一種用于中性束注入系統的高速模擬量輸入光調制卡的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于中性束注入系統的高速模擬量輸入光調制輸出卡，包括低通濾波器、信號調理模塊、模數轉換器構成的模擬信號區域，中央控制器、高速光電轉換器、高速電光轉換器構成的數字信號區域，總線供電電源構成的系統供電區域，模擬信號區域與數字信號區域通過數字信號隔離器實現電氣隔離，系統供電區域與模擬信號區域、數字信號區域分別單獨通過DC/DC隔離電源電氣隔離。本發明可以解決加速器裝置上模擬信號的高速傳輸與遠程控制問題，實現控制系統的遠程和本地可靠控制，應用靈活，亦可廣泛應用于其他需要模擬信號隔離要求較高的控制應用領域。
【專利說明】
一種用于中性束注入系統的高速模擬量輸入光調制卡
技術領域
[0001]本發明涉及聚變裝置高壓隔離領域，具體是一種用于中性束注入系統的高速模擬量輸入光調制卡。【背景技術】
[0002]在能源需求日益加劇的今天，核聚變作為一種清潔能源越來越受到廣泛關注。中性束注入器是磁約束核聚變裝置的重要加熱手段之一。在中性束注入器系統中的高電壓加速系統給中性束注入控制系統間的信號傳輸帶來了挑戰。模擬量傳輸系統間的電氣隔離和高速傳輸是控制系統中安全可靠運行的重要技術手段，在核聚變裝置的控制系統中更是如此。
[0003]在核聚變裝置的重要的輔助加熱系統中性束注入器需要各種模擬量信號的傳輸和變換。在實際的中性束注入器控制系統中模擬信號和數字信號一般是分開處理和控制的。模擬信號一般用來控制執行器的幅值控制，設定報警閾值等;數字信號一般用來實現對系統時序的控制和邏輯控制。當前中性束注入器系統中應用的較多的是基于V/F和F/V的模擬信號隔離技術。其系統帶寬和精度偏低，不利于控制系統提高系統的響應和提高系統的可靠性。
[0004]
【發明內容】
本發明的目的是提供一種用于中性束注入系統的高速模擬量輸入光調制卡，以解決現有技術核聚變裝置中模擬信號隔離技術不利于控制系統提高系統的響應和提高系統的可靠性的問題。
[0005]為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為:一種用于中性束注入系統的高速模擬量輸入光調制卡，其特征在于:包括模擬信號區域、數字信號區域、系統供電區域，其中:模擬信號區域由低通濾波器、信號調理模塊、模數轉換器構成，低通濾波器的輸入端引入模擬信號，低通濾波器的輸出端與信號調理模塊輸入端連接，信號調理模塊輸出端與模數轉換器輸入端連接；數字信號區域由中央控制器、高速光電轉換器、高速電光轉換器構成，所述高速光電轉換器輸入端引入光信號，高速光電轉換器輸出端與中央控制器連接，所述高速電光轉換器輸入端與中央控制器連接，高速電光轉換器輸出端輸出光信號，所述中央控制器通過一個數字信號隔離器與模擬信號區域中模數轉換器輸出端連接，由數字信號隔離器電氣隔離模擬信號區域和數字信號區域；系統供電區域由總線供電電源構成，總線供電電源通過一個DC/DC隔離電源分別供電至模擬信號區域中的低通濾波器、信號調理模塊、模數轉換器，由該DC/DC隔離電源電氣隔離模擬信號區域和系統供電區域，總線供電電源還通過第二個DC/DC隔離電源分別供電至數字信號區域中的中央控制器、高速光電轉換器、高速電光轉換器，由第二個DC/DC隔離電源電氣隔離數字信號區域和系統供電區域。
[0006]所述的一種用于中性束注入系統的高速模擬量輸入光調制卡，其特征在于:所述的低通濾波器將輸入的模擬信號進行低通濾波，保留系統所需的低頻模擬信號;所述的信號調理模塊將濾波后得到低頻模擬信號進行增益調節，以滿足系統的帶寬。
[0007]所述的一種用于中性束注入系統的高速模擬量輸入光調制卡，其特征在于:所述的數字信號隔離器將模數轉換器和中央控制器間的信號進行隔離，提高系統可靠性，并實現將模擬信號區域和數字信號區域電氣隔離。
[0008]所述的一種用于中性束注入系統的高速模擬量輸入光調制卡，其特征在于:所述的模數轉換器根據中央控制器的控制命令將模擬信號轉換為數字信號并經數字隔離器傳送給中央控制器。
[0009]所述的一種用于中性束注入系統的高速模擬量輸入光調制卡，其特征在于:所述的中央控制器將高速光電轉換器傳送的數字信號轉換為控制命令和時鐘信號，根據傳入的控制命令控制模數轉換器進行模數轉換，并將轉換得到的數字信號根據輸入的時鐘信號進行調制，并將調制后的數字信號傳送給高速電光轉換器。
[0010]所述的一種用于中性束注入系統的高速模擬量輸入光調制卡，其特征在于:所述的高速光電轉換器將輸入的光信號轉換為數字信號傳送給中央控制器;所述的高速電光轉換器將中央處理器輸出的轉換為光信號耦合到光纖中輸出。本發明優點為。
[0011]本發明中性束注入器高速模擬信號連鎖保護控制器對輸入的模擬信號進行處理， 根據設定的保護閾值和控制邏輯進行系統連鎖保護，滿足了實驗裝置系統的安全保護要求。
[0012]本發明的有益效果:本發明實現了一種用于中性束注入器系統的高速模擬信號輸入光調制輸出卡。本發明中的中央處理器接收高速光電轉換器接收的控制命令和時鐘信號，通過執行控制命令控制模數轉換器實現對模擬信號轉換為高速數字信號；中處理器根據時鐘信號對輸入的高速數字信號進行調制，并通過高速電光轉換器輸出光信號。本發明不僅可以解決聚變裝置上存在高壓設備和低壓設備間模擬信號轉換為光信號的高速傳輸，實現控制系統對設備的幅值設置和報警閾值設定，應用靈活，亦可廣泛應用于其他需要高速模擬信號轉換為光信號傳輸的應用領域。【附圖說明】[〇〇13]圖1為本發明結構原理框圖。【具體實施方式】
[0014]如圖1所示，一種用于中性束注入系統的高速模擬量輸入光調制卡，包括模擬信號區域A、數字信號區域B、系統供電區域C，其中:模擬信號區域A由低通濾波器1、信號調理模塊2、模數轉換器3構成，低通濾波器1的輸入端引入模擬信號，低通濾波器1的輸出端與信號調理模塊2輸入端連接，信號調理模塊2輸出端與模數轉換器3輸入端連接；數字信號區域B由中央控制器5、高速光電轉換器7、高速電光轉換器6構成，高速光電轉換器7輸入端引入光信號，高速光電轉換器7輸出端與中央控制器5連接，高速電光轉換器6 輸入端與中央控制器5連接，高速電光轉換器6輸出端輸出光信號，中央控制器5通過一個數字信號隔離器4與模擬信號區域A中模數轉換器3輸出端連接，由數字信號隔離器4電氣隔離模擬信號區域A和數字信號區域B;系統供電區域C由總線供電電源10構成，總線供電電源10通過一個DC/DC隔離電源8分別供電至模擬信號區域A中的低通濾波器1、信號調理模塊2、模數轉換器3,由該DC/DC隔離電源8電氣隔離模擬信號區域A和系統供電區域C，總線供電電源10還通過第二個DC/DC隔離電源9分別供電至數字信號區域B中的中央控制器5、高速光電轉換器7、高速電光轉換器6， 由第二個DC/DC隔離電源9電氣隔離數字信號區域B和系統供電區域C。
[0015]本發明中性束注入器系統的高速模擬信號輸入光調制輸出卡包括低通濾波器1、 信號調理模塊2、模數轉換器3、數字信號隔離器4、中央控制器5、高速光電轉換器6、高速電光轉換器7、DC/DC隔離電源8、DC/DC隔離電源9和總線供電電源10組成，完成將模擬信號轉換為光信號輸出的功能，其連接如圖1所示。[〇〇16]低通濾波器首先將高速輸入的模擬信號經過LM6152組成的4階有源低通濾波器進行濾波和放大輸出到信號調理模塊。[〇〇17]信號調理模塊首先由RC阻容濾波進行再次波形過濾，經單端到差分運放轉換成差分信號，差分信號經過可編程增益調節芯片調節差分信號到模數轉換器的信號幅值范圍。 模數轉換芯片ADS5562將差分信號轉換為數字信號。[〇〇18]轉換后的數字信號經由IS07421實現的數字信號隔離器傳輸到中央控制器，實現中央控制器和模擬信號的電氣隔離。
[0019]高速光電轉換器將輸入的光信號轉換為控制命令和時序信號，對整個中性束注入系統的高速模擬信號輸入光調制卡進行配置，實現遠程控制功能。
[0020]中央控制器由FPGA芯片實現，按照高速光電轉換器輸入的控制命令控制和時序信號發出對模數轉換器和高速電光轉換器進行實時控制。中央控制器對模數轉換器的控制命令和配置參數經過數字信號隔離器進行隔離，并將來自模數轉換器的經隔離后的數字信號根據控制命令進行處理和調制，調制后的數字信號輸出到高速電光轉換器。
[0021]調制后的數字信號經過高速電光轉換器進行驅動和電光轉換，轉換后的光信號耦合到光纖進行遠距離傳輸。[〇〇22] DC/DC隔離電源由兩塊MIW10-12D15實現，兩塊隔離電源模塊分別為模擬信號區域和數字信號區域供電。DC/DC隔離電源實現模擬信號區域、數字信號區域和系統供電區域的三方電氣隔離。
[0023]總線供電電源由總線接口連接器和電源濾波器組成，實現將總線的電源傳輸給 DC/DC隔離電源的功能。
[0024]以上所述僅為發明專利較佳的【具體實施方式】與具有代表性的【具體實施方式】，同時所述的高速模擬信號輸入光信號輸出模塊的結構也僅是有代表性的結構;但本發明專利的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明專利揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應該涵蓋在本發明專利的保護范圍之內。因此，本發明專利的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種用于中性束注入系統的高速模擬量輸入光調制卡，其特征在于:包括模擬信號 區域、數字信號區域、系統供電區域，其中:模擬信號區域由低通濾波器、信號調理模塊、模數轉換器構成，低通濾波器的輸入端引 入模擬信號，低通濾波器的輸出端與信號調理模塊輸入端連接，信號調理模塊輸出端與模 數轉換器輸入端連接；數字信號區域由中央控制器、高速光電轉換器、高速電光轉換器構成，所述高速光電轉 換器輸入端引入光信號，高速光電轉換器輸出端與中央控制器連接，所述高速電光轉換器 輸入端與中央控制器連接，高速電光轉換器輸出端輸出光信號，所述中央控制器通過一個 數字信號隔離器與模擬信號區域中模數轉換器輸出端連接，由數字信號隔離器電氣隔離模 擬信號區域和數字信號區域；系統供電區域由總線供電電源構成，總線供電電源通過一個DC/DC隔離電源分別供電 至模擬信號區域中的低通濾波器、信號調理模塊、模數轉換器，由該DC/DC隔離電源電氣隔 離模擬信號區域和系統供電區域，總線供電電源還通過第二個DC/DC隔離電源分別供電至 數字信號區域中的中央控制器、高速光電轉換器、高速電光轉換器，由第二個DC/DC隔離電 源電氣隔離數字信號區域和系統供電區域。2.根據權利要求1所述的一種用于中性束注入系統的高速模擬量輸入光調制卡，其特 征在于:所述的低通濾波器將輸入的模擬信號進行低通濾波，保留系統所需的低頻模擬信 號;所述的信號調理模塊將濾波后得到低頻模擬信號進行增益調節，以滿足系統的帶寬。3.根據權利要求1所述的一種用于中性束注入系統的高速模擬量輸入光調制卡，其特 征在于:所述的數字信號隔離器將模數轉換器和中央控制器間的信號進行隔離，提高系統 可靠性，并實現將模擬信號區域和數字信號區域電氣隔離。4.根據權利要求1所述的一種用于中性束注入系統的高速模擬量輸入光調制卡，其特 征在于:所述的模數轉換器根據中央控制器的控制命令將模擬信號轉換為數字信號并經數 字隔離器傳送給中央控制器。5.根據權利要求1所述的一種用于中性束注入系統的高速模擬量輸入光調制卡，其特 征在于:所述的中央控制器將高速光電轉換器傳送的數字信號轉換為控制命令和時鐘信 號，根據傳入的控制命令控制模數轉換器進行模數轉換，并將轉換得到的數字信號根據輸 入的時鐘信號進行調制，并將調制后的數字信號傳送給高速電光轉換器。6.根據權利要求1所述的一種用于中性束注入系統的高速模擬量輸入光調制卡，其特 征在于:所述的高速光電轉換器將輸入的光信號轉換為數字信號傳送給中央控制器;所述 的高速電光轉換器將中央處理器輸出的轉換為光信號耦合到光纖中輸出。
【文檔編號】G05B19/042GK105955096SQ201610143956
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年3月14日
【發明人】盛鵬, 胡純棟, 趙遠哲, 宋士花, 崔慶龍, 楊振漢
【申請人】中國科學院等離子體物理研究所