电磁测量系统.ppt

电磁测量系统龚少博磁探针的测量原理磁探针的测量原理￿￿￿￿￿￿￿磁探针是安装在等离子体中或边界处的小螺线管线圈，当线圈所在空间中的磁场发生了变化时，由于穿过线圈横截面的磁通￿Φ￿发生变化，圈两端将产生一个感应电动势￿ε：B：空间磁感应强度圈轴向分量Seff=NS+ΔS：N为线圈匝数，S为线圈横截面积，ΔS是引出线和接头所形成的杂散面积 EAST装置中的磁探针类型：小探针：测量等离子体位置和形状￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿ε积分￿￿￿￿￿￿￿￿￿中心磁场B 在Tokamak中一般在垂直于等离子体小环方向的截面上安装一组小探针，反演等离子 体的位置和形状Mirnov线圈：测量MHD的不稳定性￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿测量信号不经过积分器处理￿￿￿￿￿Mirnov线圈安装位置和数量与小探针相同要求：a.所有磁探针安装的空间位置精确b.所有磁探针有标定精确的匝面积c.Mirnov线圈有100kHz频率响应，使探针输出信号真实反映磁场变化磁探针设计磁探针设计： 磁探针线圈是采用玻璃丝布套管绝缘的裸铜线玻璃丝布满足高温，高真空条件磁探针的线圈骨架采用烧结陶瓷，研磨达到线圈骨架的几何外形，尺寸95mm×88mm×33mm。

磁探针绕制成相互垂直的两个独立线圈，分别测量￿EAST￿装置的BR和BZ方向上的磁场￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿线圈绕在由绝缘材料做成的骨架上，然后将其固定在一个支撑管上，整个线圈和支撑管再套在绝缘管内￿￿￿￿￿￿￿常用的绝缘材料：石英、氧化铝陶瓷、硬玻璃 绕制线圈时，应尽量减少引出线所形成的杂散面积，引出线的一端经过回线槽和另一端合并，用双绞线从支撑管引出磁探针设计磁探针设计探针骨架材料：微晶玻璃陶瓷导线绝缘材料：无硼无碱玻璃纤维磁探针匝面积的标定磁探针匝面积的标定￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿精确测定磁场值，还必须精确知道磁探针的匝面积方法一：旋转探针法￿￿￿￿￿￿在一个二极磁铁（提供标准磁场）装置上标定每个磁探针￿￿￿￿￿￿该装置提供一个恒定的磁场，磁场强度由核磁共振测定装置标定磁探针标定原理如下：将磁探针固定在同步电机的一个臂上旋转，再把磁探针线圈面深入且垂直于二极磁铁磁场间，同步电机转动，使磁探针的面与二极磁铁磁场强度方向间的夹角发生变化，从而获得磁通变化磁探针线圈两端的感应电压经积分器后，再通过计算机采集系统由于线圈在磁场中旋转一周，则计算机采集的信号是一正弦曲线匝面积S表示式如下：￿￿￿￿￿￿￿￿￿式中，umax和umin为正弦曲线最大值和最小值。

￿方法二：长螺线管法￿￿￿￿￿￿￿在利用二次标定方法，将￿NS￿值已知的标准探针作为对照与待标定探针放置于同一变化磁场中，将积分后的输出结果相比较就可得到磁探针的有效感应面积该标定方法无需知道变化磁场的准确数值，只要得知标准探针的精确参数即可相对容易的测量得到待标定探针的精确数值 当密绕的长直螺线管的长度远大于直径时，螺线管的内部中心 区域的磁场分布均匀度非常高，在一定的误差范围内接近于均匀分布电源：高精度的￿JY-SNP30A￿/300V￿调压变频电源￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿容量：￿10kVA￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿可调节输出电压：0~300V￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿频率稳定度：<=0.1%￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿可调范围：40.0~499.9Hz￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿输出最大电流：~38A标定实验中采用200Hz 的电源频率与 250V 的输出电压标准探针：采用环氧树脂材料加工成规则的长方体模块作为绕线骨架，其形状参数为￿88mm×￿50mm×35mm利用漆包线两层密绕，可以精确地计算出该探针的￿NS￿值 快速傅里叶变换求最大功率点幅值的比值磁探针安装磁探针安装￿￿￿￿￿￿位置和角度的偏差会带来比较大的偏差。

HT-7：在各个可见的窗口布置测量标准，确定真空室的赤道面，垂直面等基本位置，然后再根据这些位置确定真空室内部需要安装电磁测量探针的位置对于小探针序列，先根据真空室内安装位置的尺寸加工一个标准圆环形的安装支撑架，在此支撑结构上确定12个均匀分布的小探针位置EAST：真空室内的经纬环结构相对装置的基准点具有比较高精确度I.在高场侧直线段的经环结构上划线确定安装位置，以该位置为标准安装经过精确加工的模板来确定各个小探针的位置；II.每个探针采用不锈钢托槽固定，钢板两端开精确定位销孔用于准确定位；III.将制板带探针起用销钉固定在预先由模板精确定位的支撑块上IV.安装完成后．采用光学系统再次测定探针位置，修正位置误差KT5：真空室总计有36个窗口,其中垂直方向圆窗口(Φ50mm)有20个,水平外侧的圆窗口(Φ100mm)有n个,还有5个50mm×160mm的跑道型窗口(上下4个、外侧1个),在真空室内装有半径为9cm的圆形限制器信号线引出双绞处理不锈钢线槽走线真空穿墙插座与法兰（航空密封插座）￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿隔离材料：无硼无碱玻璃纤维 or 聚四氟管真空室外部：信号线用锡箔包裹屏蔽+置于金属屏蔽盒中积分器：单匝环（500ms）、罗科和小探针（30ms）采集系统其他磁测量诊断方法霍尔探针：超导磁体和准稳态等离子体测量，避免积分器等电子学方面带来的测量误差。

磁通线圈（单匝环）：测量磁通量，确定等离子体位置和形状Rogowski线圈：测量强脉冲电流逆磁线圈：测量等离子体电流的逆磁通以及β值鞍形线圈：局部极向磁场通量纵向、极向、环向、径向、垂直场、水平场。