EAST汤姆逊散射诊断激光传输系统自动控制研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pie1011
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汤姆逊散射诊断是托卡马克装置上一个重要的常规诊断,被聚变界公认为测量等离子体电子温度和密度最准确的手段,可以为高温等离子体物理研究提供可靠的测量数据。但是,汤姆逊散射信号具有散射截面小,信号微弱的特点,测量难度大,对诊断系统各组成部分性能要求高。激光传输系统是汤姆逊散射诊断系统的一个重要子系统,其性能可以直接影响诊断测量结果的准确性和可靠性。为改善EAST汤姆逊散射诊断激光传输系统的性能,本论文针对其自动控制问题开展了一系列研究工作,主要内容包括:  (1)搭建激光传输系统工作平台。该平台主要包括三部分:①恒温恒湿洁净系统,采用以单元式温湿度控制机箱控制环境温湿度,以风机过滤单元调节环境洁净度的设计方案,实现了激光器、光谱仪等光电仪器工作环境温度、湿度、洁净度等参数的自动控制,确保外界环境满足各光电仪器的运行要求,以保证其工作性能和运行稳定性;②激光区隔振平台,设计方案为建设一个混凝土大质量块作为隔振基础,并配合大载荷大阻尼的弹簧隔振元件组合构成隔振平台,对激光器等设备进行被动隔振,可以较有效地减小竖直方向的外界振动对激光束指向稳定性的影响;③电磁屏蔽系统,根据电磁干扰抑制理论设计实施了一系列电磁屏蔽措施,包括建设激光区和谱仪区屏蔽体、埋设独立地线等工作,对激光器的电磁辐射进行主动屏蔽,并对光谱仪等灵敏设备进行被动屏蔽,此外,还对光谱仪的机械结构设计进行了研究。  (2)研制激光传输自动控制系统。该系统主要包括两部分:①激光自动准直系统,采用2个CCD(Charge Coupled Device)相机和2个电动光学调整架,并设计合理的软件结构和功能模块进行光斑图像采集、图像处理和电动光学调整架控制,实现了激光光束偏移的自动矫正,且可以检查相机能否观察到完整的激光光斑,如果光斑不完整,则通过指示灯和短信通知工作人员,还可以提供激光光斑能量分布的三维可视化图像等信息;②激光准直辅助系统,采用8个CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)相机和4个电动光学调整架,实时监控激光传输光路上的多面反射镜和下窗口插板阀等,并在程序界面上标示参考位置以方便工作人员判断激光光束偏移情况,同时可以远程控制4个电动光学调整架进行光路调节,并在实验室内控制光路上的照明设备,当光源存在时还可以观察射镜镜面洁净、损坏情况等。  (3)在激光传输系统工作平台和激光传输自动控制系统研制完成后,进行了实际运行,运行结果证明各子系统均达到了设计目标,EAST汤姆逊散射诊断激光传输系统的工作环境得到了有效改善,激光器、光谱仪等光电仪器运行稳定,性能可靠,同时激光束指向稳定性也得到了明显改善,可以将诊断下窗口处的激光光束位置波动减小至约10μrad,则汤姆逊散射诊断的测量结果也会更加准确可靠。
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