[发明专利]EAST托卡马克远红外激光偏振干涉仪中频值稳频方法

摘要

EAST托卡马克远红外偏振激光干涉仪中频值稳频方法属于托卡马克实验诊断的远红外激光偏振干涉仪中频稳频技术领域，其特征在于,在以单片机为核心的稳频系统中，以与当前中频信号的中心频率值在设定周期内的平均值与设定值之间的偏差Δf为基础，调用PID算法来求取控制激光器的控制器上的施加在压电陶瓷上的电压Vp，使得在30分钟内中频信号中心频率在设定值850kHz下的波动幅度小于5kHz，其变化幅度小于6％，比没有稳定系统的参与时中频信号的中心频率变化了90kHz要稳定得多，使得在较长时间范围内聚变等离子体内部磁场测量时穿过等离子体的两束偏振光的相位差的误差从0.002°降为0.0001°，频差更稳定。

主权项

EAST托卡马克远红外激光偏振干涉仪中频值稳频方法，其特征在于，是在EAST托卡马克远红外激光偏振仪的中频稳频控制系统中依次按以下步骤实现的：步骤(1)构建一个所述的中频稳频控制系统，其中包括：依次首尾串接的电压跟随器、有源带通滤波器、信号放大器、整形器、单片机和D/A转换器，其中：电压跟随器，采用第一个运算放大器芯片OPA603，负反馈运算放大器的输入端与远红外太赫兹激光干涉系统中的混频器的中频信号输出端相连，所述混频器型号为VDI WR1.5ICHR1，其输出为以0.1μs为时间单位的中频频率中心值f0在850kHz±90kHz间的电信号Ui，也称中频信号Ui；有源带通滤波器，采用运算放大器芯片OPA648，输入电阻R1的电压输入端与所述电压跟随器中所述负反馈运算放大器的频率为f0＝850kHz±90kHz的电压信号Ui输出端相连；信号放大器，采用第二个运算放大器芯片OPA603和运算放大器LT1222首尾依次连接而成，所述第二个运算放大器芯片OPA603的输入端与所述有源带通滤波器的以0.1μs为时间单位的中心频率f0在850kHz±90kHz变化的电压信号Uj输出端相连；整形器，采用芯片CD40106，其中所述芯片CD40106的输入端经过一个电阻与所述信号放大器中所述运算放大器LT1222的以0.1μs为时间单位的中频频率中心值f0在850kHz±90kHz间的电信号Um的输出端相连；单片机，采用芯片STM32F103，其输入端PA12与所述整形器的所述CD40106的以0.1μs为时间单位的中频频率中心值f0在850kHz±90kHz间变化的中频方波电信号Un的输出端相连；D/A转换器，采用芯片LTC1257，其第一输入端(1)与所述的单片机的输出端PC8相连，负责传送时钟；第二输入端(2)与所述单片机的输出端PC7相连，负责传送数据；第三输入端(3)与所述单片机的输出端PC6相连，负责传送控制信号；步骤(2)所述单片机依次按以下步骤实现EAST托卡马克远红外激光偏振干涉仪中频的稳频控制：步骤(2.1)周期数Tall初始化，在30分钟内分为56250个周期，每个周期设定的中频频率中心值fset是相同的，均为850kHz；步骤(2.2)单片机初始化：控制TQ2‑3V信号继电器闭合，在t＝t1＝1ms时设定：采样次数i＝1，i的取值范围是1，2，…，32，设定中频频率中心值fset为850kHz，简称中频频率中心值为中频频率值，获取一次中频频率值的计数时间为1ms，中频频率的一个控制周期内总计数次数I为32次，其控制周期为32ms；D/A转换器输出电压分辨率为0.5mV，输出电压变化的时间间隔为小于20ms，并经过47μF的缓冲电容后施加到激光控制器上；第一次中频频率偏差值Δfpri＝0，所述偏差的积分值integrate＝0，步骤(2.3)，所述整形器向所述单片机输入中频方波信号，使所述单片机中的高频计数器开始对所述中频方波信号计数，计数时间为1ms，再获取1ms内的计数值，用fi表示，步骤(2.4)判断i是否等于32，若i≠32，令i设为i+1，即将i增加1，并返回步骤(2.3)，若i＝32，则执行步骤(2.5)，步骤(2.5)按下式计算中频频率平均值fcp，fcp＝(f1+f2+…+f32)/32，步骤(2.6)按下式计算所述中频频率的平均值fcp与设定的中频频率中心值fset的偏差Δf，Δf＝fcp‑fset，步骤(2.7)调用PID算法计算将通过所述D/A转换器输出到激光器的控制器的外部控制电压接口处的数字控制电压ΔV：ΔV＝2×Δf+1.1×integrate‑0.4×(Δf‑Δfpri)，其中：Δfpri为前一次的所述中频频率的平均值fcp与设定的中频频率设定值fset的偏差，用Δfpri表示，步骤(2.8)，从步骤(2.7)得到的数字控制电压ΔV经所述D/A转换器转换成模拟量由所述D/A转换器输出端(6)输出，经过一个阻容电路滤波器后，经由所述TQ2‑3V信号继电器输出到所述激光器的控制器上的外部控制接口中。