量聚变装置中静电和电磁湍流的微波准光学系统，其特征在于，所述第一微波透镜、所述第二微波透镜、所述第三微波透镜、所述发射天线、所述第
7.根据权利要求6所述的用于测量聚变装置中静电和电磁湍流的微波准光学系统，其特征在于，所述发射天线、所述第一接收天线和所述第二接收天线均通过天线支架与对应的所述导轨滑块连接。
8.根据权利要求1所述的用于测量聚变装置中静电和电磁湍流的微波准光学系统，其特征在于，所述第一微波透镜、所述第二微波透镜、所述第三微波透镜与所述微波反射镜之间各自的中心高度均一致。
9.根据权利要求6所述的用于测量聚变装置中静电和电磁湍流的微波准光学系统，其特征在于，所述第三微波透镜所在的位移导轨与第一微波透镜或第二微波透镜所在的位移导轨垂直；所述第二接收天线所在的位移导轨与所述第三微波透镜所在的位移导轨垂直。
10.如权利要求1-9中任一项所述的用于测量聚变装置中静电和电磁湍流的微波准光学系统在聚变装置中测量静电湍流和电磁湍流的应用。
...【技术特征摘要】
1.用于测量聚变装置中静电和电磁湍流的微波准光学系统，其特征在于，包括第一微波透镜、第二微波透镜、第三微波透镜和微波反射镜；其中：
2.根据权利要求1所述的用于测量聚变装置中静电和电磁湍流的微波准光学系统，其特征在于，所述系统还包括电控旋转台，所述电控旋转台的输出端连接所述金属线栅。
3.根据权利要求2所述的用于测量聚变装置中静电和电磁湍流的微波准光学系统，其特征在于，所述电控旋转台的输入端连接有用于控制电控旋转台输出端的转动角度的程控计算机。
4.根据权利要求1所述的用于测量聚变装置中静电和电磁湍流的微波准光学系统，其特征在于，所述第一微波透镜、所述第二微波透镜和所述第三微波透镜均为正透镜。
5.根据权利要求1所述的用于测量聚变装置中静电和电磁湍流的微波准光学系统，其特征在于，所述第一微波透镜与所述第二微波透镜之间的间距为第一微波透镜和第二微波透镜的焦距之和。
6.根据权利要求1所述的用于测量聚变装置中静电和电磁湍流的微波准光学系...
【专利技术属性】
技术研发人员：周宇，佟瑞海，钟武律，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
类型：发明
国别省市：
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