J-TEXT偏振干涉儀數(shù)據(jù)采集與實時處理系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、偏振干涉儀是J-TEXT托卡馬克裝置上重要的診斷設(shè)備，它能夠?qū)崿F(xiàn)對法拉第旋轉(zhuǎn)角和等離子體弦積分電子密度的直接測量。在這兩個基本物理量的基礎(chǔ)上，通過反演可以進一步得到等離子體電流密度剖面。偏振干涉儀的一個不可或缺的組成部分是數(shù)據(jù)采集與實時處理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集是偏振干涉儀運行的基礎(chǔ)之一，能為實驗人員提供寶貴的實驗數(shù)據(jù)；實時處理能在數(shù)據(jù)采集的同時實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的處理，從而能更有效地利用數(shù)據(jù)。本論文的工作就是設(shè)計和實現(xiàn)一個可靠性高、可維護性高、可擴展

2、性高、實時性好以及操作友好的數(shù)據(jù)采集與實時處理系統(tǒng)，來滿足偏振干涉儀當前和未來運行的需要。
　　本文首先從系統(tǒng)的需求出發(fā)，同時遵循著模塊化的原則，對系統(tǒng)整體的軟硬件框架進行了設(shè)計。在硬件上選用了基于FPGA的NI FlexRIO硬件平臺，以滿足高采樣率和實時性的需求。在軟件上，充分考慮軟件系統(tǒng)的性能以及維護和擴展的難度，利用LabVIEW進行開發(fā)，將數(shù)據(jù)采集與存儲、等離子體密度實時計算和密度反饋這三個功能集成到一個軟件框架之下。數(shù)

3、據(jù)采集與存儲需要在主機端和 FPGA端執(zhí)行不同的功能。主機端采用基于數(shù)據(jù)隊列實現(xiàn)的生產(chǎn)者/消費者編程模式，實現(xiàn)了系統(tǒng)配置、數(shù)據(jù)讀取和數(shù)據(jù)存儲的功能。FPGA端程序采用狀態(tài)機結(jié)構(gòu)，利用LabVIEW FPGA編程模塊實現(xiàn)了可靠的數(shù)據(jù)采樣、邏輯判斷和數(shù)據(jù)傳輸。在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，利用已有硬件條件可以進行數(shù)據(jù)的實時處理。計算等離子體弦積分電子密度的關(guān)鍵是信號相位差的計算。根據(jù)J-TEXT偏振干涉儀信號的特點，通過對過零點檢測法、數(shù)字相關(guān)法和F