基于Labview的ICRH发射机监控系统的开发

我国第一个超导托卡马克HT-7装置，是一个庞大的核聚变环形真空磁笼实验装置，它主要包括HT-7超导托卡马克装置本体，大型超高真空系统，大型计算机控制和数据采集处理系统，大型高功率脉冲电源及其回路系统，有全国规模最大的低温液氦系统，兆瓦级低杂波电流驱动和射频波加热系统，以及数十种复杂的诊断测量系统等。核聚变研究的重要目的之一就是设法把等离子体加热到10keV以上。离子回旋波加热主要是通过天线将波的能量馈入到等离子体中。本文主要介绍了基于Labview的离子回旋共振加热发射机实时监控系统,对设备的电参数进行监测，并按要求对射频波形进行反馈控制;要检测的信号包括模拟电压、开关信号、脉冲信号，同时对信号进行快慢采集，并保存在硬盘。

2. HT-7离子回旋共振加热发射机系统原理及主要监控对象

本系统主要是对等离子体进行加热，故此输出功率较大，通过信号源首先输出30～150MHz，10mW的振荡信号，射频调制和宽带放大器及前级放大器、驱动级放大器、末级放大器三级放大，最后输出最大功率300kw，对真空室中的等离子体加热，本文主要对下图1所示部分的数据采集系统进行分析。本监控系统主要是对发射机的四极管各个管脚的电压、电流及功率的监控。由于采用的设备较为昂贵，四极管的各级电压达到几千伏，甚至几十千伏，电流达到几百安，同时四极管的各级参数的变化对发射机发射输出影响较大，同时也影响电子管的使用寿命，其中阳极的最高电压末级可以达到13.5KV，而末级的灯丝电流达到最高400A，在高的电压，大电流的情况下，在未全面了解系统情况下，对各电子管的各级的操作会有着意想不到的意外发生，轻则造成停机检修，影响试验进度，重则造成有关器件的损坏，造成无法修复的问题。故对放大器的检测无疑就成了重中之重。现阶段主要是通过一些模拟设备及现场观察来进行检测，本采集方案以期解决造成安全性、准确性、实时性得不到满足的问题。

图1 发射机系统原理图

3. 系统实现

3.1 硬件部分

图2监控系统流程图

本采集系统由于测量的电流电压都较高，故此需要进行一些转换和隔离来获得输入计算机的信号，有关转换和隔离部分的硬件设计将不在此篇中介绍，主要对已经通过转换和光电隔离的信号后续处理过程进行探讨，采集卡采用National Instruments公司的PCI-6014多功能卡，具有16个单端输入或8个双端输入，精度为16位，采样率200kS/s，配置内存大小512个字，两个模拟输出通道，数据传送以DMA或中断方式进行，工控机一台，奔腾III主频为1GHz的处理器，512M内存，使用Win2000操作系统。

3.2 软件设计

从需求分析着手，按数据采集、数据分析、数据显示、数据传输等列出相关要求，通过对要求的分析及成本、精度的综合考虑，对软件和硬件部分提出相应的解决方案，软件系统的流程图如图2所示。由于采用多个采集设备，考虑对采集设备的选择，其次需要设置报警上下限，然后巡检输入通道，只要有一个通道被选，就可以进行采集，否则等待通道选择;加热系统与总控协调，波形数据采集等待触发，当外部触发发出后，触发本系统的卡D/A输出程序，输出需要的模拟信号，同时触发对反射入射波采集程序，并接受服务器发送炮号，作为采集数据的保存标志，便于后继分析。然后对每个通道的数据与设定值进行比较，如果在设定范围内，则不发出报警信号，否则，发出报警信号，显示报警部位，便于现场处理。针对以上要求，设计以下几个模块：设置模块、显示模块、保存模块、分析模块、反馈控制模块、通讯模块。设置模块其功能主要分为两大块，其一，对采样参数进行设置，即采样频率、采样数或采样时间、采样模式、采样通道的设置;其二，对放大器的栅极、偏压、阳极电压，灯丝电流的三级设置限制，预设形式保存在文件中;显示模块显示各通道采集的数据，以波形扫描方式进行显示，同时可以对图形进行放大、缩小、且有游标显示，便于比较信号和测量幅值，同时将测量的值与预设值进行比较，发出报警信号、报警灯或声音，同时显示报警部位和数值;保存模块功能在运行过程中，在外部触发后自动将运行期间有关参数保存为电子数据，并加入文件头及时间信息，便于以后分析，以炮号取名保存;分析模块提供简单的频谱分析和其他功能;反馈控制模块主要功能是在接受总控的触发后对波形设定值进行反馈控制。通讯模块从网上获得炮号数据，作为保存数据的识别标志，同时将实验时的相关数据进行发布。

3.3 模块及部分算法

为了对整个发射机工作状态达到较为完善的监控，整个系统中需要采用一定的算法来满