應(yīng)用

在核聚變能源成為全球能源轉(zhuǎn)型重要方向的今天，托卡馬克等核聚變研究裝置的穩(wěn)定運(yùn)行與技術(shù)突破，離不開對(duì)等離子體狀態(tài)的精準(zhǔn)把控。等離子體診斷作為解析等離子體物理特性的核心手段，通過探針法、微波法、激光法、光譜法等多種技術(shù)，獲取電子密度、電子溫度、碰撞頻率等關(guān)鍵參數(shù)，為核聚變反應(yīng)的控制與優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。

本案例客戶的核心應(yīng)用場(chǎng)景為托卡馬克裝置中的等離子體診斷，需通過多維度、多參數(shù)的綜合測(cè)量，系統(tǒng)描述等離子體的物理特性與動(dòng)態(tài)行為。具體而言，既要精準(zhǔn)捕獲軟X射線脈沖等高速瞬態(tài)信號(hào)，又要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)磁場(chǎng)、溫度等變化相對(duì)緩慢的系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)，最終為等離子體物理現(xiàn)象研究、核聚變反應(yīng)調(diào)控提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

挑戰(zhàn)

等離子體信號(hào)的瞬態(tài)性、復(fù)雜性與多維度特征，給數(shù)據(jù)采集工作帶來了多重難題。軟X射線脈沖等高速信號(hào)轉(zhuǎn)瞬即逝，要求采集系統(tǒng)具備極高的采樣率才能完整還原信號(hào)特征，而磁場(chǎng)、溫度等參數(shù)變化平緩，又需要在保證測(cè)量精度的同時(shí)匹配適配的采樣策略，兩種不同類型信號(hào)的采集需求形成了鮮明反差且需同時(shí)滿足。多通道采集的數(shù)據(jù)必須保持高度同步，否則會(huì)直接導(dǎo)致參數(shù)關(guān)聯(lián)分析失真，這對(duì)系統(tǒng)的定時(shí)同步能力提出了納秒級(jí)的嚴(yán)苛要求，任何微小的同步偏差都可能影響研究結(jié)論的準(zhǔn)確性。隨著研究的不斷深入，診斷參數(shù)與測(cè)量維度可能持續(xù)增加，采集系統(tǒng)需要具備靈活的擴(kuò)展能力，以適配未來的升級(jí)需求，避免因系統(tǒng)固化而限制研究進(jìn)展。同時(shí)，海量采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接收與高速處理也對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)算能力和數(shù)據(jù)傳輸效率構(gòu)成了巨大考驗(yàn)，若處理不及時(shí)極易造成數(shù)據(jù)丟失或延遲，影響研究工作的連續(xù)性。

解決方案

針對(duì)客戶的核心需求與面臨的挑戰(zhàn)，簡(jiǎn)儀提供了基于PXIe架構(gòu)的高性能同步采集系統(tǒng)解決方案。該方案以PXIe-2519G2機(jī)箱為硬件基礎(chǔ)，搭配PXIe-3115a控制器、PXIe-5315與PXIe-5321同步采集模塊，構(gòu)建了一套梯次適配、精準(zhǔn)同步的采集體系。

其中，PXIe-2519G2機(jī)箱提供高帶寬背板與精密定時(shí)同步總線，從硬件層面保障所有模塊間的納秒級(jí)同步；PXIe-3115a控制器承擔(dān)集中控制職責(zé)，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接收與高速處理，確保數(shù)據(jù)不丟失、不延遲；使用PXIe-5315配合PXIe-5321采集微波反射器的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多通道同步采集。其中，關(guān)鍵信號(hào)通道選用PXIe-5315模塊，其具備5 MS/s采樣率，可提供更高時(shí)間分辨率，為后續(xù)深度分析奠定精準(zhǔn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；其余通道則采用PXIe-5321模塊，該模塊單卡集成32路1 MS/s采集通道，在保證信號(hào)完整獲取的同時(shí)，顯著提升了系統(tǒng)集成度與整體性價(jià)比。同時(shí)，方案融入簡(jiǎn)儀銳視測(cè)控平臺(tái)，為客戶提供全面的軟件開發(fā)與系統(tǒng)集成支持，實(shí)現(xiàn)硬件與軟件的深度協(xié)同。

使用的簡(jiǎn)儀產(chǎn)品

硬件

PXIe-2519G2：高數(shù)據(jù)傳輸帶寬PCIe Gen2 PXIe機(jī)箱

PXIe-3115a：全系列第八代酷睿處理器PXI Express控制器

PXIe-5315：高精度330 ppm，16位分辨率，16通道，5 MS/s 同步數(shù)據(jù)采集模塊

PXIe-5321：高精度390 ppm，16位分辨率，32通道，1 MS/s 同步數(shù)據(jù)采集模塊

軟件

SeeSharpTools：銳視測(cè)控軟件開發(fā)工具包

為什么選擇簡(jiǎn)儀

銳視測(cè)控平臺(tái)：銳視測(cè)控平臺(tái)使用C# 語言開發(fā)，提供了一個(gè)強(qiáng)大且易于使用的開發(fā)環(huán)境，幫助客戶快速實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目開發(fā)。

成熟的產(chǎn)品：簡(jiǎn)儀產(chǎn)品經(jīng)過長(zhǎng)期市場(chǎng)驗(yàn)證，具有可靠的性能和穩(wěn)定性。

POC驗(yàn)證服務(wù)：簡(jiǎn)儀提供售前的POC(原理驗(yàn)證)服務(wù)，幫助客戶驗(yàn)證產(chǎn)品性能和適用性。

高精度：簡(jiǎn)儀的產(chǎn)品滿足了客戶對(duì)測(cè)試精度和可靠性的高要求。

成本效益：相比國外品牌，簡(jiǎn)儀的解決方案不僅性能更優(yōu)，而且在成本上具有明顯優(yōu)勢(shì)，降低了客戶的整體制造成本。

供貨速度：簡(jiǎn)儀能夠快速供貨，確保項(xiàng)目按時(shí)進(jìn)行。

技術(shù)支持和快速響應(yīng)能力：簡(jiǎn)儀提供優(yōu)質(zhì)的本地化技術(shù)支持，快速響應(yīng)客戶需求，幫助客戶解決問題，確保了測(cè)試任務(wù)的順利進(jìn)行。

在本次等離子體診斷項(xiàng)目中，簡(jiǎn)儀基于PXIe架構(gòu)的高速采集系統(tǒng)解決方案，精準(zhǔn)匹配了客戶對(duì)多參數(shù)、高同步、高精度數(shù)據(jù)采集的核心需求，通過硬件與軟件的深度協(xié)同，成功攻克了等離子體信號(hào)捕獲與處理的多重難題。開源開放的生態(tài)、卓越穩(wěn)定的性能、靈活可擴(kuò)展的架構(gòu)，不僅為客戶當(dāng)前的核聚變研究提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)采集保障，更為未來的技術(shù)升級(jí)預(yù)留了充足空間。