应战:
研制托克马克丈量体系，以满意磁束缚受控核聚变的严厉丈量要求。
解决方案:
运用NI Labview软件和PXI硬件来开发一套完好的聚变等离子体丈量体系，且该体系在未来可进行必要时更新。
核聚变是恒星的力气源泉，它是将多个原子核兼并在一起构成一个单一的重原子核的进程。参加较轻的原子核，如氢原子，发生巨大的能量开释。聚变具有成为未来几代安全、洁净且近乎无限的能量来历的潜力。可是它的运用要求十分严苛，这使操控聚变用于民用意图十分困难。磁束缚能够作为战胜核聚变困难的一种办法，这样咱们就能够运用核聚变作为能量来历。最近咱们确认托克马克为最具运用远景的磁束缚设备，且现在托克马克比其他磁束缚设备或惯性聚变设备更挨近聚变。
托克马克设备COMPASS
托克马克是运用磁场保持高温高密度等离子体的设备，捷克科学院等离子体物理研讨所(IPP ASCR)作为欧洲原子能共同体(EURATOM)的成员，参加了全球聚变研讨方案。咱们将本来坐落英国卡尔汉姆聚变能研讨中心(Culham Center for Fusion Energy，CCFE)的托克马克设备COMPASS(图1)重新安装到了坐落捷克布拉格的捷克科学院等离子体物理研讨院[1]，并在2008年12月初次生成等离子体。
汤姆逊散射
为了研讨和操控等离子体行为并保持其平衡，咱们需求一系列确诊东西。聚变等离子体研讨最重要的参数之一便是等离子体温度和密度。汤姆逊散射(Thomson Scattering，TS)是用于确诊这些参数的共同办法，这是一种可供给高度本地化丈量的激光辅佐等离子体确诊办法[2]。规划杂乱和因为散射功率极低导致需求适当很多的作业是汤姆逊散射的一些缺陷。
现在COMPASS设备上的TS体系正在建设中[3]，图2显现了这个体系的布局示意图，其主要组成部分有高能激光器、用于丈量散射光谱的多色器以及快速模数转化器(Analog-to-Digital Converters，ADCs)。咱们运用了两台钕钇铝石榴石激光器(Nd:YAG),二者重复频率为30Hz，最大输出能量为1.5J。激光穿过等离子体并部分被散射。单色光在散射后光谱展宽，散射光从56个空间点经过光路和光纤组合体系到多色器(规划于英国卡尔汉姆聚变能研讨中心CCFE)，在这儿入射光经过级联光谱滤波器和雪崩光电二极管(Avalanche Photodiodes，APD)进行光谱分析。该体系的每个多色器运用多达5个光谱通道用于光谱测定，终究完成每个从雪崩光电二极管传来的信号都被快速模数转化器数字化。
数据搜集需求
每个激光脉冲持续时刻为8ns，且激光器能够在不同机制下作业(如图3)。两个激光器能够一起作业，或许别离按可调的延迟时刻(1 μs–16.6 ms)进行作业。该体系对快速模数转化器的要求反映出它对数字化这样的信号需求满足的采样率来重建激光脉冲时刻演化。
体系硬件
咱们运用高速NI PXI-5152数字化仪和低速D-Tacq ACQ196C PCI ADC板卡来同步来自一切多色器(120个光谱通道)的数字化信号。快速模数转化器具有高达1GS/s的转化速率，8位分辨率以及小于300ps的通道间偏移。这些ADC板卡(每个板卡两个通道)每通道具有8MB板载内存并被安放在四个PXI-1045机箱中。
第一个机箱，也称作主机箱，安放了一个嵌入四核的PXI-8110操控器，其一起具有触发和守时板卡以同步剩下三个隶属机箱。主机箱贮存数据，履行核算，经过MXI-4技能(78MB/s)与隶属机箱进行删去通讯，并经过以太网与低速ADC板卡和COMPASS设备操控体系(CODAC)进行交互。一切机箱的一切通道都与NI PXI-6653的参阅时钟严密同步。运用NI TClk技能以及内嵌锁相环(Phrase Locked Loops，PLLs)，咱们能够取得小于300ps的通道间偏移，即便是在这个高通道数意图体系中。低速数字化仪每个通道都具有16位模数转化器以完成真实采样率为500kS/s的一起模仿输入。咱们运用两块低速ADC板卡，每块具有96个通道、400MHz的精简指令集运算(RISC)处理器以及512M的板载内存。
体系软件
咱们运用LabVIEW编写程序来操控TS体系中的数字化仪。软件的基本功用包含参数设定、供给触发、进行搜集和显现搜集记载以及保存数据到文件(如图4)。咱们将在今后添加附加功用，如数据分析、数据接口和其他必要的更多功用。该软件运转于Microsoft Windows渠道。咱们在今后可采用LabVIEW实时模块来对托克马克操控回路内部进行确认性操作。
数据搜集(Data Acquisition，DAQ)特征
激光脉冲触发数据搜集，这样激光守时将是现在COMPASS设备实时TS体系的约束要素。因为TS体系DAQ硬件和软件是模块化的，所以在今后咱们能够添加数字化仪的数量，并可能运用主机箱的嵌入式电脑经过激光触发数据搜集，所得数据将分段获取。
因为NI PXI-5152数字化仪的多记载搜集功用，数据段仅需1 µs即可获取。每段数据代表了一个激光脉冲或许双脉冲，即处于两台激光器一起发射或发射延时十分小(短于1 µs)机制时。来自激光器的硬件触发脉冲无需操作体系(Operating System，OS)干涉便可发动数据段搜集。经过实验(等离子体发射)，咱们从每个数字化仪的板载内存下载了一切数据段到主机箱的嵌入式电脑上，并在这儿进行原始数据处理。校准数据贮存在嵌入式电脑中，并可获取来自低速模数转化器的低速采样布景辐射和来自能量监测器的激光能量数据。该体系整合了散射信号，一起将取得的温度和密度核算结果经过以太网发送到CODAC。
定论
针对汤姆逊散射确诊的COMPASS数据搜集体系能够丈量散射信号的演化，这给咱们供给了需求重建的温度和密度散布信息，也使咱们能够在咱们所需求的不同等离子体状况经过三次激光守时设置进行信号丈量。
到现在为止，咱们现已测试了一切的汤姆逊散射体系，并丈量了拉曼散射信号。
