引言

在托卡馬克等離子體物理放電過程中，破裂與據(jù)齒的研究具有重要的意義。在大多數(shù)托卡馬克放電過程中都存在破裂與鋸齒。破裂是一個值得注意的事件，其間等離子體的約束遭到嚴重的破壞，它不僅限制了等離子體的電流和密度的運行區(qū)域，而且它造成的機械應(yīng)力和熱負荷給等離子體容器壁帶來嚴重損害。對破裂，目前在理論上仍缺乏詳盡理解，大體上可將其分為低q破裂和密度極限破裂。利用村上(Murakami)參數(shù)作橫坐標的Hugill圖，我們可以得到破裂和托卡馬克等離子體運行區(qū)域的初略了解。

在大多數(shù)情況下托卡馬克等離子體中心存在馳豫振蕩，也就是溫度和密度的鋸齒振蕩。在上升期，磁軸附近的電流密度增加，中心q值下降，在下降期，磁軸附近的電流密度下降，中心值增加。鋸齒的機制不太清楚，一般由卡達姆采夫重連模解釋。

破裂與鋸齒的軟X-射線行為大體可以分為四個階段，即預(yù)前兆期、前兆期、快速下降期、以及恢復(fù)或熄滅期。對于破裂與鋸齒的快速下降期，通常人們對它有一種誤解，即認為在此期間，軟X-射線信號是單調(diào)或準單調(diào)地下降的。事實上，只要采樣頻率足夠高，仔細觀察，不難發(fā)現(xiàn)軟X-射線是振蕩下降的，而且一階小量大于零階量(通常將直流成分定義為零階量)。

可見，為了獲得破裂和鋸齒行為的詳盡信息，必須采用時間分辨率較高的等離子體診斷方式。隨著采樣頻率的增加，獲得的數(shù)據(jù)量也成倍增加，這給數(shù)據(jù)的存儲、傳送和處理帶來了極大的困難。要在漫長的放電過程中，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集，并在給定的短時間內(nèi)完成數(shù)據(jù)的存儲、傳送和處理成為構(gòu)建測試系統(tǒng)要解決問題的關(guān)鍵所在。

構(gòu)建VXI測試系統(tǒng)

由于在托卡馬克等離子體物理漫長的放電過程中，破裂和鋸齒是非常短暫的過程，這為我們克服這些困難提供了條件。

我們以這樣的方式組成40通道VXI數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)，針對漫長的放電過程除破裂和鋸齒等短暫過程外其緩慢變化的特征，在各個通道采用較低的采樣率采集全過程數(shù)據(jù)，確保能采集到放電全過程的數(shù)據(jù)，就可以滿足對放電過程的概況測試。將其戰(zhàn)速采集時間設(shè)定為1.6秒，可以覆蓋所有放電過程。但由于采樣頻率低，整個持續(xù)1.6秒的慢采集過程形成的數(shù)據(jù)量也就僅僅每通道幾十K。

低速采集的同時，每通道還有一個與低速采集并行進行著的高速采集，專門用來采集破裂和鋸齒事件。

高速采集和低速采集有各自不同的存儲器存儲數(shù)據(jù)，高速采集的存儲器被分為很多片段，最多可分為16段，每段存儲器采集存儲一個破裂和鋸齒事件數(shù)據(jù)。在低速采集開始以后，由一個專門的事件觸發(fā)模塊多次觸發(fā)快速采集，每次觸發(fā)啟動一次快速采集過程，記錄一個事件信號。由于破裂和鋸齒事件非常短暫，持續(xù)時間也就幾毫秒，對于2MSa/s的高速采集，每通道存儲器總的長度不到100K就可滿足多次快速采集的存儲數(shù)據(jù)的需要。

這樣一來，我們構(gòu)建的VXI測試系統(tǒng)用一種變通的方式實現(xiàn)既可以由低速采集觀察到漫長的放電過程的全貌，又可以由高速采集仔細分析破裂和鋸齒的短暫過程，以及判斷事件出現(xiàn)在放電過程的時刻，將常規(guī)方式采集下每通道約3MSa的存儲器需求降到100KSa左右，解決了由于采樣頻率的增加而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量成倍增加的矛盾。為在給定的短時間內(nèi)完成數(shù)據(jù)的存儲、傳送和處理提供了保證。

功能設(shè)計考慮

要構(gòu)建測試系統(tǒng)，我們首先需要一個最基本的VXI平臺：13槽的VXI機箱和零槽控制器，在此平臺基礎(chǔ)上，我們開始構(gòu)建這套專用系統(tǒng)的測試功能部分。系統(tǒng)測試功能部分的硬件被抽象為兩個基本功能：一個是信號數(shù)據(jù)采集和存儲，包括慢速的全過程采集和同時進行的快速的破裂和鋸齒事件捕捉;另一個是識別和判斷破裂和鋸齒事件，產(chǎn)生對采集的觸發(fā)。兩個抽象的基本功能確定了測試系統(tǒng)要開發(fā)的兩種類型的VX I模塊：數(shù)據(jù)采集模塊和事件觸發(fā)模塊。

在我們的測試系統(tǒng)中，需要40個并行采集通道，數(shù)據(jù)采集模塊被設(shè)計為每模塊4個通道，需用到10個采集模塊數(shù)。40個通道并行工作，系統(tǒng)的快速采集只需要由一個事件觸發(fā)模塊來啟動，只需要對被監(jiān)視的一路信號來加以判別產(chǎn)生動作。13槽的VXI機箱剛好滿足使用。

系統(tǒng)工作模式是這樣進行的：工作開始時，事件觸發(fā)模塊首先接受代表放電過程開始的外部觸發(fā)信號，來啟動數(shù)據(jù)采集模塊的慢速采集，同時啟動事件觸發(fā)模塊內(nèi)部的破裂和鋸齒事件鑒別工作。每當事件觸發(fā)模塊鑒別出設(shè)定事件時，它就立即通過TTLTRGn線發(fā)出觸發(fā)信號，啟動數(shù)據(jù)采集模塊的一次快速的數(shù)據(jù)采集，捕捉破裂和鋸齒事件信號。破裂和鋸齒事件的發(fā)生到事件觸發(fā)模塊鑒別出事件，給出觸發(fā)信號總會有延遲，所以，在快速的每一次數(shù)據(jù)采集對應(yīng)的存儲數(shù)據(jù)中，還必須使用負延遲觸發(fā)功能。一次快速數(shù)據(jù)采集完成自動進入下一段存儲器，準備接受下一次觸發(fā)，啟動下一次采集，直到設(shè)定的快速數(shù)據(jù)采集次數(shù)全部完成。

最后，當數(shù)據(jù)采集模塊1.6秒的慢速采集數(shù)據(jù)過程全部完成，整個采集過程宣告結(jié)束，才可以開始處理數(shù)據(jù)，并準備下一次的工作。