托卡马克信号调理技术研究

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当前主流核聚变研究装置托卡马克是一种复杂的电磁装置系统,实验运行时装置周围空间电磁环境极其复杂。大量的实验信号在传输过程中容易受到环境的干扰,同时也不能完全满足数据采集系统信号采集的要求。因此,研究系统信号调理技术,对托卡马克装置相关实验信号进行抗干扰处理、信号隔离放大,是数据采集系统不可或缺的重要环节,对于保证实验信号的准确采集获取,保证装置可靠运行有着十分重要的意义。本文依据J-TEXT装置数据采集系统信号传输对实验信号调理的需求,研究信号光传输系统和信号隔离技术,并设计和研制了相应的信号调理电路系统进行实际应用。为了解决物理位置分布不一、距离中央控制系统较远子系统,触发信号的准确性和可靠性问题,本文基于信号光传输技术,设计与改造了J-TEXT装置数字光纤传输系统,完成了信号光传输系统光发送电路与光接收电路的设计与研制,实现信号传输延时小于100ns,并且系统能为负载提供400mA以上的驱动电流。这套系统已经在J-TEXT装置电机调速系统和其他子系统中实际运用,信号光传输系统对信号相关信号调理效果明显,性能稳定,可靠性较好。为了实现复杂空间电磁环境下特定系统的信号传输,本文研究了数字信号隔离技术与模拟信号隔离技术。设计和研制了用于短距离系统数字信号隔离传输的模块电路,电路实现对600 kHz信号真实传输,应用于实际系统能较好驱动继电器等多种负载;同时本文设计研制了与NI采集卡匹配较好的电容耦合隔离箱,能实现50 kHz带宽信号隔离传输;设计了2.7 MHz带宽光耦模拟信号隔离电路,结合J-TEXT装置静电探针悬浮电位测量系统实验测试,性能可靠。本文还对数据采集系统信号传输与接入相关技术进行研究,设计并研制了部分电路系统,对相应电路进行模块化设计,在实际系统使用较好地实现预期信号调理功能。本文所研究的信号调理技术和设计的多种信号调理电路与系统,已在J-TEXT装置系统中实际应用,效果较好,为装置的实验运行提供了有效的保障。
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