CN106991271A - 一种适用于east偏滤器探针诊断数据处理的软件系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于EAST偏滤器探针诊断数据处理的软件系统，该系统设置有交互主界面，包括了初始数据读取模块、数据处理计算模块和绘图模块；数据的来源分为探针数据和参考信号数据，初始数据读取模块由探针数据读取和参考信号读取模块构成，数据处理计算模块由探针数据处理和参考信号数据处理模块构成，绘图模块由探针数据绘图和参考信号绘图模块构成。本发明针对EAST偏滤器探针诊断数据量繁多且信息丰富的特点，提供了一种便捷有效的数据处理方法和交互界面，能够大大提高EAST偏滤器探针诊断数据分析和数据信息挖掘的效率，为EAST偏滤器研究提供有力支持。
Description
技术领域
本发明涉及EAST托卡马克装置中诊断数据处理技术领域，具体是一种适用于EAST偏滤器探针诊断数据处理的软件系统。
背景技术
偏滤器是核聚变装置中关键部件之一，起到了杂质屏蔽、热/粒子排除以及未来聚变堆上排除聚变产物氦灰的作用。偏滤器是核聚变装置上承受热负荷最高的第一壁部件，偏滤器靶板所面临的高热负荷和高粒子负荷是当前聚变能研究的重要方向。
朗缪尔静电探针是最早应用于测量等离子体参数的诊断系统，由于其具有系统简单、造价低廉、使用方便、可测量的物理量丰富且有较高的空间分辨率（1毫米左右）等优点，因此，一直被作为常规的等离子体诊断工具，并在使用中得以不断改进和提高。朗缪尔探针测量等离子体参数有单探针、双探针和三探针三种方法；其中单探针是最简单的一种形式，就是将加有一定偏压的一小段导电电极伸入到等离子体内部，用于收集电子或离子电流，并利用扫描电压方法获得其伏安特性曲线，从而可得到所测量位置的局部电子密度、电子温度、等离子体空间电位、热流、粒子流及它们的涨落等信息；双探针则是将偏压加载在两根相邻很近且深入等离子体内部的导电电极上，同样利用扫描电压的形式获得其伏安特性曲线，进而得出相应参数，由于双探针的两个探针头都是悬浮在等离子体中，受外界的影响小，因此测量的误差比较小，特别在强磁场和波加热条件下测量；三探针则是将一根单探针和两根双探针组合在一起，并且探针为三根完全相同的、间距很近。其中，单探针悬浮在等离子体内部，双探针之间加一个足够大的电压（一般大于3k b T e /e），其优点在于不需要测量探针的伏安特性曲线，就可以直接获得许多等离子体参数，具有更高的时间分辨率。在偏滤器上，朗缪尔静电探针诊断也被广泛的应用，国内外的磁约束聚变装置中都在偏滤器靶板区域都安装了朗缪尔静电探针诊断系统，如DIIID、Jet、KSTAR、HL-2A、WEST等。通常，朗缪尔探针嵌装在偏滤器靶板上，且与靶板绝缘，并在靶板的不同空间位置上安装多组测量序列，以便能够同时测量不同靶板空间位置上等离子体的信息，从而构成一个偏滤器探针测量阵列。
EAST偏滤器探针诊断系统自EAST托卡马克装置建立起就已经作为常规诊断进行了设计和安装，主要采用三探针诊断形式进行等离子体信号测量，极向上分布有多个三探针测量组，覆盖了整个偏滤器靶板区域，实现了对整个靶板的等离子体参数的测量。
偏滤器探针的设计安装都需要基于偏滤器的结构，EAST偏滤器为了实现EAST运行目标（长脉冲（1000s）/高功率(>30MW)运行），将会承受更高的热负荷（稳态~2MW/m2，瞬态~15MW/m2），因此在2012年实验结束后，EAST上偏滤器进行了改造升级，世界上首次成功安装了ITER-like钨铜主动水冷偏滤器。
伴随着EAST偏滤器的升级，EAST偏滤器探针也进行了升级改造，具体以2013年为节点，在2013年之前，EAST上下偏滤器为对称结构分布，上下偏滤器内靶板和外靶板上分别安装有15组和20组三探针，上下偏滤器区域各有105根探针，总共210根探针，极向上空间分辨率为外靶板10mm，内靶板15mm（沿靶板表面方向）（[1] T. Ming, et al. FusionEngineering and Design. 84, (2009). [2] J. Wang, et al. Physica Scripta. 78,(2008).）。而2013年之后的EAST上偏滤器升级为ITER-like钨铜主动水冷偏滤器，使得EAST上偏滤器探针系统也进行了重新安装，上外靶板和上内靶板分别分布有13组和14组三探针，在极向上空间分辨率为12mm-18mm范围内（沿靶板表面方向）；同时，在环向上不同窗口位置（D和O窗口）安装了两个极向空间分布完全一样的测量阵列，两者相隔112°。上偏滤器区域总共162根探针，能够用于测量EAST偏滤器区域环向不同位置的等离子体参数分布，为偏滤器区域的3D物理研究提供了直接可靠的数据支持，如LHW、RMP等引起的3D物理（[3] J.C. Xu, et al, Review of Scientific Instruments. 87, 083504 (2016).）。在2016年8月份开始，为了改善偏滤器石墨探针头因放电而出现的烧蚀问题，EAST下偏滤器探针诊断系统在2016年春季实验结束后，对其进行了改进；具体是对探针头进行了重新设计及安装，由原来的圆顶形石墨探针头更换为平顶形石墨探针头（探针头顶面与偏滤器靶板平齐，即齐平探针（Flush-mounted probe））；齐平探针的测量与圆顶形石墨探针在推导公式上有一定差异，必须考虑到有效采集面积的变化因素。另外，EAST偏滤器探针诊断系统在实际计算过程中，存在一定的误差，这些误差主要来源于探针安装误差、探针头加工误差、实验过程中探针头烧蚀以及EFIT数据误差等，因此，需要针对不同的炮号对其数据进行必要的校准。
以上可见，EAST偏滤器探针诊断的数据无论数据量还是信息量都很庞大，并且不同时间段的放电炮号数据构成、计算处理的公式及误差校正都有差异。对EAST偏滤器探针诊断数据进行处理时，传统的做法是在分析一炮数据时，利用matlab软件编译相应的分析处理程序，并按要求编译绘图程序代码进行绘图。这种方法，在实际操作中效率极低，并且代码更改繁琐，使得很多有用的数据信息不能够充分及时地展示给研究人员，浪费了不少的资源。因此，开发一套适合于EAST偏滤器探针诊断数据分析处理的可视化交互软件系统，将会大大提高数据分析的效率，为EAST偏滤器相关物理研究提供可靠支持。
发明内容 本发明的目的是提供一种适用于EAST偏滤器探针诊断数据处理的软件系统，以提高EAST偏滤器探针诊断数据分析处理的效率。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
适用于EAST偏滤器探针诊断数据处理的软件系统，其特征在于：设置有交互主界面，交互主界面上包括初始数据读取模块、数据处理计算模块和绘图模块。所述初始数据读取模块读取EAST数据服务器中存储的数据，然后，经过所述数据处理计算模块对原始数据进行误差处理及公式计算，最后，在所述绘图模块中设置不同的绘图属性绘制出不同的数据图形。
所述初始数据读取模块分为探针数据读取和参考信号数据读取两个模块，所述数据处理计算模块分为探针数据处理和参考信号数据处理两个模块，所述绘图模块分为探针数据绘图和参考信号绘图两个模块。探针数据和参考信号数据的读取、处理和绘图都是独立的。参考信号数据的设置是为了给分析探针数据提供参考，起到一个综合分析的效果，使探针数据的信息挖掘更加全面。
所述探针数据处理模块中首先在探针数据计算选择模块中选择需要计算的等离子体参数选项，然后，通过探针数据误差处理模块对原始数据的误差做校准处理，利用误差校准后的数据代入相应的公式计算出选中的等离子体参数，最后，将计算出来的等离子体参数存储在本地文件夹，以便以后能够随时读取。所述探针数据误差处理模块主要包括误差系数和参考炮号两个数据库，所述参考炮号都对应有相应炮号的所述误差系数数据库，在计算任意炮号数据时，会自动调取距离最近的参考炮号的误差系数对原始数据进行误差处理。
所述探针数据绘图模块分为时空分布图和剖面分布图两种绘图模块，所述时空分布图绘图模块中设置有绘图参数、Y轴设置、绘图形式和打击点绘制四个选项，通过设置四个选项可以绘制研究人员所需要的等离子体参数时空分布图形；所述剖面分布图绘图模块中设置有绘图参数、X轴设置、绘图形式和时间点设置四个选项，通过设置四个选项可以绘制研究人员所需时间点等离子体参数剖面分布图形。
本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种适用于EAST偏滤器探针诊断数据处理的软件系统，根据目前EAST偏滤器探针诊断的数据无论数据量还是信息量都很庞大，并且不同时间段的放电炮号数据构成、计算处理的公式及误差校正都有差异的现状。在对EAST偏滤器探针诊断数据进行处理时，传统的做法是在分析一炮数据时，利用matlab软件编译相应的分析处理程序，并按要求编译绘图程序代码进行绘图。这种方法，在实际操作中效率极低，并且代码更改繁琐，使得很多有用的数据信息不能够充分及时地展示给研究人员，浪费了不少的资源。而本发明提供的适合于EAST偏滤器探针诊断数据分析处理的可视化交互软件系统，能够方便快捷地计算和绘制各种各样的探针数据图形，结合研究人员选择的参考信号，为更加深入挖掘探针数据的信息提供最直观的图形，将会大大提高数据分析的效率，为EAST偏滤器相关物理研究提供可靠支持。
附图说明
图1为EAST偏滤器探针诊断数据处理软件系统的整体框架图。
图2为EAST偏滤器探针诊断数据处理模块的示意图。
图3为EAST偏滤器探针诊断数据绘图模块的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明。
本发明是这样实现的，如图1所示，适用于EAST偏滤器探针诊断数据处理的软件系统，设置有交互主界面1，包括初始数据读取模块2、数据处理计算模块3和绘图模块4。初始数据读取模块2读取EAST数据服务器中存储的数据，然后，经过数据处理计算模块3对原始数据进行误差处理及公式计算，最后，在绘图模块4中设置不同的绘图属性绘制出不同的数据图形。
初始数据读取模块2分为探针数据读取10和参考信号数据读取9两个模块，数据处理计算模块3分为探针数据处理7和参考信号数据处理8两个模块，绘图模块4分为探针数据绘图5和参考信号绘图6两个模块。探针数据和参考信号数据的读取、处理和绘图都是独立的，其中参考信号具体包括等离子体电流、等离子体密度、储能、q95、βN等。
如图2所示，探针数据处理模块7中首先在探针数据计算选择模块701中选择需要计算的等离子体参数选项，具体包括四个靶板上离子饱和流密度（js）、悬浮电位（vf）、电子温度（ne）、电子密度（Te）、平行热流（qp）、垂直热流（qt）六个参数，然后，通过探针数据误差处理模块702对原始数据的误差做校准处理，利用误差校准后的数据代入相应的公式选中的等离子体参数做等离子体参数计算705处理，最后，将计算出来的等离子体参数利用探针数据存储模块706存储在本地文件夹，以便以后能够随时读取。探针数据误差处理模块702主要包括误差系数703和参考炮号704两个数据库，每个参考炮号都对应有相应炮号的误差系数数据库，在计算任意炮号数据时，会自动调取距离最近的参考炮号的误差系数对原始数据进行误差处理。
如图3所示，探针数据绘图模块5分为时空分布图510和剖面分布图501两种绘图模块，时空分布图绘图模块510中设置有绘图参数509、Y轴设置506、绘图形式508和打击点绘制507四个选项，通过设置四个选项可以绘制研究人员所需要的等离子体参数时空分布图形；绘图参数509中设置有离子饱和流密度（js）、悬浮电位（vf）、电子温度（ne）、电子密度（Te）、平行热流（qp）、垂直热流（qt）六个选项；Y轴设置506中设置有通道（Channel）和到靶板表面拐角的距离两个选项；绘图形式508中设置有上靶板参数绘图、下靶板参数绘图和全部靶板参数绘图三种形式；打击点绘制507需要利用EFIT数据推导出最外闭合磁面在靶板表面的位置坐标随时间演化的数据，然后一起绘制在时空分布图中。剖面分布图绘图模块501中设置有绘图参数504、X轴设置502、绘图形式505和时间点设置503四个选项，通过设置四个选项可以绘制研究人员需要的等离子体参数剖面分布图形；绘图参数504中设置有电子密度、电子温度、等离子体空间电位、平行热流、垂直热流和粒子流六个选项；X轴设置506中设置有通道（Channel）、到靶板表面拐角的距离、到靶板打击点的距离和投影到中平面的坐标四个选项；绘图形式505中设置选择是否进行插值拟合绘图；时间点设置503中最多可以设置四个不同时刻，即可以绘制四个不同时间点的靶板等离子体参数。
本发明的适用于EAST偏滤器探针诊断数据处理的软件系统，其中的一个实施例以matlab软件为平台，利用其图形用户接口（GUI）设计交互主界面，设置相应的控件，并编译实现上述各模块功能的代码。本发明可以方便地计算和绘制EAST偏滤器各个靶板区域的等离子体参数包括电子密度、电子温度、等离子体空间电位、平行热流、垂直热流和粒子流的信息，可以展示时空分布图和剖面分布图两种形式，并可以绘制不同的参考信号（如放电等离子体电流、放电等离子体密度、储能等），为研究人员提供参考，从而快速地提供给研究人员偏滤器相关物理信息最直观的图形。
Claims (4)
1.适用于EAST偏滤器探针诊断数据处理的软件系统，其特征在于：设置有交互主界面，交互主界面上包括有初始数据读取模块、数据处理计算模块和绘图模块；所述初始数据读取模块读取EAST数据服务器中存储的数据，然后，经过所述数据处理计算模块对原始数据进行误差处理及公式计算，最后，在所述绘图模块中设置不同的绘图属性绘制出不同的数据图形。
2.根据权利要求1所述的适用于EAST偏滤器探针诊断数据处理的软件系统，其特征在于：所述初始数据读取模块包括有探针数据读取和参考信号数据读取两个模块，所述数据处理计算模块包括有探针数据处理和参考信号数据处理两个模块，所述绘图模块包括有探针数据绘图和参考信号绘图两个模块；探针数据和参考信号数据的读取、处理和绘图都是独立的。
3.根据权利要求2所述的适用于EAST偏滤器探针诊断数据处理的软件系统，其特征在于：所述探针数据处理模块中首先在探针数据计算选择模块中选择需要计算的等离子体参数选项，然后，通过探针数据误差处理模块对原始数据的误差做校准处理，利用误差校准后的数据代入相应的公式计算出选中的等离子体参数，最后，将计算出来的等离子体参数存储在本地文件夹，以便以后能够随时读取；所述探针数据误差处理模块主要包括误差系数和参考炮号两个数据库，所述参考炮号都对应有相应炮号的所述误差系数数据库，在计算任意炮号数据时，会自动调取距离最近的参考炮号的误差系数对原始数据进行误差处理。
4.根据权利要求2所述的适用于EAST偏滤器探针诊断数据处理的软件系统，其特征在于：所述探针数据绘图模块包括有时空分布图和剖面分布图两种绘图模块，所述时空分布图绘图模块中设置有绘图参数、Y轴设置、绘图形式和打击点绘制四个选项，通过设置四个选项可以绘制研究人员所需要的等离子体参数时空分布图形；所述剖面分布图绘图模块中设置有绘图参数、X轴设置、绘图形式和时间点设置四个选项，通过设置四个选项可以绘制研究人员所需时间点的等离子体参数剖面分布图形。
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| CN106991271B (zh) | 2020-10-30 |
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Granted publication date: 20201030 |