[发明专利]等离子体电流硬件补偿装置

说明书

技术领域：

本发明涉及等离子体实验装置领域，具体的说是一种等离子体电流硬件补偿 装置。

背景技术：

在托卡马克核聚变实验中，探测等离子体电流的线圈受到极向场电流的耦 合，等离子体电流信号IP需要扣除极向场12个线圈电流(PF1P～PF12P)的耦 合得到准确的IP信号。在没有等离子体电流时，对极向场1～6号线圈放电，图 1中可以看出，等离子体电流IPM、IPE受到了不同程度的干扰。

等离子体电流信号是放电最重要的信号之一，各系统的保护和PCS控制都要 用到IP信号，保证该信号准确性是做好实验的必要条件。

发明内容：

本发明为了得到准确的等离子体电流，提供了一种具有高实时性、高可靠性 的等离子体电流硬件补偿装置。

本发明采用的技术方案：

等离子体电流硬件补偿装置，其特征在于：等离子体电流信号IP和12个线 圈电流数据信号输入到13路比例放大电路输入端，13路比例放大电路的输出端 连接到加减法器的输入端，加减法器的输出端分成三路，分别通过三个隔离输出 电路连接到PCS(Plasma control system)等离子体控制系统、数据采集系统、 保护系统。

所述的13路比例放大电路，是由13个相同的比例放大电路并列构成的，第 一个比例放大电路结构为：包括运算放大器U1，输入信号经过电阻R1输入运 算放大器U1反相输入端，运算放大器U1的同相输入端和运算放大器U1的+Vcc 间连接有电容C1，运算放大器U1的-Vee经过电容C2后接地，运算放大器U1 的反相输入端和输出端间连接有并联电路，并联电路的一个支路为电容C3，另 一个支路为调节电阻RP1与电阻R1_1、R1_2、R1_3、开关S1-S3构成的选择电 路串联构成的；其余的比例放大电路按元件编号以此类推。

所述的加减法器，其结构为：包括运算放大器U14，运算放大器U14的反 相输入端通过电阻R14-R26分别连接到13路比例放大电路的输出端，运算放大 器U14的同相输入端通过电阻R27-R39分别连接到13路比例放大电路的输出 端，运算放大器U14的同相输入端与运算放大器U14的-Vee间连接有电容C41 和电阻R39A的串联电路，运算放大器U14的+Vcc经过电容C40后接地，运算 放大器U14的反相输入端与输出端间连接有电阻R40。

所述的隔离输出电路，共有三个，且结构完全相同，第一个隔离输出电路结 构为：包括B0122芯片U15、运算放大器U16、U17，加减法器的输出端的一个 支路连接到B0122芯片U15的输入端Vin，B0122芯片U15外接有电容C42-45， B0122芯片U15的输出端Vout经过电阻R41、R42连接到运算放大器U16的同 相输入端，运算放大器U16的同相输入端与运算放大器U16的-Vcc间连接有电 容C47、C49，运算放大器U16的同相输入端与运算放大器U16的输出端间连接 有电容C46，运算放大器U16的+Vcc经过电容C48后接地，运算放大器U16的 输出端连接到运算放大器U17的同相输入端，运算放大器U17的+Vcc经过电容 C50后接地，运算放大器U17的-Vcc经过电容C51后接地，运算放大器U17的 输出端连接到外围的PCS(Plasma control system)等离子体控制系统；其余 的隔离输出电路按元件编号以此类推。

本发明的设计思路：

如图2所示，硬件IP信号补偿系统主要包括三个部分：(1)输入信号比例 放大部分，用于对13路信号(包括12个线圈电流和1个IP电流)比例放大、 系数调节；(2)加法器部分，完成13路信号的加减运算；(3)隔离输出部分。

整个系统最关键的部分在于耦合系数，只有确保耦合系数的准确性，才能提 高系统的精度。核心公式kI_P-(k_IP1·I_PF1+k_IP2·I_PF2+k_IP3·I_PF3+...+k_IP12·I_PF12)＝0，其中 k_IP1、k_IP2...k_IP12、k为各项耦合系数。