【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及等離子體診斷，具體涉及一種緊湊環等離子體速度計算方法及測量系統。
技術介紹
1、緊湊環注入系統是一種為聚變裝置進行芯部加料的技術，其特點是能夠打出高速、高密度的自組織等離子體團。在磁約束聚變實驗裝置中，緊湊環注入系統是目前最有希望在大型托卡馬克上實現芯部加料的方案。使用緊湊環注入等離子體進入托卡馬克需要使緊湊環等離子體穿過外部的強磁場進入聚變反應堆的芯部，在緊湊環等離子體在穿行梯度磁場中時，需要很高的速度才能達到芯部加料的條件。因此在研究緊湊環等離子體速度能否滿足穿過梯度磁場的條件顯得尤為重要。
2、在對高溫等離子體宏觀速度計算方法還是一項需要繼續完善的技術。目前已有的方法如磁探針測量，由于磁探針的測量精度受磁場影響，在磁場較強的情況下測量結果存在較大誤差，而在緊湊環注入系統中磁場的影響常常是不可忽略的。因此，發展一種新型的適用于緊湊環等離子體速度計算方法
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種緊湊環等離子體速度計算方法及測量系統，以解決現有的磁探針的接觸式測量導致的流場擾動及測量精度受到磁場限制無法直接應用至緊湊環的等離子體速度測量的技術問題。
2、本專利技術的目的可以通過以下技術方案實現：
3、一種緊湊環等離子體速度計算方法，包括以下步驟：
4、基于兩道光纖干涉儀測量待測緊湊環等離子體密度信號數據，以同種氣體的等離子體源作為參考源，測量所述參考源的密度信號數據，得到兩道等離子體密度信號數據隨時間變化曲線；p>
5、對得到的兩道等離子體密度信號數據進行數據預處理，并通過算法對待測緊湊環等離子體密度進行峰值搜索，選擇密度峰值處的時間為所述待測緊湊環等離子體速度起算點；
6、以密度峰值點為基準進行代換，通過對應的峰值點計算得出峰值點對應的1/e點，通過兩個點對應的區間分別得到待測緊湊環等離子體飛越兩道光纖干涉儀的時間差數組；
7、利用時間差數值與兩道光纖干涉儀的距離，根據速度公式，得出待測緊湊環等離子體飛越兩道光纖干涉儀的平均速度。
8、作為本專利技術進一步的方案：對待測等離子體密度測量具體方法為：采用激光器作為激發光源，用1×2分束器將光源分成兩束；一束作為參考光束，一束作為探測光束，通過兩個光纖準直器作為發射器和接收器，測量得到電磁波穿過等離子體的光程變化從而計算得出等離子體密度。
9、作為本專利技術進一步的方案：對得到的兩道等離子體密度信號數據進行數據預處理為標準化和歸一化數據預處理；
10、對待測緊湊環等離子體密度進行峰值搜索算法為利用滑動窗口峰值監測算法，得到密度信號的峰值；
11、以出現第一個完整的密度峰值處的時間為所述緊湊環等離子體速度起算點。
12、作為本專利技術進一步的方案：對兩道密度信號數據進行標準化和歸一化，此過程中所采用的算法的數學公式為：
13、
14、其中，x為標準化計算后的數據，xi為光纖干涉儀采集得到的原始密度信號，μ為原始數據均值，σ為原始數據標準差，x′為歸一化計算后的數據，xmin為標準化計算后的數據中的最小值，xmax為標準化計算后的數據中的最大值。
15、作為本專利技術進一步的方案：以密度峰值點為基準進行代換具體方法為：通過峰值點的橫坐標時間t和縱坐標密度ne，計算得出代換后的縱坐標ne/e，并通過插值方法代換到密度曲線上，分別得到所述密度峰值點對應的1/e點位置，通過兩個點對應的區間分別得到所述緊湊環等離子體飛越兩道光纖干涉儀的時間差數組。
16、作為本專利技術進一步的方案：所述插值方法具體為：通過已有的數據構造多項式函數p(x)，并代入已知的y，求出插值后的x，此過程中所采用的數學公式為：
17、
18、作為本專利技術進一步的方案：計算待測緊湊環等離子體飛越兩道光纖干涉儀的平均速度具體方法為：利用時間差數組與兩道光纖干涉儀的位置距離，根據速度公式求出所述待測緊湊環等離子體的平均速度，所述的速度公式為：
19、
20、其中s為兩道光纖干涉儀的位置距離，δt為計算得到的時間差數組。
21、作為本專利技術進一步的方案：一種緊湊環等離子體速度測量系統，包括：
22、測量裝置，其用于對待測緊湊環等離子體基于光纖干涉儀測量，測量得到密度信號數據隨激光頻率變化曲線；
23、處理裝置，其用于標定緊湊環等離子體宏觀速度的時間起算點，以同種氣體等離子體源作為參考源，測量所述緊湊環等離子體的密度信號，選擇出現第一個完整峰值處的時間為所述時間起算點，以所述時間起算點為基準進行代換得到待測緊湊環等離子體的實際速度分布。
24、作為本專利技術進一步的方案：所述測量裝置包括：作為激發光源的光纖激光器，所述激光器的輸出端連接光路系統，激發光經光路系統進入緊湊環主機內部與粒子發生作用；所述測量裝置還包括；用于將光信號進行分束和合束的光纖耦合器，所述光纖耦合器將激光分為兩束相同相位相同幅度的激光；用于將光纖傳輸的光功率達到某種程度衰減的光纖衰弱器，以及用于轉換信號的光電探測器和用于將激光耦合進光纖準直器；用于數據采集的處理器，所述處理器掃描激光頻率并記錄徑光電探測器檢測的密度信號數據以得到密度信號數據隨激光頻率變化曲線。
25、作為本專利技術進一步的方案：所述處理裝置包括：
26、第一處理模塊，用于對所述緊湊環等離子體兩道密度信號數據通過標準化和歸一化進行數據預處理；
27、第二處理模塊，用于對所述預處理后的數據利用滑動窗口峰值監測算法對緊湊環等離子體密度進行峰值搜索，得到密度信號的峰值；
28、第三處理模塊，用于以出現第一個完整的密度峰值處的時間為基準進行代換，通過對應的峰值點計算得出峰值點對應的/e點，通過兩個點對應的區間分別得到待測緊湊環等離子體飛越兩道光纖干涉儀的時間差數值計算出宏觀速度。
29、本專利技術的有益效果：本專利技術基于光纖干涉儀的密度信號進行等離子體速度測量，通過待測等離子體飛越兩道光纖干涉儀的時間差來測量等離子體運動速度，并通過算法得到更加精準的密度起算點區間，是一種全新測量技術，不會受到電、磁干擾的影響，具有精度高、抗干擾性強、適用性廣的優點，可廣泛推廣應用。
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1.一種緊湊環等離子體速度計算方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種緊湊環等離子體速度計算方法，其特征在于，對待測等離子體密度測量具體方法為：采用激光器作為激發光源，用1×2分束器將光源分成兩束；一束作為參考光束，一束作為探測光束，通過兩個光纖準直器作為發射器和接收器，測量得到電磁波穿過等離子體的光程變化從而計算得出等離子體密度。
3.根據權利要求1所述的一種緊湊環等離子體速度計算方法，其特征在于，對得到的兩道等離子體密度信號數據進行數據預處理為標準化和歸一化數據預處理；
4.根據權利要求3所述的一種緊湊環等離子體速度計算方法，其特征在于，對兩道密度信號數據進行標準化和歸一化，此過程中所采用的算法的數學公式為：
5.根據權利要求4所述的一種緊湊環等離子體速度計算方法，其特征在于，以密度峰值點為基準進行代換具體方法為：通過峰值點的橫坐標時間t和縱坐標密度ne，計算得出代換后的縱坐標ne/e，并通過插值方法代換到密度曲線上，分別得到所述密度峰值點對應的1/e點位置，通過兩個點對應的區間分別得到所述緊湊環等離子體飛
6.根據權利要求5所述的一種緊湊環等離子體速度計算方法，其特征在于，所述插值方法具體為：通過已有的數據構造多項式函數P(x)，并代入已知的y，求出插值后的x，此過程中所采用的數學公式為：
7.根據權利要求1所述的一種緊湊環等離子體速度計算方法，其特征在于，計算待測緊湊環等離子體飛越兩道光纖干涉儀的平均速度具體方法為：利用時間差數組與兩道光纖干涉儀的位置距離，根據速度公式求出所述待測緊湊環等離子體的平均速度，所述的速度公式為：
8.一種緊湊環等離子體速度測量系統，其特征在于，包括：
9.根據權利要求8所述的一種緊湊環等離子體速度測量系統，其特征在于，所述測量裝置(100)包括：作為激發光源的光纖激光器(101)，所述激光器(101)的輸出端連接光路系統，激發光經光路系統進入緊湊環主機內部與粒子發生作用；所述測量裝置(100)還包括；用于將光信號進行分束和合束的光纖耦合器(102)，所述光纖耦合器(102)將激光分為兩束相同相位相同幅度的激光；用于將光纖傳輸的光功率達到某種程度衰減的光纖衰弱器(103)，以及用于轉換信號的光電探測器(104)和用于將激光耦合進光纖準直器(105)；用于數據采集的處理器(106)，所述處理器(106)掃描激光頻率并記錄光電探測器(104)檢測的密度信號數據以得到密度信號數據隨激光頻率變化曲線。
10.根據權利要求8所述的一種緊湊環等離子體速度測量系統，其特征在于，所述處理裝置(200)包括：
...【技術特征摘要】
1.一種緊湊環等離子體速度計算方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種緊湊環等離子體速度計算方法，其特征在于，對待測等離子體密度測量具體方法為：采用激光器作為激發光源，用1×2分束器將光源分成兩束；一束作為參考光束，一束作為探測光束，通過兩個光纖準直器作為發射器和接收器，測量得到電磁波穿過等離子體的光程變化從而計算得出等離子體密度。
3.根據權利要求1所述的一種緊湊環等離子體速度計算方法，其特征在于，對得到的兩道等離子體密度信號數據進行數據預處理為標準化和歸一化數據預處理；
4.根據權利要求3所述的一種緊湊環等離子體速度計算方法，其特征在于，對兩道密度信號數據進行標準化和歸一化，此過程中所采用的算法的數學公式為：
5.根據權利要求4所述的一種緊湊環等離子體速度計算方法，其特征在于，以密度峰值點為基準進行代換具體方法為：通過峰值點的橫坐標時間t和縱坐標密度ne，計算得出代換后的縱坐標ne/e，并通過插值方法代換到密度曲線上，分別得到所述密度峰值點對應的1/e點位置，通過兩個點對應的區間分別得到所述緊湊環等離子體飛越兩道光纖干涉儀的時間差數組。
6.根據權利要求5所述的一種緊湊環等離子體速度計算方法，其特征在于，所述插值方法具體為：通過已有的數據構造多項式函數p(x)...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孔德峰，姚遠，葉揚，譚名異，鐘富彬，渠承明，
申請(專利權)人：合肥綜合性國家科學中心能源研究院安徽省能源實驗室，
類型：發明
國別省市：
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