EAST电场数据实时测量与分析系统研究

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EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)托卡马克实验装置是国家大科学工程实验装置,在实验放电过程中,其周围有着非常复杂的电场环境。本文通过调研,深入研究了国内外电场测量模式,简单介绍了EAST装置电场测量发展现状,在此基础上提出了EAST电场数据实时测量与分析系统。  整个系统设计主要分为硬件和软件两方面。硬件方面,为了搭建EAST电场实时测量与分析系统硬件平台,首先与国家电网合作研发了最新的用于测量电场强度的电场探头设备,该设备可以测量0~20MHz范围内的电场信号;采用了HBM公司先进的光电隔离系统,用于信号隔离,该系统带宽可以达到20M;此外,采用了基于NI PXI系统平台高性能的数据采集设备,用于电场信号的实时采集与处理,最大采样率可以达到50MSa/s。软件设计方面主要包括HOSTⅥ和FPGAⅥ,分别运行在控制器和FPGA芯片中。基于LabVIEW编程设计的HOSTⅥ具有友好的人机交互界面,主要负责采集相关参数的设置以及数据存储。FPGAⅥ是软件设计的核心部分,负责电场数据的实时采集与处理。在数据处理算法设计上,特别是多通道数据采集,FPGAⅥ将采集获得的电压信号经过状态机传输,然后对每通道数据进行FFT运算,运算结果乘以拟合好的天线系数,再对数据进行IFFT运算达到还原电场信号的目的。除此之外,软件设计方面还设计了用于捕捉瞬态电场信号的信号捕获软件,通过回看数据,自动准确地动地捕获到瞬态电场干扰信号。  EAST电场数据实时测量与分析系统目前已实现单个通道,50MSa/s采样率的数据采集以及四通道12.5MSa/s的同步数据采集。系统经过测试,验证了电场还原算法的正确性,测试结果满足了对高频模拟信号进行多通道实时数据采集、处理和存储要求。该系统自2015年秋季投入运行,并成功检测到了NBI对电场干扰的情况,为EAST装置后期电磁兼容(EMC)的设计提供有效的理论依据。
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