專利名稱:等離子體電流硬件補償裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及等離子體實驗裝置領域，具體的說是ー種等離子體電流硬件補償裝置。
背景技術：
在托卡馬克核聚變實驗中，探測等離子體電流的線圈受到極向場電流的耦合，等離子體電流信號IP需要扣除極向場12個線圈電流(PF1P PF12P)的耦合得到準確的IP信號。在沒有等離子體電流時，對極向場I 6號線圈放電，圖I中可以看出，等離子體電流IPM、IPE受到了不同程度的干擾。
等離子體電流信號是放電最重要的信號之一，各系統(tǒng)的保護和PCS控制都要用到 IP信號，保證該信號準確性是做好實驗的必要條件。

發(fā)明內容
本發(fā)明為了得到準確的等離子體電流，提供了ー種具有高實時性、高可靠性的等離子體電流硬件補償裝置。
本發(fā)明采用的技術方案
等離子體電流硬件補償裝置，其特征在于等離子體電流信號IP和12個線圈電流數(shù)據信號輸入到13路比例放大電路輸入端，13路比例放大電路的輸出端連接到加減法器的輸入端，加減法器的輸出端分成三路，分別通過三個隔離輸出電路連接到PCS (Plasmacontrol system)等離子體控制系統(tǒng)、數(shù)據采集系統(tǒng)、保護系統(tǒng)。
所述的13路比例放大電路，是由13個相同的比例放大電路并列構成的，第一個比例放大電路結構為包括運算放大器U1，輸入信號經過電阻Rl輸入運算放大器Ul反相輸入端，運算放大器Ul的同相輸入端和運算放大器Ul的+Vcc間連接有電容Cl，運算放大器Ul的-Vee經過電容C2后接地，運算放大器Ul的反相輸入端和輸出端間連接有并聯(lián)電路，并聯(lián)電路的ー個支路為電容C3，另ー個支路為調節(jié)電阻RPl與電阻Rl_l、Rl_2、Rl_3、開關S1-S3構成的選擇電路串聯(lián)構成的；其余的比例放大電路按元件編號以此類推。
所述的加減法器，其結構為包括運算放大器U14，運算放大器U14的反相輸入端通過電阻R14-R26分別連接到13路比例放大電路的輸出端，運算放大器U14的同相輸入端通過電阻R27-R39分別連接到13路比例放大電路的輸出端，運算放大器U14的同相輸入端與運算放大器U14的-Vee間連接有電容C41和電阻R39A的串聯(lián)電路，運算放大器U14的+Vcc經過電容C40后接地，運算放大器U14的反相輸入端與輸出端間連接有電阻R40。
所述的隔離輸出電路，共有三個，且結構完全相同，第一個隔離輸出電路結構為包括B0122芯片U15、運算放大器U16、U17，加減法器的輸出端的一個支路連接到B0122芯片U15的輸入端Vin，B0122芯片U15外接有電容C42_45，B0122芯片U15的輸出端Vout經過電阻R41、R42連接到運算放大器U16的同相輸入端，運算放大器U16的同相輸入端與運算放大器U16的-Vcc間連接有電容C47、C49，運算放大器U16的同相輸入端與運算放大器U16的輸出端間連接有電容C46，運算放大器U16的+Vcc經過電容C48后接地，運算放大器U16的輸出端連接到運算放大器U17的同相輸入端，運算放大器U17的+Vcc經過電容C50后接地，運算放大器U17的-Vcc經過電容C51后接地，運算放大器U17的輸出端連接到外圍的PCS(Plasma control system)等離子體控制系統(tǒng)；其余的隔離輸出電路按元件編號以此類推。
本發(fā)明的設計思路
如圖2所示，硬件IP信號補償系統(tǒng)主要包括三個部分(I)輸入信號比例放大部分，用于對13路信號(包括12個線圈電流和I個IP電流)比例放大、系數(shù)調節(jié)；(2)加法器部分，完成13路信號的加減運算；(3)隔離輸出部分。
整個系統(tǒng)最關鍵的部分在于耦合系數(shù)，只有確保耦合系數(shù)的準確性，才能提高系統(tǒng)的精度。核心公式kip- (k
IPl · I PFl +klP2 · IpF2+k IP3 * IpF3+> · · +kIP12 · IpFi2) — 0，其中 kIP1、
kIP2. . . kIP12、k為各項稱合系數(shù)。
系統(tǒng)電路圖如圖3所示首先由13路比例放大電路進行比例調節(jié)，輸出(Vout_PFl. . . Vout_PF12, Vout_IP)經加減法器U14的輸入選擇端(正負選擇)，輸出OUT，OUT再連接0UT1、0UT2、0UT3進行隔離輸出，隔離輸出部分包括隔離、ニ階低通濾波、電壓跟隨，最后輸出 Voutl、Vout2、Vout3。
比例放大器部分
調節(jié)系數(shù)采用切換反饋電阻的方法，固定輸入阻抗，由于系數(shù)比較小，這樣
盡量提高輸入阻杭。系數(shù)調節(jié)主要包括粗調和細調兩部分。如圖3所示，粗調是在反饋端預留三組反饋電阻可供選擇；細調則是利用反饋端高精度的鐘表電位器進行調節(jié)。同時系統(tǒng)還具備調零功能。
加法器部分
由于系數(shù)前面的符號沒有確定，而且隨著實驗的進行，系數(shù)的符號可能發(fā)生變化。所以在加法器的正負輸入端預留了接ロ，方便切換。
隔離輸出部分
為了確保電路系統(tǒng)的安全，通過隔離芯片將電路輸出分為3路，分別送到PCS(等離子體控制系統(tǒng))；DAQ(采集系統(tǒng))，用于數(shù)據的存儲與分析；IP保護系統(tǒng)，用于各系統(tǒng)的保護。3路輸出分別為獨立電源，沒有地線連接。
隔離輸出部分主要包括隔離、低通濾波及電壓跟隨器。這樣提供功率可以驅動負載，并且輸出的電壓不會因負載阻抗的改變而受影響。
由于輸入端的信號、電源、地與3路輸出端的信號、電源、地完全隔離開來，所以電路的抗干擾性能很好。
本發(fā)明的優(yōu)點
本發(fā)明提供的等離子體電流硬件補償裝置，其有益效果體現(xiàn)在方案簡單、靈活、成本低、易于實施、響應速度快(us量級)，系統(tǒng)可靠性高。


圖I為線圈電流對等離子體電流信號的耦合示意圖；
圖2為本發(fā)明系統(tǒng)框圖；[0027]圖3為本發(fā)明系統(tǒng)電路圖。
具體實施方式
等離子體電流硬件補償裝置，其特征在于等離子體電流信號IP和12個線圈電流數(shù)據信號輸入到13路比例放大電路輸入端，13路比例放大電路的輸出端連接到加減法器的輸入端，加減法器的輸出端分成三路，分別通過三個隔離輸出電路連接到PCS (Plasmacontrol system)等離子體控制系統(tǒng)、數(shù)據采集系統(tǒng)、保護系統(tǒng)。
所述的13路比例放大電路，是由13個相同的比例放大電路并列構成的，第一個比例放大電路結構為包括運算放大器U1，輸入信號經過電阻Rl輸入運算放大器Ul反相輸入端，運算放大器Ul的同相輸入端和運算放大器Ul的+Vcc間連接有電容Cl，運算放大器Ul的-Vee經過電容C2后接地，運算放大器Ul的反相輸入端和輸出端間連接有并聯(lián)電路，并聯(lián)電路的ー個支路為電容C3，另ー個支路為調節(jié)電阻RPl與電阻Rl_l、Rl_2、Rl_3、開關S1-S3構成的選擇電路串聯(lián)構成的；其余的比例放大電路按元件編號以此類推。
所述的加減法器，其結構為包括運算放大器U14，運算放大器U14的反相輸入端通過電阻R14-R26分別連接到13路比例放大電路的輸出端，運算放大器U14的同相輸入端通過電阻R27-R39分別連接到13路比例放大電路的輸出端，運算放大器U14的同相輸入端與運算放大器U14的-Vee間連接有電容C41和電阻R39A的串聯(lián)電路，運算放大器U14的+Vcc經過電容C40后接地，運算放大器U14的反相輸入端與輸出端間連接有電阻R40。
所述的隔離輸出電路，共有三個，且結構完全相同，第一個隔離輸出電路結構為包括B0122芯片U15、運算放大器U16、U17，加減法器的輸出端的一個支路連接到B0122芯片U15的輸入端Vin，B0122芯片U15外接有電容C42_45，B0122芯片U15的輸出端Vout經過電阻R41、R42連接到運算放大器U16的同相輸入端，運算放大器U16的同相輸入端與運算放大器U16的-Vcc間連接有電容C47、C49，運算放大器U16的同相輸入端與運算放大器U16的輸出端間連接有電容C46，運算放大器U16的+Vcc經過電容C48后接地，運算放大器U16的輸出端連接到運算放大器U17的同相輸入端，運算放大器U17的+Vcc經過電容C50后接地，運算放大器U17的-Vcc經過電容C51后接地，運算放大器U17的輸出端連接到外圍的PCS(Plasma control system)等離子體控制系統(tǒng)；其余的隔離輸出電路按元件編號以此類推。
權利要求
1.等離子體電流硬件補償裝置，其特征在干等離子體電流信號IP和12個線圈電流數(shù)據信號輸入到13路比例放大電路輸入端，13路比例放大電路的輸出端連接到加減法器的輸入端，加減法器的輸出端分成三路，分別通過三個隔離輸出電路連接到PCS (Plasmacontrol system)等離子體控制系統(tǒng)、數(shù)據采集系統(tǒng)、保護系統(tǒng)； 所述的13路比例放 大電路，是由13個相同的比例放大電路并列構成的，第一個比例放大電路結構為包括運算放大器Ul，輸入信號經過電阻Rl輸入運算放大器Ul反相輸入端，運算放大器Ul的同相輸入端和運算放大器Ul的+Vcc間連接有電容Cl，運算放大器Ul的-Vee經過電容C2后接地，運算放大器Ul的反相輸入端和輸出端間連接有并聯(lián)電路，并聯(lián)電路的ー個支路為電容C3，另ー個支路為調節(jié)電阻RPl與電阻Rl_l、Rl_2、Rl_3、開關S1-S3構成的選擇電路串聯(lián)構成的；其余的比例放大電路按元件編號以此類推； 所述的加減法器，其結構為包括運算放大器U14，運算放大器U14的反相輸入端通過電阻R14-R26分別連接到13路比例放大電路的輸出端，運算放大器U14的同相輸入端通過電阻R27-R39分別連接到13路比例放大電路的輸出端，運算放大器U14的同相輸入端與運算放大器U14的-Vee間連接有電容C41和電阻R39A的串聯(lián)電路，運算放大器U14的+Vcc經過電容C40后接地，運算放大器U14的反相輸入端與輸出端間連接有電阻R40 ； 所述的隔離輸出電路，共有三個，且結構完全相同，第一個隔離輸出電路結構為包括B0122芯片U15、運算放大器U16、U17，加減法器的輸出端的一個支路連接到B0122芯片U15的輸入端Vin，B0122芯片U15外接有電容C42-45，B0122芯片U15的輸出端Vout經過電阻R41、R42連接到運算放大器U16的同相輸入端，運算放大器U16的同相輸入端與運算放大器U16的-Vcc間連接有電容C47、C49，運算放大器U16的同相輸入端與運算放大器U16的輸出端間連接有電容C46，運算放大器U16的+Vcc經過電容C48后接地，運算放大器U16的輸出端連接到運算放大器U17的同相輸入端，運算放大器U17的+Vcc經過電容C50后接地，運算放大器U17的-Vcc經過電容C51后接地，運算放大器U17的輸出端連接到外圍的PCS (Plasma control system)等離子體控制系統(tǒng)；其余的_離輸出電路按元件編號以此類推。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種等離子體電流硬件補償裝置，其特征在于等離子體電流信號IP和12個線圈電流數(shù)據信號輸入到13路比例放大電路輸入端，13路比例放大電路的輸出端連接到加減法器的輸入端，加減法器的輸出端分成三路，分別通過三個隔離輸出電路連接到PCS(Plasma control system)等離子體控制系統(tǒng)、數(shù)據采集系統(tǒng)、保護系統(tǒng)。本發(fā)明提供的等離子體電流硬件補償裝置，其有益效果體現(xiàn)在方案簡單、靈活、成本低、易于實施、響應速度快(us量級)，系統(tǒng)可靠性高。
文檔編號G21B1/11GKCN101488372 B發(fā)布類型授權 專利申請?zhí)朇N 200910116117
公開日2013年1月9日 申請日期2009年1月22日
發(fā)明者杜曉英, 季振山, 沈飆, 王勇 申請人:中國科學院等離子體物理研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (5), 非專利引用 (2),