Разработка архитектуры, аппаратной и программной инфраструктуры информационно-измерительных и управляющих систем, ориентированных на поддержку экспериментальных исследований в области физики высокотемпературной плазмы. Обоснование принципов ее построения.
Аннотация к работе
На правах рукописи АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук АППАРАТНАЯ ИНФРАСТРУКТУРА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ ПЛАЗМЕННЫХ УСТАНОВОК ИЯФ СО РАН 01.04.01 - приборы и методы экспериментальной физики Хильченко Александр Дмитриевич Новосибирск 2010 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте ядерной физики имени Г.И. Будкера СО РАН. ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: Вострецов Алексей Геннадьевич, доктор технических наук, профессор, Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск. Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физ.-мат. Наук А.В. Бурдаков ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы Наблюдаемый в последние десятилетия прогресс в области экспериментальных исследований по физике плазмы и УТС связан не только с прорывом в понимании физических процессов, определяющих возможность создания, нагрева и удержания высокотемпературной плазмы в системах с различной конфигурацией магнитного поля, но и с рядом важных достижений технического и технологического плана. На современных установках такие системы берут на себя решение задач управления технологическим оборудованием и контроля его состояния, используются для поддержания параметров плазмы и подавления МГД и кинетических неустойчивостей плазменного шнура, поддерживают работу диагностического комплекса. Создание систем регистрации, сбора, и обработки экспериментальных данных, систем управления технологическим и диагностическим оборудованием для исследовательских комплексов ИЯФ СО РАН: ГОЛ-1, ГОЛ-М, У-1 и СПИН, У-2, У-3, ГОЛ-3, ГОЛ-3М, Амбал-М и ГДЛ. В рамках реализации этого метода: - сформулированы принципы построения аппаратуры регистрации импульсных сигналов на основе быстродействующих АЦП; - предложены схемотехнические решения, направленные на построение таких АЦП на электронной элементной базе низкой и средней степени интеграции; - создан первый в стране комплект широкополосных регистраторов формы однократных импульсных сигналов, ориентированных на поддержку основных диагностик плазмы; - сформирован функционально полный набор методик для настройки и метрологической поверки аппаратуры регистрации, созданы автоматизированные стенды; - на основе однокристальных ИС АЦП и оригинальных быстродействующих устройств выборки и хранения (УВХ) разработан функционально полный комплект аппаратуры регистрации формы импульсных сигналов в стандарте КАМАК, организовано ее мелкосерийное и промышленное производство. На установках ГОЛ-1 и ГОЛ-М созданы первые в стране автоматизированные информационно-измерительные системы с централизованным управлением, ориентированные на поддержку исследований по физике плазмы и УТС. В рамках ее реализации разработан унифицированный комплект периферийных контроллеров с управляющим ядром на основе микропрограммного управляющего автомата, микро-ЭВМ и микроконтроллеров. физика высокотемпературный плазма измерительный Созданы первые полномасштабные системы автоматизации плазменного эксперимента на основе многомашинных управляющих комплексов (установки ГОЛ-М, У-1 и Спин). На установках ГОЛ-3М, Амбал-М и ГДЛ на основе машин класса х86, каналов связи Ethernet-10/100, многоканальных систем регистрации и сбора данных последнего поколения, специализированных контроллеров и контроллеров общего назначения созданы полномасштабные информационно-измерительные и управляющие комплексы, обеспечивающие проведение исследований по всей их физической программе. Регистраторы в конструктивах КАМАК, многоканальные синхронные системы регистрации, измерительные кластеры, системы сбора данных на базе гальванически изолированных регистраторов и системы регистрации со встроенными элементами первичной обработки информации стали основой измерительных комплексов установок ИЯФ СО РАН ГОЛ-1, ГОЛ-М, У-1, У-2, У-3, ГОЛ-3, Амбал-М и ГДЛ. В ее рамках, на основе сопоставления различных методов оцифровки моноимпульсных сигналов, был выбран вариант построения регистраторов на основе быстродействующих АЦП и буферных запоминающих устройств (ЗУ). В 1975 г. был разработан 8-ми разрядный конвейерный АЦП с частотой дискретизации 20МГц, ставший основой первого в стране 8-ми канального цифрового регистратора формы импульсных сигналов (§1.2).