一种用于测量射频波特性的高频磁探针诊断系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于测量射频波特性的高频磁探针诊断系统，测量系统包括真空同轴电极、高频磁探针、功分器、检波器、鉴相器、信号采集系统，真空同轴电极用于将射频信号从托卡马克内传输到托卡马克外部；高频磁探针用来耦合射频信号；功分器将电压探针和电流探针信号等幅值，等相位分配为两路；检波器检测电压探针和电流探针射频信号的峰峰值，结果以直流信号输出；鉴相器检测电压探针和电流探针信号之间相位差，结果以直流信号输出。信号采集系统将采集的电压信号存属到计算机上。

A high frequency magnetic probe diagnostic system for measuring the characteristics of radio frequency waves

The invention discloses a method for measuring the RF wave characteristics of high frequency magnetic probe diagnostic system, the measurement system includes a vacuum coaxial electrode, high frequency magnetic probe, power divider, phase detector, detector, signal acquisition system, vacuum coaxial electrode for the RF signal from: markne transmission to the Tokamak external; high frequency magnetic probe for RF coupling signal; power divider voltage and current amplitude of probe probe signal, phase distribution for two; peak detector voltage detection probe and probe current of the RF signal, the DC signal output; phase difference between the discriminator detection voltage and current probe probe signal, the DC signal output. The signal acquisition system stores the collected voltage signals to the computer.

【技术实现步骤摘要】
一种用于测量射频波特性的高频磁探针诊断系统
本专利技术涉及测量离子回旋天线附近离子回旋波本身的特性
，尤其涉及一种用于测量射频波特性的高频磁探针诊断系统。
技术介绍
离子回旋波辅助加热系统在绝大多数托卡马克中都是主要的辅助加热系统。离子回旋波在托卡马中的频率范围大致在20-80MHz。在EAST中目前是工作频率范围在25-70MHz。高频电磁波通过天线耦合到等离子体中，实现对等离子体的加热。ICRF主要是电磁波快波加热，但是慢波的出现是不可避免的，所以测量边界，慢波比例显得尤为重要，对我们优化天线，提高射频波耦合都能起到很重要的作用。我们知道天线加热效果和K谱密切相关，在天线结构设计天线安装等一系列工作完成以后，我们主要通过改变电流带之间的相位差来改变K谱。例如，天线加热最好的状态是(0，π，0，π)的加热模式，此时的K大概在14附近。我们所设计的磁探针有对K谱实时监测的作用，对天线的加热状态是一种很好的监测。再就是我们可以通过计算耦合到探针的功率来判断天线的加热效果，当天线加热效果比较好的时候探针耦合到的功率比较小。目前在等离子体边界处我们已经能很好的监测等离子体密度，温度，电势等参数，但是对离子回旋本身的特性缺乏必要的了解，在此背景下我们搭建的一套磁探针诊断系统，主要用于对测量离子回旋波本身的特性。
技术实现思路
本专利技术目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种用于测量射频波特性的高频磁探针诊断系统。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种用于测量射频波特性的高频磁探针诊断系统，包括有高频磁探针、真空同轴电极、高真空同轴线、滤波器、功分器、检波器、鉴相器、数据采集与处理模块和计算机，高频磁探针的输出端通过高真空同轴线连接真空同轴电极，真空同轴电极通过隔直器连接滤波器，滤波器与功分器的输入端连接，功分器的一个输出端连接检波器，功分器的另外两个输出端连接鉴相器，检波器和鉴相器的输出端均连接数据采集与处理模块的输入端，数据采集与处理模块的输出端连接计算机，所述的高频磁探针位于托卡马克内部，高频磁探针耦合离子回旋波的快波和慢波的射频信号，射频信号通过高真空同轴线和真空同轴电极传输到托卡马克外部，通过滤波器将信号频率集中在离子回旋频率附近，所述的功分器将射频信号等幅值等相位分配为两路，通过检波器测量耦合的射频波波信号的幅值，通过鉴相器测量相近磁探针的射频波的相位差，检波器和鉴相器将输出的信号发送给数据采集与处理模块，数据采集与处理模块利用相位差计算离子回旋波波谱，并将计算结果发送到计算机进行存储。所述的高频磁探针包括有不锈钢腔体，在不锈钢腔体的顶部设有盖板，在不锈钢腔体内设有陶瓷轴，陶瓷轴上设有线圈，在不锈钢腔体的内侧底部设有陶瓷板，在盖板的上面设有SMA转接头，在不锈钢腔体内设有内导体，所述的内导体的两端分别连接线圈和SMA转接头，在盖板上还开有缝隙，所述的线圈用于耦合射频信号，用SMA转接头将耦合的信号输出，缝隙是为了电磁信号可以进入不锈钢腔体内，陶瓷板是为了防止等离子体进入不锈钢腔体，损坏磁探针线圈。所述的真空同轴电极是一种五十欧姆陶瓷焊接阻隔超高真空的BNC转BNC的转接头，结合真空法兰安装在托卡马克壁上用于传输射频信号。所述的检波器是利用AD8307芯片来测量比较小的射频信号，是一种将射频信号转化直流信号一种的器件。鉴相器是利用AD8302芯片测量两路射频信号之间的相位差。本专利技术的优点是：1.它是目前唯一可以探测EAST中ICRF天线附近离子回旋波特性的诊断系统，它对于整个离子回旋波加热系统的运行效果都有很好的监测作用。2.高频磁探针另一个优点是在实现自己功能的时候并不会对等离子体本身产生影响，并不需要往等离子体中注入射线之类的东西。3.理论以及结构都比较简单，便于实施，价格比较便宜。附图说明图1为高频磁探针诊断系统整体结构图。图2为探针具体的结构图(图2(a)为高频磁探针阵列；图2(b)磁探针结构俯视图；图2(c)磁探针结构主视图；图2(d)磁探针结构侧视图)。图3为天线测试平台基本结构图。图4为实验平台上测量传输线中波的波谱图。图5为探针的HFSS模拟结构图。图6为HFSS模拟的耦合系数结果与频率的关系图。具体实施方式如图1所示，一种用于测量射频波特性的高频磁探针诊断系统，包括有高频磁探针1、真空同轴电极2、高真空同轴线3、滤波器4、功分器5、检波器6、鉴相器7、数据采集与处理模块8和计算机9，高频磁探针1的输出端通过高真空同轴线3连接真空同轴电极2，真空同轴电极2通过隔直器10连接滤波器4，滤波器4与功分器5的输入端连接，功分器5的一个输出端连接检波器6，功分器5的另外两个输出端连接鉴相器7，检波器6和鉴相器7的输出端均连接数据采集与处理模块8的输入端，数据采集与处理模块8的输出端连接计算机9，所述的高频磁探针1位于托卡马克内部，高频磁探针1耦合离子回旋波的快波和慢波的射频信号，射频信号通过高真空同轴线3和真空同轴电极2传输到托卡马克外部，通过滤波器4将信号频率集中在离子回旋频率附近，所述的功分器5将射频信号等幅值等相位分配为两路，通过检波器6测量耦合的射频波波信号的幅值，通过鉴相器7测量相近磁探针的射频波的相位差，检波器6和鉴相器7将输出的信号发送给数据采集与处理模块8，数据采集与处理模块8利用相位差计算离子回旋波波谱，并将计算结果发送到计算机9进行存储。如图2所示，所述的高频磁探针包括有不锈钢腔体11，在不锈钢腔体11的顶部设有盖板12，在不锈钢腔体11内设有陶瓷轴13，陶瓷轴13上设有线圈14，在不锈钢腔体11的内侧底部设有陶瓷板15，在盖板12的上面设有SMA转接头16，在不锈钢腔体11内设有内导体17，所述的内导体17的两端分别连接线圈14和SMA转接头16，在盖板12上还开有缝隙18，所述的线圈14用于耦合射频信号，用SMA转接头16将耦合的信号输出，缝隙18是为了电磁信号可以进入不锈钢腔体11内，陶瓷板15是为了防止等离子体进入不锈钢腔体，损坏磁探针线圈。所述的真空同轴电极2是一种五十欧姆陶瓷焊接阻隔超高真空的BNC转BNC的转接头，结合真空法兰安装在托卡马克壁上用于传输射频信号。所述的检波器6是利用AD8307芯片来测量比较小的射频信号，是一种将射频信号转化直流信号一种的器件。鉴相器7是利用AD8302芯片测量两路射频信号之间的相位差。通过搭建测试平台在传输线校准探针的耦合系数，利用耦合系数来计算实际功率密度。具体步骤如下。如图3所示为天线测试平台的一个基本结构：1,2,3,4,5,6为六个探针，探针和传输线内侧相切。面密度的计算：我们给射频源一个功率Pav，然后根据公式求解出传输线外壁内侧探针缝隙处的功率密度。P进＝P面×S为从缝隙中耦合到探针的功率，S为缝隙的面积。利用检波器测得探针的功率为P耦合。η为耦合系数。利用耦合系数，便可以求出托卡马克中探针所在位置的功率密度。波数K的计算：从一般的波方程:Φ≡kx-ωt,x是距离，ω是波的波速度，t是时间。可以通过求相位对距离的导数就可以求出波数k，时间并没有进入所求k谱项。画出由天线测试平台所得到的k谱的值，如图4所示。我们进行加工探针之前对探针进行了电磁模拟，我们利用HFSS电磁模拟软件对探针的耦合系数进行了模拟，如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量射频波特性的高频磁探针诊断系统，其特征在于：包括有高频磁探针、真空同轴电极、高真空同轴线、滤波器、功分器、检波器、鉴相器、数据采集与处理模块和计算机，高频磁探针的输出端通过高真空同轴线连接真空同轴电极，真空同轴电极通过隔直器连接滤波器，滤波器与功分器的输入端连接，功分器的一个输出端连接检波器，功分器的另外两个输出端连接鉴相器，检波器和鉴相器的输出端均连接数据采集与处理模块的输入端，数据采集与处理模块的输出端连接计算机，所述的高频磁探针位于托卡马克内部，高频磁探针耦合离子回旋波的快波和慢波的射频信号，射频信号通过高真空同轴线和真空同轴电极传输到托卡马克外部，通过滤波器将信号频率集中在离子回旋频率附近，所述的功分器将射频信号等幅值等相位分配为两路，通过检波器测量耦合的射频波波信号的幅值，通过鉴相器测量相近磁探针的射频波的相位差，检波器和鉴相器将输出的信号发送给数据采集与处理模块，数据采集与处理模块利用相位差计算离子回旋波波谱，并将计算结果发送到计算机进行存储。

【技术特征摘要】
1.一种用于测量射频波特性的高频磁探针诊断系统，其特征在于：包括有高频磁探针、真空同轴电极、高真空同轴线、滤波器、功分器、检波器、鉴相器、数据采集与处理模块和计算机，高频磁探针的输出端通过高真空同轴线连接真空同轴电极，真空同轴电极通过隔直器连接滤波器，滤波器与功分器的输入端连接，功分器的一个输出端连接检波器，功分器的另外两个输出端连接鉴相器，检波器和鉴相器的输出端均连接数据采集与处理模块的输入端，数据采集与处理模块的输出端连接计算机，所述的高频磁探针位于托卡马克内部，高频磁探针耦合离子回旋波的快波和慢波的射频信号，射频信号通过高真空同轴线和真空同轴电极传输到托卡马克外部，通过滤波器将信号频率集中在离子回旋频率附近，所述的功分器将射频信号等幅值等相位分配为两路，通过检波器测量耦合的射频波波信号的幅值，通过鉴相器测量相近磁探针的射频波的相位差，检波器和鉴相器将输出的信号发送给数据采集与处理模块，数据采集与处理模块利用相位差计算离子回旋波波谱，并将计算结果发送到计算机进行存储。2.根据权利要求1所述的一种用于测量射频波特性的高频磁探针诊断系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鲁南，赵燕平，张新军，秦成明，毛玉周，袁帅，王健华，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34