本發(fā)明涉及核聚變等離子體診斷領(lǐng)域，尤其涉及一種能夠應(yīng)用于偏振光測(cè)量技術(shù)的多中頻信號(hào)的動(dòng)態(tài)相移的實(shí)時(shí)計(jì)算的實(shí)時(shí)計(jì)算相移信號(hào)的方法及系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及應(yīng)用上述實(shí)時(shí)計(jì)算相移信號(hào)的方法及系統(tǒng)的等離子體診斷方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在核聚變裝置和物理研究中，等離子體電子密度和電流密度是研究等離子體行為和物理的最為基礎(chǔ)、也最為關(guān)鍵的物理參數(shù)。國(guó)際和國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究機(jī)構(gòu)正在不斷地投入人力和物力，研究和發(fā)展更可靠的、可實(shí)時(shí)處理的高時(shí)空分辨的診斷技術(shù)和方法，以滿足不斷出現(xiàn)的新的物理現(xiàn)象的研究需求。

通常等離子體電子密度和電流密度分布測(cè)量采用的是激光偏振干涉儀，其工作原理利用的是激光干涉技術(shù)：即來自同一激光源的光束通過分束器被分成兩束，一束通過測(cè)量的介質(zhì)(稱為測(cè)量束)，一束不經(jīng)過被測(cè)量的介質(zhì)(稱為參考束)，通過比較測(cè)量束和參考束的相位變化得到所測(cè)量介質(zhì)的折射率，利用色散關(guān)系的公式，從而得到電子密度和電流密度。由于目前使用的激光探測(cè)器對(duì)于高頻激光探測(cè)率低，通常通過激光調(diào)頻技術(shù)將高頻的光信號(hào)變成低頻的調(diào)制信號(hào)，這種低頻的信號(hào)也稱為中頻信號(hào)。

以往，用于等離子體密度測(cè)量的激光干涉儀的中頻信號(hào)是通過轉(zhuǎn)動(dòng)的柱面光柵將照射其上的激光光束產(chǎn)生多譜勒頻移來產(chǎn)生的，由于光柵轉(zhuǎn)速均勻，所產(chǎn)生的中頻信號(hào)頻率固定，比如10kHz，電子學(xué)的放大和濾波都固定在中心頻率10kHz，濾波帶寬可以為10kHz±2kHz，后續(xù)的信號(hào)放大和相位差計(jì)算易于用固有的電子學(xué)線路處理和計(jì)算，由于頻率固定，相位比較采用的是參考道與測(cè)量道相同時(shí)間點(diǎn)的相位比較，得到相位差值，這種方法，光柵機(jī)械轉(zhuǎn)速不宜提高，否則容易出現(xiàn)動(dòng)平衡失調(diào)，從而測(cè)量系統(tǒng)的時(shí)間分辨率只能在100微秒左右，無法滿足物理研究的需要。

目前，國(guó)際主流的偏振干涉儀采用的是激光差頻技術(shù)產(chǎn)生所需要的中頻信號(hào)(兩臺(tái)波長(zhǎng)稍有差別的激光器輸出信號(hào)相減就得到一個(gè)中頻信號(hào))。即用三臺(tái)或兩臺(tái)激光器差頻產(chǎn)生三個(gè)或一個(gè)中頻信號(hào)，這些中頻信號(hào)經(jīng)過分束器分成測(cè)量道和參考道。用通過等離子體的中頻信號(hào)與沒有經(jīng)過等離子體的中頻信號(hào)的相位比較來獲得密度和電流的參數(shù)。雖然激光差頻技術(shù)能夠獲得較高頻率的中頻信號(hào)，從而提高系統(tǒng)測(cè)量的時(shí)間分辨率。但是，由于系統(tǒng)所用的激光器受環(huán)境溫度變化影響，單個(gè)激光的輸出頻率會(huì)隨著時(shí)間的變化產(chǎn)生漂移，進(jìn)而造成中頻信號(hào)頻率移動(dòng)，而用傳統(tǒng)的相位差計(jì)就很難確認(rèn)信號(hào)中頻頻率，甚至無法正常計(jì)算相位大小。目前國(guó)內(nèi)外同類測(cè)量系統(tǒng)的相位比較計(jì)算還不能實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)計(jì)算，只能是離線處理或者依靠人員值守，動(dòng)態(tài)調(diào)整激光參數(shù)，以滿足相位差計(jì)的工作范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中由于激光器的頻率漂移導(dǎo)致在核聚變?cè)囼?yàn)過程中難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算相位差的問題，進(jìn)而提供一種能夠在激光器頻率產(chǎn)生漂移的情況下應(yīng)用的實(shí)時(shí)計(jì)算動(dòng)態(tài)相移信號(hào)的方法，本發(fā)明還提供實(shí)時(shí)計(jì)算動(dòng)態(tài)相移信號(hào)的系統(tǒng)以及應(yīng)用上述實(shí)時(shí)計(jì)算相移信號(hào)方法及系統(tǒng)的等離子體診斷方法及系統(tǒng)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

實(shí)時(shí)計(jì)算動(dòng)態(tài)相移信號(hào)的方法，包括以下步驟：

S01：分別將測(cè)量道和參考道的中頻信號(hào)進(jìn)行分段；

S02：分別讀取當(dāng)前時(shí)段測(cè)量道和參考道中的中頻信號(hào)并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；

S03：將得到的當(dāng)前時(shí)段的測(cè)量道和參考道的數(shù)字信號(hào)分別進(jìn)行傅立葉變換轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域信號(hào)，同時(shí)分別找到測(cè)量道和參考道的中頻信號(hào)在當(dāng)前時(shí)段內(nèi)的準(zhǔn)確頻率；

S04：根據(jù)當(dāng)前時(shí)段測(cè)量道和參考道的中頻信號(hào)的準(zhǔn)確頻率，對(duì)當(dāng)前時(shí)段的參考道和測(cè)量道的頻域信號(hào)進(jìn)行共軛計(jì)算，獲得測(cè)量道與參考道的中頻信號(hào)在當(dāng)前時(shí)段的相位差；

S05：重復(fù)步驟S02至S04，計(jì)算測(cè)量道與參考道的中頻信號(hào)在下一時(shí)段內(nèi)的相位差。

優(yōu)選地，在步驟S03和步驟S04之間還包括濾波的步驟：

以步驟S03中找到的測(cè)量道、參考道的中頻信號(hào)在當(dāng)前時(shí)段內(nèi)的準(zhǔn)確頻率為中心頻率，在設(shè)定的帶寬范圍內(nèi)分別對(duì)步驟S03中得到的當(dāng)前時(shí)段的測(cè)量道、參考道的頻域信號(hào)進(jìn)行帶通濾波，將帶寬之外的信號(hào)置為零，并在步驟S04中采用濾波后的頻域信號(hào)完成相位差的計(jì)算。

優(yōu)選地，步驟S03、步驟S04和/或所述濾波的步驟采用FPGA技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)選地，當(dāng)測(cè)量道包括三個(gè)中頻信號(hào)，相應(yīng)的參考道也包括三個(gè)中頻信號(hào)，分別同時(shí)采用步驟S01至步驟S05計(jì)算三對(duì)中頻信號(hào)在各時(shí)段的相位差。

本發(fā)明還提供核聚變等離子體診斷方法，采用所述實(shí)時(shí)計(jì)算動(dòng)態(tài)相移信號(hào)的方法實(shí)時(shí)計(jì)算相位差，并在步驟S04之后設(shè)置如下步驟：

根據(jù)得到的相位差計(jì)算當(dāng)前時(shí)段的電子密度和電流密度，并把計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行保存、展示和/或反饋。

本發(fā)明進(jìn)一步提供實(shí)時(shí)計(jì)算動(dòng)態(tài)相移信號(hào)的系統(tǒng)，包括：

測(cè)量道A/D轉(zhuǎn)換模塊，用于讀取當(dāng)前時(shí)段測(cè)量道的中頻信號(hào)并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；

參考道A/D轉(zhuǎn)換模塊，用于讀取當(dāng)前時(shí)段參考道的中頻信號(hào)并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；

測(cè)量道快速傅立葉變換模塊，用于將來自所述測(cè)量道A/D轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行快速傅立葉變換得到頻域信號(hào)，并找到測(cè)量道的中頻信號(hào)的在當(dāng)前時(shí)段內(nèi)的準(zhǔn)確頻率；

參考道快速傅立葉變換模塊，用于將來自所述參考道A/D轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行快速傅立葉變換得到頻域信號(hào)，并找到參考道的中頻信號(hào)在當(dāng)前時(shí)段內(nèi)的準(zhǔn)確頻率；

相位比較模塊，用于根據(jù)當(dāng)前時(shí)段測(cè)量道和參考道的中頻信號(hào)的準(zhǔn)確頻率，對(duì)當(dāng)前時(shí)段的參考道和測(cè)量道的頻域信號(hào)進(jìn)行共軛計(jì)算，獲得測(cè)量道與參考道的中頻信號(hào)在當(dāng)前時(shí)段的相位差。

優(yōu)選地，所述實(shí)時(shí)計(jì)算動(dòng)態(tài)相移信號(hào)的系統(tǒng)還包括測(cè)量道濾波模塊和/或參考道濾波模塊：

所述測(cè)量道濾波模塊以所述測(cè)量道快速傅立葉變換模塊找到測(cè)量道的中頻信號(hào)在當(dāng)前時(shí)段內(nèi)的準(zhǔn)確頻率為中心頻率，在設(shè)定的帶寬范圍內(nèi)對(duì)所述測(cè)量道快速傅立葉變換模塊得到的當(dāng)前時(shí)段測(cè)量道的頻域信號(hào)進(jìn)行帶通濾波，將帶寬之外的信號(hào)置為零，并在所述相位比較模塊中采用濾波后的頻域信號(hào)完成相位差的計(jì)算；

所述參考道濾波模塊以所述參考道快速傅立葉變換模塊找到參考道的中頻信號(hào)在當(dāng)前時(shí)段內(nèi)的準(zhǔn)確頻率為中心頻率，在設(shè)定的帶寬范圍內(nèi)對(duì)所述參考道快速傅立葉變換模塊得到的當(dāng)前時(shí)段參考道的頻域信號(hào)進(jìn)行帶通濾波，將帶寬之外的信號(hào)置為零，并在所述相位比較模塊中采用濾波后的頻域信號(hào)完成相位差的計(jì)算。

優(yōu)選地，所述測(cè)量道快速傅立葉變換模塊、所述參考道快速傅立葉變換模塊、所述測(cè)量道濾波模塊、所述參考道濾波模塊和/或所述相位比較模塊燒錄在FPGA芯片上。

本發(fā)明最后還提供包括所述實(shí)時(shí)計(jì)算動(dòng)態(tài)相移信號(hào)的系統(tǒng)的核聚變等離子體診斷系統(tǒng)，所述核聚變等離子體診斷系統(tǒng)還包括電子密度/電流密度計(jì)算模塊，所述電子密度/電流密度計(jì)算模塊根據(jù)所述實(shí)時(shí)計(jì)算動(dòng)態(tài)相移信號(hào)的系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算的相位差實(shí)時(shí)計(jì)算等離子體的電子密度和電流密度。

優(yōu)選的所述電子密度/電流密度計(jì)算模塊燒錄在FPGA芯片上。

優(yōu)選地，所述核聚變等離子體診斷系統(tǒng)還包括用于存儲(chǔ)計(jì)算結(jié)果的存儲(chǔ)模塊、用于顯示計(jì)算結(jié)果的顯示模塊和/或用于將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行反饋的反饋系統(tǒng)。本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明的實(shí)時(shí)計(jì)算動(dòng)態(tài)相移信號(hào)的方法及系統(tǒng)利用FPGA技術(shù)采用一種新的動(dòng)態(tài)的中頻識(shí)別方法，實(shí)現(xiàn)無人值守的可靠的實(shí)時(shí)相位計(jì)算和輸出，利用上述實(shí)時(shí)計(jì)算相移信號(hào)方法及系統(tǒng)的等離子體診斷方法及系統(tǒng)可以進(jìn)一步可靠地實(shí)現(xiàn)無人值守的實(shí)時(shí)電子密度和電流密度的測(cè)量，具體的：

在測(cè)量的時(shí)間分辨率所允許的時(shí)間段中動(dòng)態(tài)判定中頻信號(hào)頻率，避免了固化中頻的相位差計(jì)因?yàn)橹蓄l漂移造成的測(cè)量失?。?/p>

信號(hào)的濾波和相位差計(jì)算被設(shè)置在判定中頻信號(hào)頻率之后，可以大大提高相位計(jì)算的精度；

同時(shí)將長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量劃分為小的時(shí)間段，可以保證信號(hào)的實(shí)時(shí)輸出，為托卡馬克密度和電流密度反饋控制提供數(shù)據(jù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的實(shí)時(shí)計(jì)算動(dòng)態(tài)相移信號(hào)的系統(tǒng)構(gòu)成方框圖。

圖中：

1測(cè)量道A/D轉(zhuǎn)換模塊、2測(cè)量道濾波模塊、3測(cè)量道快速傅立葉變換模塊、4參考道A/D轉(zhuǎn)換模塊、5參考道濾波模塊、6參考道快速傅立葉變換模塊、7相位比較模塊。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步進(jìn)行說明。

本發(fā)明的實(shí)時(shí)計(jì)算動(dòng)態(tài)相移信號(hào)的方法，包括以下步驟：

S01：分別將測(cè)量道和參考道的中頻信號(hào)進(jìn)行分段；

S02：分別讀取當(dāng)前時(shí)段測(cè)量道和參考道中的中頻信號(hào)并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；

S03：將得到的當(dāng)前時(shí)段的測(cè)量道和參考道的數(shù)字信號(hào)分別進(jìn)行傅立葉變換轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域信號(hào)，同時(shí)分別找到測(cè)量道和參考道的中頻信號(hào)在當(dāng)前時(shí)段內(nèi)的準(zhǔn)確頻率；

S04：根據(jù)當(dāng)前時(shí)段測(cè)量道和參考道的中頻信號(hào)的準(zhǔn)確頻率，對(duì)當(dāng)前時(shí)段的參考道和測(cè)量道的頻域信號(hào)進(jìn)行共軛計(jì)算，獲得測(cè)量道與參考道的中頻信號(hào)在當(dāng)前時(shí)段的相位差；

S05：重復(fù)步驟S02至S04，計(jì)算測(cè)量道與參考道的中頻信號(hào)在下一時(shí)段內(nèi)的相位差。

相應(yīng)的，參見附圖1，本發(fā)明提供的實(shí)時(shí)計(jì)算動(dòng)態(tài)相移信號(hào)的系統(tǒng)，包括：

測(cè)量道A/D轉(zhuǎn)換模塊1，用于讀取當(dāng)前時(shí)段測(cè)量道的中頻信號(hào)并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；

參考道A/D轉(zhuǎn)換模塊4，用于讀取當(dāng)前時(shí)段參考道的中頻信號(hào)并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；

測(cè)量道快速傅立葉變換模塊3，用于將來自，測(cè)量道A/D轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行快速傅立葉變換得到頻域信號(hào)，并找到測(cè)量道的中頻信號(hào)的在當(dāng)前時(shí)段內(nèi)的準(zhǔn)確頻率；

參考道快速傅立葉變換模塊6，用于將來自，參考道A/D轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行快速傅立葉變換得到頻域信號(hào)，并找到參考道的中頻信號(hào)在當(dāng)前時(shí)段內(nèi)的準(zhǔn)確頻率；

相位比較模塊7，用于根據(jù)當(dāng)前時(shí)段測(cè)量道和參考道的中頻信號(hào)的準(zhǔn)確頻率，對(duì)當(dāng)前時(shí)段的參考道和測(cè)量道的頻域信號(hào)進(jìn)行共軛計(jì)算，獲得測(cè)量道與參考道的中頻信號(hào)在當(dāng)前時(shí)段的相位差。

簡(jiǎn)單來說，本發(fā)明的上述實(shí)時(shí)計(jì)算動(dòng)態(tài)相移信號(hào)的方法實(shí)際上是將測(cè)量道和參考道的中頻信號(hào)按時(shí)間分成合理的小段，這個(gè)所謂合理就的小段是指這個(gè)時(shí)間段可以滿足測(cè)量的時(shí)間分辨率的需要，同時(shí)還可以用這段數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)精度范圍內(nèi)的傅立葉變換，比如中頻信號(hào)頻率為1MHz，采樣率為12.5MHz，取時(shí)間段為20.48微秒，分段過程本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以結(jié)合本發(fā)明根據(jù)公知技術(shù)完成。每個(gè)小段的信號(hào)通過A/D變換記入電子學(xué)芯片，通過傅立葉變換，找到中頻信號(hào)的準(zhǔn)確頻率，并可以根據(jù)找到的中頻信號(hào)值，在規(guī)定的帶寬內(nèi)濾波，減少噪聲；并在濾波后進(jìn)行參考道信號(hào)與測(cè)量道信號(hào)的相位比較，得到測(cè)量道和參考道的中頻信號(hào)在當(dāng)前時(shí)段的相位差，進(jìn)而得到密度和電流密度的數(shù)據(jù)并輸出。接著按同樣方式計(jì)算下一個(gè)時(shí)間段的相位。將每個(gè)時(shí)間段的數(shù)據(jù)連接起來就得到整個(gè)時(shí)間的密度和電流密度的數(shù)據(jù)。

如上所述，為了較少噪聲，以提高相位計(jì)算的精度，本發(fā)明的實(shí)時(shí)計(jì)算動(dòng)態(tài)相移信號(hào)的方法可以在步驟S03和步驟S04之間設(shè)置濾波的步驟：

以步驟S03中找到的測(cè)量道和參考道的中頻信號(hào)在當(dāng)前時(shí)段內(nèi)的準(zhǔn)確頻率為中心頻率，在設(shè)定的帶寬范圍內(nèi)對(duì)步驟S03中得到的當(dāng)前時(shí)段測(cè)量道和參考道的頻域信號(hào)進(jìn)行帶通濾波，將帶寬之外的信號(hào)置為零，并在步驟S04中采用濾波后的頻域信號(hào)完成相位差的計(jì)算。

相應(yīng)的，本發(fā)明提供的實(shí)時(shí)計(jì)算動(dòng)態(tài)相移信號(hào)的系統(tǒng)中也可以設(shè)置測(cè)量道濾波模塊2和/或參考道濾波模塊5：

測(cè)量道濾波模塊以測(cè)量道快速傅立葉變換模塊找到測(cè)量道的中頻信號(hào)在當(dāng)前時(shí)段內(nèi)的準(zhǔn)確頻率為中心頻率，在設(shè)定的帶寬范圍內(nèi)對(duì)測(cè)量道快速傅立葉變換模塊得到的當(dāng)前時(shí)段測(cè)量道的頻域信號(hào)進(jìn)行帶通濾波，將帶寬之外的信號(hào)置為零，并在相位比較模塊中采用濾波后的頻域信號(hào)完成相位差的計(jì)算；

參考道濾波模塊以參考道快速傅立葉變換模塊找到參考道的中頻信號(hào)在當(dāng)前時(shí)段內(nèi)的準(zhǔn)確頻率為中心頻率，在設(shè)定的帶寬范圍內(nèi)對(duì)參考道快速傅立葉變換模塊得到的當(dāng)前時(shí)段參考道的頻域信號(hào)進(jìn)行帶通濾波，將帶寬之外的信號(hào)置為零，并在，相位比較模塊中采用濾波后的頻域信號(hào)完成相位差的計(jì)算。

本發(fā)明的上述實(shí)時(shí)計(jì)算動(dòng)態(tài)相移信號(hào)的方法選擇頻域信號(hào)進(jìn)行相位差的計(jì)算(計(jì)算方法可以參考文章Rev.Sci.Instrum.Vol.68No.1，p902(1997))，由于計(jì)算量較傳統(tǒng)計(jì)算方法較小，可以大幅度提高計(jì)算效率，同時(shí)，F(xiàn)PGA可是實(shí)現(xiàn)快速實(shí)時(shí)計(jì)算，將步驟S03、步驟S04和/或?yàn)V波的步驟采用FPGA技術(shù)實(shí)現(xiàn)，使系統(tǒng)計(jì)算的實(shí)時(shí)性大幅度提高，完全可以滿足現(xiàn)有的核聚變?cè)囼?yàn)的要求。對(duì)應(yīng)的，本發(fā)明的實(shí)時(shí)計(jì)算動(dòng)態(tài)相移信號(hào)的系統(tǒng)中，測(cè)量道快速傅立葉變換模塊、參考道快速傅立葉變換模塊、測(cè)量道濾波模塊、參考道濾波模塊和/或相位比較模塊燒錄在FPGA芯片上。

有些系統(tǒng)中，測(cè)量道包括三個(gè)中頻信號(hào)，相應(yīng)的參考道也包括三個(gè)中頻信號(hào)，此時(shí)分別需要同時(shí)采用步驟S01至步驟S05計(jì)算三對(duì)中頻信號(hào)在各時(shí)段的相位差。

本發(fā)明提供的基于上述實(shí)時(shí)計(jì)算動(dòng)態(tài)相移信號(hào)的方法的核聚變等離子體診斷方法，采用上述實(shí)時(shí)計(jì)算動(dòng)態(tài)相移信號(hào)的方法計(jì)算相位差，并在步驟S04之后設(shè)置如下步驟：

根據(jù)得到的相位差計(jì)算電子密度和電流密度。

并可以根據(jù)需要進(jìn)一步設(shè)置將計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行保存、展示和/或反饋的步驟。

相應(yīng)的，本發(fā)明提供的核聚變等離子體診斷系統(tǒng)，除包括上述實(shí)時(shí)計(jì)算動(dòng)態(tài)相移信號(hào)的系統(tǒng)外，還包括電子密度/電流密度計(jì)算模塊，電子密度/電流密度計(jì)算模塊根據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算動(dòng)態(tài)相移信號(hào)的系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算的相位差實(shí)時(shí)計(jì)算等離子體的電子密度和電流密度，并可進(jìn)一步根據(jù)需要設(shè)置用于存儲(chǔ)計(jì)算結(jié)果的存儲(chǔ)模塊、用于顯示計(jì)算結(jié)果的顯示模塊和/或用于將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行反饋的反饋系統(tǒng)。

應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)時(shí)計(jì)算動(dòng)態(tài)相移信號(hào)的系統(tǒng)的核聚變等離子體診斷系統(tǒng)的工作過程如下：

在進(jìn)行相位比較之前，測(cè)量道和參考道信號(hào)分別進(jìn)行模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)值信號(hào)、中頻確認(rèn)、信號(hào)帶通放大等信號(hào)調(diào)整過程。來自探測(cè)器的測(cè)量與參考信號(hào)分別為包含一個(gè)或三個(gè)中頻的模擬信號(hào)，通常信號(hào)幅值為1-4伏，信號(hào)頻率在600kHz-3MHz范圍內(nèi)。兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換模塊將來自探測(cè)器的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。兩個(gè)快速傅立葉變換單元將數(shù)字化的時(shí)域信號(hào)變成頻域信號(hào)，同時(shí)確定出中頻信號(hào)的具體頻率值；如果信號(hào)中有三個(gè)中頻則分別確定出三個(gè)中頻的位置，如果只有一個(gè)中頻則找到一個(gè)頻率值。濾波模塊動(dòng)態(tài)地將已找到的中頻值為中心，確定一定的帶寬(如1MHz的中頻信號(hào)，取濾波窗口為195kHz)，將帶寬之外的頻域信號(hào)置為零；有三個(gè)中頻的分別對(duì)每個(gè)中頻濾波。經(jīng)過濾波的測(cè)量和參考信號(hào)送入相位比較模塊7，經(jīng)過參考和測(cè)量信號(hào)的共軛計(jì)算，得到相位差，并可根據(jù)該相位差計(jì)算等離子體的電子密度和電流密度(該相位差比例于電子密度和電流密度)，然后可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，同時(shí)相位差信號(hào)、電子密度、電流密度等輸出到顯示器或其它硬件控制系統(tǒng)，如密度反饋系統(tǒng)，完成一個(gè)時(shí)間周期的運(yùn)行。在下一個(gè)時(shí)間周期重復(fù)運(yùn)行上述過程，直至放電結(jié)束。

下面結(jié)合一個(gè)實(shí)例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步進(jìn)行說明：

一套用三臺(tái)HCOOH激光器搭建的偏振干涉儀，其激光波長(zhǎng)為432微米，三臺(tái)激光器的光束分成測(cè)量道和參考道光束，并在測(cè)量道探測(cè)器和參考道探測(cè)器前分別合束成一束光。合束光中包含三個(gè)由三臺(tái)不同的激光器差頻出的中頻信號(hào)，頻率分別為700kHz，1.2MHz，1.9MHz。設(shè)置采樣率為12.5MHz，在放電的開始時(shí)刻，從測(cè)量道探測(cè)器和參考道探測(cè)器的信號(hào)流中分別取256個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)送入相位比較器，經(jīng)過A/D變換，將測(cè)量道和參考道信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。測(cè)量道和參考道信號(hào)分別通過快速傅立葉變換，找出中心頻率分別為700kHz，1.2MHz，1.9MHz的三個(gè)中頻，取濾波窗口為195kHz，分別對(duì)三個(gè)中頻，以峰值為中心，以濾波窗口為帶寬進(jìn)行帶通濾波。之后測(cè)量道和參考道信號(hào)進(jìn)入相位比較模塊7，對(duì)于每個(gè)中頻進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量和參考的相位比較，通過參考道和測(cè)量道的信號(hào)的共扼計(jì)算得到相位差值。然后可以根據(jù)色散關(guān)系的公式，得到電子密度和電流密度的值，并輸出在顯示器和密度反饋控制器輸入端，由于整個(gè)信號(hào)處理流程應(yīng)用FPGA技術(shù)，完成一個(gè)循環(huán)所用時(shí)間為180微秒。之后，再取下一個(gè)時(shí)間段的數(shù)據(jù)重復(fù)上述過程，直至放電結(jié)束。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員科研根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。