Tokamak托卡马克诊断数据采集系统
l 背景
ITER——国际热核聚变实验堆计划是全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，建造约需10年，耗资50亿美元（1998年值）。ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托卡马克，俗称“人造太阳”。2003年1月，国务院批准我国参加ITER计划谈判，2006年5月，经国务院批准，中国ITER谈判联合小组代表我国政府与欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国共同草签了ITER计划协定。
托卡马克装置必须广泛配备诊断系统，以提供控制、评估和优化等离子体性能所必需的测量任务。这些需求要求数据采集系统具有高性能、可扩展性和灵活性，并具备高速信号处理能力。
l 应用需求
1. 可定制的高性能测量和高速信号处理
2. 能够满足苛刻的进度、成本和RASM（可靠性、可用性、支持性和维护性）目标
3. 与等离子体控制应用（如EPICS）集成
l ITER 中子诊断
该子系统通常包括用于诊断中子产生、传播和相互作用过程的传感器和设备。快速工厂控制器则用于实时监控和控制这些诊断设备，以确保对中子源和等离子体的精确测量和数据处理。
1. 中子诊断
用于测量和监测等离子体中产生的中子，这些数据对核聚变研究至关重要，能够帮助了解等离子体的密度、温度等物理特性。
2. 快速工厂控制
涉及高性能实时控制系统的设计，快速工厂控制器需要处理大量的测量数据，并能够迅速响应以确保实验设备和工厂的稳定运行
图1 ITER快速工厂控制器，硬件和软件组件
l 方案实现
1. 测量设备
通过PXIe和FlexRIO（带高速IO的PXIe FPGA模块）满足广泛的测量I/O需求，支持LabVIEW可编程FPGA和64位Linux设备驱动程序。其中PXIe-7966 FPGA配置5761前端高速数字化仪（250 MS/s，14位，500 MHz带宽，4通道数字化仪模块）实现调理（脉冲、电流等）后数据的实时采集分析处理，并以IOC（EPICS Input / Output Controller ）的形式进入EPICS系统。
2. 其他方面
利用PXIe系统和模块化仪器满足数据采集、快速控制器、定时与同步以及设备控制的全面需求。
系统中，所有机箱中的所有通道都与PXI-6653（HSDIO高速数字IO，可用PXIe-657x或PXI-6674替代）的参考时钟紧密同步。通过使用NI-TClk技术和内置的锁相环，实现了<300皮秒的通道间偏移，即使在高通道数的系统中也稳定运行和同步。
图2 汤姆逊散射诊断系统
Refernence:
