引言

在托卡馬克等離子體物理放電過程中，破裂與據齒的研究具有重要的意義。在大多數托卡馬克放電過程中都存在破裂與鋸齒。破裂是一個值得注意的事件，其間等離子體的約束遭到嚴重的破壞，它不僅限制了等離子體的電流和密度的運行區域，而且它造成的機械應力和熱負荷給等離子體容器壁帶來嚴重損害。對破裂，目前在理論上仍缺乏詳盡理解，大體上可將其分為低q破裂和密度極限破裂。利用村上(Murakami)參數作橫坐標的Hugill圖，我們可以得到破裂和托卡馬克等離子體運行區域的初略了解。

在大多數情況下托卡馬克等離子體中心存在馳豫振蕩，也就是溫度和密度的鋸齒振蕩。在上升期，磁軸附近的電流密度增加，中心q值下降，在下降期，磁軸附近的電流密度下降，中心值增加。鋸齒的機制不太清楚，一般由卡達姆采夫重連模解釋。

破裂與鋸齒的軟X-射線行為大體可以分為四個階段，即預前兆期、前兆期、快速下降期、以及恢復或熄滅期。對于破裂與鋸齒的快速下降期，通常人們對它有一種誤解，即認為在此期間，軟X-射線信號是單調或準單調地下降的。事實上，只要采樣頻率足夠高，仔細觀察，不難發現軟X-射線是振蕩下降的，而且一階小量大于零階量(通常將直流成分定義為零階量)。

可見，為了獲得破裂和鋸齒行為的詳盡信息，必須采用時間分辨率較高的等離子體診斷方式。隨著采樣頻率的增加，獲得的數據量也成倍增加，這給數據的存儲、傳送和處理帶來了極大的困難。要在漫長的放電過程中，實現高速數據采集，并在給定的短時間內完成數據的存儲、傳送和處理成為構建測試系統要解決問題的關鍵所在。

構建VXI測試系統

由于在托卡馬克等離子體物理漫長的放電過程中，破裂和鋸齒是非常短暫的過程，這為我們克服這些困難提供了條件。

我們以這樣的方式組成40通道VXI數據采集測試系統，針對漫長的放電過程除破裂和鋸齒等短暫過程外其緩慢變化的特征，在各個通道采用較低的采樣率采集全過程數據，確保能采集到放電全過程的數據，就可以滿足對放電過程的概況測試。將其戰速采集時間設定為1.6秒，可以覆蓋所有放電過程。但由于采樣頻率低，整個持續1.6秒的慢采集過程形成的數據量也就僅僅每通道幾十K。

低速采集的同時，每通道還有一個與低速采集并行進行著的高速采集，專門用來采集破裂和鋸齒事件。

高速采集和低速采集有各自不同的存儲器存儲數據，高速采集的存儲器被分為很多片段，最多可分為16段，每段存儲器采集存儲一個破裂和鋸齒事件數據。在低速采集開始以后，由一個專門的事件觸發模塊多次觸發快速采集，每次觸發啟動一次快速采集過程，記錄一個事件信號。由于破裂和鋸齒事件非常短暫，持續時間也就幾毫秒，對于2MSa/s的高速采集，每通道存儲器總的長度不到100K就可滿足多次快速采集的存儲數據的需要。

這樣一來，我們構建的VXI測試系統用一種變通的方式實現既可以由低速采集觀察到漫長的放電過程的全貌，又可以由高速采集仔細分析破裂和鋸齒的短暫過程，以及判斷事件出現在放電過程的時刻，將常規方式采集下每通道約3MSa的存儲器需求降到100KSa左右，解決了由于采樣頻率的增加而產生的數據量成倍增加的矛盾。為在給定的短時間內完成數據的存儲、傳送和處理提供了保證。

功能設計考慮

要構建測試系統，我們首先需要一個最基本的VXI平臺：13槽的VXI機箱和零槽控制器，在此平臺基礎上，我們開始構建這套專用系統的測試功能部分。系統測試功能部分的硬件被抽象為兩個基本功能：一個是信號數據采集和存儲，包括慢速的全過程采集和同時進行的快速的破裂和鋸齒事件捕捉;另一個是識別和判斷破裂和鋸齒事件，產生對采集的觸發。兩個抽象的基本功能確定了測試系統要開發的兩種類型的VX I模塊：數據采集模塊和事件觸發模塊。

在我們的測試系統中，需要40個并行采集通道，數據采集模塊被設計為每模塊4個通道，需用到10個采集模塊數。40個通道并行工作，系統的快速采集只需要由一個事件觸發模塊來啟動，只需要對被監視的一路信號來加以判別產生動作。13槽的VXI機箱剛好滿足使用。

系統工作模式是這樣進行的：工作開始時，事件觸發模塊首先接受代表放電過程開始的外部觸發信號，來啟動數據采集模塊的慢速采集，同時啟動事件觸發模塊內部的破裂和鋸齒事件鑒別工作。每當事件觸發模塊鑒別出設定事件時，它就立即通過TTLTRGn線發出觸發信號，啟動數據采集模塊的一次快速的數據采集，捕捉破裂和鋸齒事件信號。破裂和鋸齒事件的發生到事件觸發模塊鑒別出事件，給出觸發信號總會有延遲，所以，在快速的每一次數據采集對應的存儲數據中，還必須使用負延遲觸發功能。一次快速數據采集完成自動進入下一段存儲器，準備接受下一次觸發，啟動下一次采集，直到設定的快速數據采集次數全部完成。

最后，當數據采集模塊1.6秒的慢速采集數據過程全部完成，整個采集過程宣告結束，才可以開始處理數據，并準備下一次的工作。