EAST红外诊断系统的图像实时处理和自动控制的研究

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以煤、石油、天然气为主的化石能源,在为社会经济带来飞速发展的同时也造成了严重的污染。据估计,一百年后地球上的化石能源将面临枯竭。而聚变能源不仅燃料蕴藏量丰富,还具有干净、清洁、安全以及产能效率高等优势。目前,受控热核聚变已成为解决未来能源问题的一个重要发展方向。在磁约束受控聚变研究中,托卡马克装置在世界范围内被广泛认同为最有可能实现核聚变商业化的装置。  EAST是世界上第一个全超导非圆截面托卡马克装置,实现高功率长脉冲稳态运行是它的主要目标之一,但长时间的等离子体与壁相互作用会导致第一壁温度过高,造成壁材料损伤,影响装置的安全和使用寿命。因此,实时监测第一壁表面温度对于托卡马克装置的安全运行至关重要。为了保证装置的安全运行,EAST搭建了大视场红外/可见内窥镜系统。该系统可同时监测上下偏滤器、N窗口低杂波天线以及位于M,N窗口之间的限制器的表面温度。  为了实现数据的有效采集,通过考察和借鉴国内外其它托卡马克装置的数据采集系统,并结合EAST装置的实际特点,设计了EAST红外数据采集系统。本文详细介绍了该系统的硬件组成和软件程序设计,并开展了红外图像实时处理和自动控制的研究。EAST数据采集与处理系统采用多线程技术实现图像实时显示、采集、回放、格式转换、伪彩色处理以及基于TCP网络协议的炮号远程传输等功能。实验过程中,在大屏幕上实时显示图像,可以为实验人员及时了解EAST装置的运行状态,进而做出相应的决策提供条件。在实验放电间隙回放图像有助于进一步观察各种物理现象。经过一系列图像处理最后将温度图像上传至EAST VODWebsite中,实现资源共享,为科研人员查看、下载以及分析和处理实验数据提供便利。  随着EAST放电实验中辅助加热功率的提高以及放电时间的延长,等离子体与第一壁相互作用进一步增强,对壁材料的损伤将更为严重。利用红外内窥镜系统可以实时监测不同实验条件下第一壁的表面温度分布。探究如何根据温度数据提供的信息进行反馈控制,来降低过热点温度对装置第一壁的保护尤为重要。本文对系统自动控制的相关技术开展了研究,为后续保护系统的建立奠定了良好的基础。
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