[發(fā)明專利]一種基于微波反射實(shí)時(shí)測量新經(jīng)典撕裂模位置的方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110705980.5
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113438787B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 文斐;葉凱萱;張濤;李恭順;高翔;韓翔;耿康寧;劉煜凱;吳茗甫;黃佳;周振;鐘富彬;向皓明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號: H05H1/00
• 分類號: H05H1/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 江亞平

1.一種基于微波反射實(shí)時(shí)測量新經(jīng)典撕裂模位置的方法，其特征在于，該方法通過以下步驟按順序?qū)崿F(xiàn)：

1)獲取不同頻率微波在等離子體中的傳輸延遲時(shí)間；

2)采集一定時(shí)間內(nèi)的傳輸延遲時(shí)間和信號幅度隨時(shí)間的變化，并進(jìn)行時(shí)頻分析；

3)對單個(gè)掃頻周期內(nèi)的傳輸延遲時(shí)間進(jìn)行信號特征分析，識別大幅度的新經(jīng)典撕裂模；若判定大幅度的新經(jīng)典撕裂模已出現(xiàn)，則執(zhí)行步驟(5)；

4)對傳輸延遲時(shí)間信號和幅度信號的頻域特征進(jìn)行分析，按照識別特征判斷小幅度的新經(jīng)典撕裂模的存在；

5)采集磁探針信號，進(jìn)一步確認(rèn)新經(jīng)典撕裂模的出現(xiàn)，計(jì)算新經(jīng)典撕裂模的模式；

6)將磁探針信號與傳輸延遲時(shí)間信號進(jìn)行相關(guān)分析；

7)通過傳輸延遲時(shí)間反演等離子體密度分布，獲得微波探測頻率與托卡馬克徑向位置對應(yīng)關(guān)系；

8)基于步驟(6)和步驟(7)的結(jié)果計(jì)算確定新經(jīng)典撕裂模位置和磁島寬度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微波反射實(shí)時(shí)測量新經(jīng)典撕裂模位置的方法，其特征在于：

所述步驟(1)中，利用掃頻微波源產(chǎn)生一束頻率連續(xù)變化的微波信號，掃頻重復(fù)頻率為新經(jīng)典撕裂模的磁島的旋轉(zhuǎn)頻率的2倍以上，將微波信號與本振信號混頻后分為兩束，一束為探測道，一束為參考道，探測道信號被發(fā)射至等離子體中，并在截止層處產(chǎn)生反射，反射信號與參考道信號進(jìn)行混頻，獲得中頻信號，中頻信號再與本振信號進(jìn)行復(fù)混頻后，獲得拍頻信號，通過所述拍頻信號的拍頻頻率與掃頻速度計(jì)算發(fā)射信號與反射信號的傳輸延遲時(shí)間作為微波在等離子體中的傳輸延遲時(shí)間。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微波反射實(shí)時(shí)測量新經(jīng)典撕裂模位置的方法，其特征在于：

步驟(3)中，對單個(gè)掃頻周期內(nèi)的傳輸延遲時(shí)間進(jìn)行求導(dǎo)，如果傳輸延遲時(shí)間發(fā)生跳變，則在其導(dǎo)數(shù)曲線上會(huì)出現(xiàn)幅度高于閾值的峰值，當(dāng)該峰值出現(xiàn)在連續(xù)多個(gè)掃頻周期內(nèi)時(shí)，則判斷峰值所在的掃描頻率對應(yīng)的截止層為新經(jīng)典撕裂模磁島所在位置，進(jìn)而初步判定大幅度的新經(jīng)典撕裂模已出現(xiàn)，并跳過步驟(4)，直接執(zhí)行步驟(5)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微波反射實(shí)時(shí)測量新經(jīng)典撕裂模位置的方法，其特征在于：

步驟(4)中，所述按照識別特征判斷小幅度的新經(jīng)典撕裂模的存在包括以下步驟：

1)特征1：在某個(gè)微波頻率對應(yīng)的傳輸延遲時(shí)間信號頻率譜上出現(xiàn)了峰值，該峰值的相對高度超過了設(shè)定閾值，而且峰值對應(yīng)頻率f_peak在設(shè)定的頻率范圍內(nèi)；

2)特征2：傳輸延遲時(shí)間信號頻率譜出現(xiàn)峰值的微波頻率上，相鄰微波頻率的傳輸延遲時(shí)間信號相位譜上出現(xiàn)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，即相鄰的微波頻率的傳輸延遲時(shí)間信號變化頻率相同，但相位相差約180度；

3)特征3：出現(xiàn)相位反轉(zhuǎn)的兩個(gè)相鄰微波頻率上，其中一個(gè)頻率譜上具有明顯峰值，另一個(gè)頻率譜則相對平坦，幅度信號頻率譜出現(xiàn)明顯峰值的微波頻率對應(yīng)的截止層位于磁島內(nèi)側(cè)，而幅度信號頻率譜相對平坦的微波頻率對應(yīng)的截止層位于磁島外側(cè)；

若經(jīng)過以上步驟1)-3)判斷，特征1-3均滿足時(shí)，則初步判斷為新經(jīng)典撕裂模已出現(xiàn)，其特征頻率為f_peak。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微波反射實(shí)時(shí)測量新經(jīng)典撕裂模位置的方法，其特征在于：

步驟(5)中，將磁探針沿著托卡馬克裝置極向和環(huán)向分布，按照所需測量模數(shù)的大小分配放置磁探針個(gè)數(shù)，磁探針信號進(jìn)行采集和濾波，并對其進(jìn)行頻譜分析；如果磁探針信號的頻譜上出現(xiàn)相對高度大于設(shè)定閾值的峰值，且峰值所處頻率處于設(shè)定頻率范圍內(nèi)，同時(shí)傳輸延遲時(shí)間信號和幅度信號符合步驟(3)或步驟(4)中所列特征，則確認(rèn)新經(jīng)典撕裂模已出現(xiàn)，將峰值所處的頻率確認(rèn)為新經(jīng)典撕裂模的特征頻率f_NTM，并計(jì)算相鄰兩道磁探針數(shù)據(jù)的相位差，利用基于該相位差得到極向模數(shù)m或環(huán)向模數(shù)n。

6.一種基于微波反射實(shí)時(shí)測量新經(jīng)典撕裂模位置的裝置，該裝置包括微波診斷系統(tǒng)，磁診斷系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和實(shí)時(shí)計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于：微波診斷系統(tǒng)和磁診斷系統(tǒng)產(chǎn)生的信號通過同軸電纜傳輸至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與實(shí)時(shí)計(jì)算系統(tǒng)相連，其中，微波診斷系統(tǒng)用于發(fā)射和接收探測新經(jīng)典撕裂模的掃頻微波信號；

所述實(shí)時(shí)計(jì)算系統(tǒng)包括第一時(shí)頻分析模塊、第二時(shí)頻分析模塊、第三時(shí)頻分析模塊、延遲時(shí)間和幅度提取模塊、第一新經(jīng)典撕裂模識別模塊、第二新經(jīng)典撕裂模識別模塊、數(shù)字濾波模塊、新經(jīng)典撕裂模確認(rèn)模塊、新經(jīng)典撕裂模模式計(jì)算模塊，磁島寬度計(jì)算模塊、等離子體密度分布反演模塊和新經(jīng)典撕裂模位置計(jì)算模塊；其中，

所述第一時(shí)頻分析模塊提取微波診斷系統(tǒng)輸出信號的頻譜；延遲時(shí)間和幅度提取模塊從第一時(shí)頻分析模塊得到的頻譜提取傳輸延遲時(shí)間和信號幅度信息；第二時(shí)頻分析模塊基于從延遲時(shí)間和幅度提取模塊中獲得的傳輸延遲時(shí)間信號和幅度信號獲得傳輸延遲時(shí)間信號的時(shí)間頻率譜和時(shí)間相位譜以及幅度信號的時(shí)間頻率譜；第一新經(jīng)典撕裂模識別模塊對單個(gè)掃頻周期內(nèi)的傳輸延遲時(shí)間進(jìn)行信號特征分析進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對大幅度的新經(jīng)典撕裂模進(jìn)行識別；第二新經(jīng)典撕裂模識別模塊對傳輸延遲時(shí)間信號和幅度信號的頻域特征進(jìn)行分析并對小幅度的新經(jīng)典撕裂模進(jìn)行識別；數(shù)字濾波模塊通過數(shù)字濾波器對磁診斷系統(tǒng)輸出的磁探針信號進(jìn)行低通濾波；第三時(shí)頻分析模塊對經(jīng)濾波的磁探針信號進(jìn)行時(shí)頻分析，獲得其時(shí)間頻率譜和時(shí)間相位譜；新經(jīng)典撕裂模確認(rèn)模塊通過磁探針信號的時(shí)間頻率譜進(jìn)一步確認(rèn)新經(jīng)典撕裂模的存在；新經(jīng)典撕裂模模式計(jì)算模塊基于磁探針信號的時(shí)間相位譜計(jì)算新經(jīng)典撕裂模的極向模數(shù)和環(huán)向模數(shù)；磁島位置寬度計(jì)算模塊將磁探針信號與傳輸延遲時(shí)間信號進(jìn)行相關(guān)分析；等離子體密度分布反演模塊獲得微波探測頻率與托卡馬克徑向位置之間的對應(yīng)關(guān)系；新經(jīng)典撕裂模位置計(jì)算模塊基于磁島寬度計(jì)算模塊和等離子體密度分布反演模塊得到的結(jié)果計(jì)算得到新經(jīng)典撕裂模在聚變裝置內(nèi)的徑向位置和磁島寬度。