摘 要：基于虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)了HT-7托卡馬克離子回旋共振加熱液態(tài)調(diào)配器控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件由PC機(jī)、液壓傳感器、數(shù)據(jù)采集卡，模擬輸出卡、接口電路和油泵、電動(dòng)球閥組成的油路系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)界面采用虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件LabVIEW設(shè)計(jì)。系統(tǒng)根據(jù)測(cè)量得到的液態(tài)調(diào)配器各支節(jié)當(dāng)前硅油液位高度，和匹配高度相比較，采用自動(dòng)或手動(dòng)控制的方法，對(duì)各支節(jié)中的硅油液位進(jìn)行控制，從而達(dá)到離子回旋共振加熱系統(tǒng)阻抗匹配的目的。 關(guān)鍵詞：虛擬儀器;LabVIEW;離子回旋共振加熱;液態(tài)調(diào)配器;控制系統(tǒng) 引言 　　虛擬儀器是在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)上結(jié)合相關(guān)硬件和軟件構(gòu)建而成、其功能由用戶定義，具有可視化界面的一種計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)。利用虛擬儀器技術(shù)，用戶可以充分利用計(jì)算機(jī)的軟、硬件資源，實(shí)現(xiàn)軟件代替硬件，自定義儀器的功能，組建靈活的測(cè)控系統(tǒng)[1-3]。 　　液態(tài)調(diào)配器（Liquid Stub Tuner）為HT-7托卡馬克離子回旋共振加熱系統(tǒng)中采用的一種新型阻抗匹配裝置,用來(lái)進(jìn)行傳輸線和天線阻抗調(diào)配。該調(diào)配器是在同軸線的內(nèi)外導(dǎo)體之間填充一些具有低介電常數(shù)的液體（硅油），利用電磁波在空氣和硅油這兩種不同媒質(zhì)中傳播速度的不同, 來(lái)改變調(diào)配器每個(gè)支節(jié)的特性阻抗，使得天線阻抗和傳輸線特性阻抗匹配 [4]。圖1為液態(tài)調(diào)配器支節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。 [align=center] 圖1 液態(tài)調(diào)配器支節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖[/align] 　　實(shí)際采用的是三支節(jié)液態(tài)調(diào)配器，即有三個(gè)如圖1所示結(jié)構(gòu)組成。根據(jù)液態(tài)調(diào)配器在不同發(fā)射波頻率下的匹配參數(shù)，使各個(gè)支節(jié)中的硅油液面達(dá)到相應(yīng)的匹配高度，即可使天線阻抗與傳輸線阻抗達(dá)到匹配。 　　本文應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)，建立一個(gè)液態(tài)調(diào)配器控制系統(tǒng)，根據(jù)采集得到的支節(jié)當(dāng)前硅油液面高度，和匹配高度相比較，采用自動(dòng)或者手動(dòng)控制的方法，對(duì)液態(tài)調(diào)配器各支節(jié)中硅油液面進(jìn)行控制，從而達(dá)到天線阻抗與傳輸線阻抗匹配。 1 系統(tǒng)硬件組成 　　系統(tǒng)硬件由個(gè)人計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、模擬輸出卡、傳感器、接口電路和油泵、電動(dòng)球閥組成的油路系統(tǒng)等組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。 [align=center] 圖2 液態(tài)調(diào)配器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖[/align] 　　數(shù)據(jù)采集卡和模擬輸出卡都是采用ADLINK PCI NUDAQ卡：采集卡為PCI-91118HG，12位分辨率、最高采樣速率333KS/s、16通道單端模擬輸入（或8通道差分模擬輸入）、2通道模擬輸出、4通道TTL數(shù)字輸入/輸出、最大輸入范圍為0-10V（單端）或者 5V（差分）;模擬輸出卡為PCI-6208V，16位分辨率、8通道電壓輸出、電壓輸出范圍為 、4通道數(shù)字輸入/輸出。 　　液壓傳感器使用美國(guó)HONEYWELL公司的STD924差壓變送器，它根據(jù)壓強(qiáng)原理將液態(tài)調(diào)配器支節(jié)中的硅油液面高度轉(zhuǎn)化成4～20mA的電流信號(hào)，根據(jù)差壓變送器輸出電流大小即可知道調(diào)配支節(jié)中的硅油液面高度。 　　油泵采用荷蘭GRUNDFOS格蘭富公司產(chǎn)品,具有高可靠性，其LiqTecTM技術(shù)能檢測(cè)油泵中的液體存在與否，降低油泵干轉(zhuǎn)的危險(xiǎn)，此外格蘭富油泵還具有極高的密封可靠性。 　　電動(dòng)球閥使用閥門(mén)意大利OMAL公司產(chǎn)品，配合AM調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行器一起使用。電動(dòng)執(zhí)行器的輸入信號(hào)為4～20mA電流信號(hào)。當(dāng)輸入的電流信號(hào)小于4mA時(shí)，電動(dòng)執(zhí)行器停止運(yùn)轉(zhuǎn)，電動(dòng)球閥由當(dāng)前位置回到關(guān)閉位置，閥門(mén)完全關(guān)閉;當(dāng)輸入的電流信號(hào)為20mA時(shí)，電動(dòng)球閥完全打開(kāi)。且OMAL電動(dòng)球閥具有閥位變送器，可反饋出當(dāng)前的閥門(mén)開(kāi)度大小。 　　由油泵、電動(dòng)球閥等組成的液態(tài)調(diào)配器油路系統(tǒng)如圖3所示。其中，上升回路和下降回路是互鎖的獨(dú)立回路，上升或者下降回路可通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換。 [align=center] 圖3 液態(tài)調(diào)配器油路系統(tǒng)示意圖[/align] 　　液壓傳感器的輸出信號(hào)和閥門(mén)電動(dòng)執(zhí)行器的輸入信號(hào)均為4～20mA直流電流信號(hào)，而數(shù)據(jù)采集卡PCI-9118HG和模擬輸出卡PCI-6208V的輸入、輸出信號(hào)均為直流電壓信號(hào)，所以需要設(shè)計(jì)接口電路進(jìn)行相應(yīng)的電流——電壓或電壓——電流轉(zhuǎn)換。由于液態(tài)調(diào)配器支節(jié)總高度為6米，為了將液壓傳感器輸出的4～20mA電流信號(hào)和實(shí)際液面高度相對(duì)應(yīng)，可以把4～20mA電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為0-6V電壓信號(hào)，圖4為相應(yīng)的電流——電壓接口電路圖。 [align=center] 圖4 4～20mA電流轉(zhuǎn)換為0-6V電壓接口電路圖[/align] 　　同樣，為了將模擬輸出卡PCI-6208輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)電流信號(hào)，設(shè)計(jì)了如圖5所示的將1-5V電壓轉(zhuǎn)換成4～20mA電流接口電路。 [align=center] 圖5 1-5V電壓轉(zhuǎn)換成4～20mA電流接口電路圖[/align] 2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 　　系統(tǒng)軟件采用圖形化的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái) NI LabVIEW 7.0進(jìn)行設(shè)計(jì)的，軟件流程如圖6所示。 [align=center] 圖6 液態(tài)調(diào)配器控制程序流程圖[/align] 　　由于采用三支節(jié)液態(tài)調(diào)配器，每個(gè)支節(jié)都應(yīng)該有相應(yīng)的操作面板，進(jìn)行硅油液面的控制，系統(tǒng)軟件測(cè)試結(jié)果如圖7所示。 [align=center] 圖7 液態(tài)調(diào)配器控制系統(tǒng)軟件[/align] 　　通過(guò)選擇手動(dòng)/自動(dòng)開(kāi)關(guān)，該程序可以實(shí)現(xiàn)液態(tài)調(diào)配器的手動(dòng)和自動(dòng)控制。 　　在手動(dòng)控制模式下，操作者可以根據(jù)各支節(jié)當(dāng)前液面和匹配高度情況，選擇上升/下降開(kāi)關(guān)，自由設(shè)定閥門(mén)速度，靈活控制各支節(jié)液面的上升或下降，達(dá)到匹配高度時(shí)，按下停止按鈕，即可關(guān)閉該支節(jié)的油路系統(tǒng)，使液面高度穩(wěn)定于匹配高度。 　　在自動(dòng)控制模式下，操作者先設(shè)定每個(gè)支節(jié)液面的匹配高度，選擇啟動(dòng)按鈕后，使各支節(jié)液面自動(dòng)達(dá)到匹配高度。同時(shí)，程序面板上的上升/下降、閥門(mén)速度會(huì)顯示各支節(jié)液面的上升/下降、閥門(mén)速度等狀態(tài)，上限指示、下限指示也會(huì)根據(jù)每個(gè)支節(jié)當(dāng)前液面是否達(dá)到上限、下限進(jìn)行報(bào)警顯示，提示操作者停止控制，防止硅油外漏或者油泵干轉(zhuǎn)。 　　在該控制程序中，操作者可以靈活、實(shí)時(shí)的控制電動(dòng)球閥的閥門(mén)開(kāi)度大小。面板上的“4～20”對(duì)應(yīng)于電動(dòng)執(zhí)行器的4～20輸入電流，4mA時(shí)，電動(dòng)球閥關(guān)閉;20mA時(shí)電動(dòng)球閥完全打開(kāi);電流越大，閥門(mén)開(kāi)度也越大，支節(jié)液面上升/下降的速度也就越快。 3 結(jié)論 　　本系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)便，很好地實(shí)現(xiàn)了液態(tài)調(diào)配器的控制，達(dá)到了實(shí)際要求。 　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：系統(tǒng)硬件上，設(shè)計(jì)了各種接口電路，系統(tǒng)軟件上應(yīng)用了虛擬儀器軟件LabVIEW，使得整個(gè)系統(tǒng)具有界面友好，操作方便，容易擴(kuò)展等特點(diǎn)。 參考文獻(xiàn) 　　[1] 鄭挺, 王勇. 虛擬儀器在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)測(cè)試技術(shù), 2006年第32卷第1期 　　[2] 鄧焱, 王磊等. LabVIEW測(cè)試技術(shù)與儀器應(yīng)用[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2004 　　[3] 朱余清, 吳偉斌, 洪添勝. 基于虛擬儀器的柴油機(jī)噴油量模糊控制系統(tǒng)[J]. 微計(jì)算機(jī)信息, 2006, 3: 24-26 　　[4] Pan Yaping, Wang Lei, Zhao Yan ping, et al. Design and Realization of Liquid Stub Tuner Contron System. Plasma Science & Technology, 2004: Vol6, No.6