高功率、高參數(shù)、長(zhǎng)脈沖穩(wěn)態(tài)運(yùn)行是托卡馬克裝置等離子體放電實(shí)驗(yàn)的主要目標(biāo)。在這些實(shí)驗(yàn)條件下,需要實(shí)時(shí)觀察放電情況,以及實(shí)時(shí)測(cè)量頻繁受到高能粒子轟擊的偏濾器靶板的溫度,以確保裝置的安全運(yùn)行。結(jié)合現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件和技術(shù)手段實(shí)時(shí)提供放電過程中等離子體的邊界信息以及提供偏濾器靶板區(qū)域精確的溫度信息對(duì)實(shí)現(xiàn)托卡馬克裝置放電實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)具有重要的意義。在EAST裝置中,可見/紅外內(nèi)窺鏡診斷系統(tǒng)主要是用來觀測(cè)等離子體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及測(cè)量裝置內(nèi)部面向等離子體的材料表面的溫度。目前,這一系統(tǒng)已經(jīng)具備了初步的圖像數(shù)據(jù)采集以及溫度計(jì)算的能力,但是還不具備等離子體圖像邊界跟蹤、溫度數(shù)據(jù)抖動(dòng)矯正以及數(shù)據(jù)高速共享的功能。針對(duì)這些問題,本文從圖像數(shù)據(jù)處理的角度做了以下三個(gè)方面的研究:第一,提出了一種適用于等離子體可見圖像的邊界識(shí)別算法。該算法基于小波變換的原理,通過檢測(cè)并融合不同尺度下的邊緣信息輸出最終的圖像邊界。實(shí)際檢測(cè)結(jié)果表明,該算法較傳統(tǒng)的Canny檢測(cè)算子在等離子圖像的邊界識(shí)別上更具優(yōu)勢(shì),不僅具有很好的噪聲抑制能力而且還能保留更多的邊緣細(xì)節(jié)。第二,提出了一種適用于等離子體紅外圖像的抖動(dòng)矯正算法。該算法利用等離子體可見... 

【文章來源】：合肥工業(yè)大學(xué)安徽省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

D-T反應(yīng)原理圖

合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)術(shù)碩士研究生學(xué)位論文4方法重建的功率沉積剖面進(jìn)行了驗(yàn)證。論證了，在當(dāng)時(shí)的條件下使用熱電偶測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是可以使用有限的放電次數(shù)，對(duì)廣泛的加熱和加料條件進(jìn)行研究。在測(cè)量材料表面溫度方面，由于熱電偶自身的物理特性使得其存在測(cè)溫響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，無法密集分布測(cè)量材料溫度。所以，在這種環(huán)境下，必須尋找一種溫度響應(yīng)快，能夠?qū)δ繕?biāo)區(qū)域進(jìn)行面陣測(cè)量的方法。為此，JET裝置的實(shí)驗(yàn)人員依靠多年來積累的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合自身裝置的結(jié)構(gòu)特征設(shè)計(jì)了一套內(nèi)窺鏡系統(tǒng)[4,13,14]，如圖1.2所示。圖1.2JET裝置內(nèi)窺鏡診斷系統(tǒng)Fig1.2EndoscopediagnosticsystemofJETdevice該內(nèi)窺鏡系統(tǒng)光路部分主要分為前端光路、中繼光路、后端光路三部分，通過一個(gè)分光鏡結(jié)構(gòu)將入射光線分為可見部分和紅外部分，實(shí)現(xiàn)了可見/紅外集成式數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的能力；此外通過多組非球面鏡和平面鏡的組合實(shí)現(xiàn)了對(duì)真空室內(nèi)部區(qū)域的大視場(chǎng)觀測(cè)，其光學(xué)設(shè)計(jì)的觀測(cè)視場(chǎng)為70°[4]。利用該套內(nèi)窺鏡光路，光路后端的紅外相機(jī)能夠觀測(cè)到JET裝置真空室內(nèi)部的偏濾器、裝置內(nèi)壁、加熱天線及其保護(hù)限制器等結(jié)構(gòu)；大視場(chǎng)成像能夠更好的保障托卡馬克裝置的安全運(yùn)行和進(jìn)行各種物理研究。除上文所述的JET裝置已經(jīng)使用了紅外相機(jī)及內(nèi)窺鏡系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱電偶測(cè)溫以外，國際上其它托卡馬克裝置也開始廣泛使用紅外相機(jī)結(jié)合內(nèi)窺鏡光路系統(tǒng)以及圖像處理技術(shù)來監(jiān)測(cè)托卡馬克裝置真空室內(nèi)部發(fā)生的物理現(xiàn)象[11]。雖然，直接使用紅外相機(jī)而不依靠?jī)?nèi)窺鏡光路系統(tǒng)也能觀測(cè)裝置放電過程中的物理現(xiàn)象，但是僅靠一臺(tái)紅外相機(jī)配備的鏡頭很難實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)觀測(cè)，此外，不利用內(nèi)窺鏡光路的分光能力，將無法在一個(gè)有限的窗口中同時(shí)獲得相同視場(chǎng)范圍的可見/紅外圖像。如圖1.3（a）所示?

第一章緒論5基本一致，相機(jī)觀測(cè)視角如圖中兩條黑色線所夾區(qū)域，在當(dāng)時(shí)的條件下，其紅外相機(jī)的時(shí)間分辨率為1.6-6.3KHz，空間分辨率為6.4mm，通過利用該高速紅外相機(jī)，NSTX裝置的實(shí)驗(yàn)人員成功分析了由邊緣局域模式這種瞬態(tài)事件引起的熱流變化的詳細(xì)結(jié)構(gòu)；圖1.3（c）中顯示的是安裝在MAST裝置上的紅外相機(jī)，圖中灰色陰影區(qū)域?yàn)榧t外相機(jī)視場(chǎng)覆蓋范圍，該相機(jī)主要被用來觀測(cè)裝置下部的外側(cè)偏濾器區(qū)域中相鄰的兩個(gè)偏濾器瓦塊的熱負(fù)荷[20,21]。其偏濾器的成像區(qū)域半徑為0.4m,空間分辨率為1.6mm。顯然，這些裝置上投入使用的紅外測(cè)溫系統(tǒng)，都能為實(shí)驗(yàn)人員提供所需的溫度數(shù)據(jù)。但是，在系統(tǒng)跟隨等離子體放電實(shí)驗(yàn)的過程中，采集到的紅外視頻數(shù)據(jù)不可避免的會(huì)受到裝置以及系統(tǒng)周圍其它機(jī)器振動(dòng)的影響，導(dǎo)致最終的紅外視頻數(shù)據(jù)存在人眼能夠感知的抖動(dòng)現(xiàn)象，這直接影響了溫度數(shù)據(jù)的計(jì)算精度。雖然，這些裝置也采用了一些視頻穩(wěn)像的圖像處理方法，但是最終也無法得到絕對(duì)穩(wěn)定的紅外視頻數(shù)據(jù)。圖1.3(a)DIII-D裝置紅外診斷系統(tǒng),(b)NSTX裝置紅外診斷系統(tǒng),(c)MAST裝置紅外診斷系統(tǒng)Fig1.3(a)TheinfrareddiagnosticsystemofDIII-Ddevice.(b)TheinfrareddiagnosticsystemofNSTXdevice.(c)TheinfrareddiagnosticsystemofMASTdevice.國內(nèi)托卡馬克裝置上面使用的紅外相機(jī)診斷系統(tǒng)也經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展，從早期移植HT-7裝置上使用的紅外相機(jī)診斷系統(tǒng)開始[22]，到2012年升級(jí)改造后投入使用的可見/紅外集成式內(nèi)窺鏡診斷系統(tǒng)[2,4,23,24]，最后到2019年度的放電實(shí)驗(yàn)中，G窗口使用的空間分辨率可局部放大的可見/紅外集成式內(nèi)窺鏡診斷系統(tǒng)。早期光路處于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易安裝、占用窗口空間大、觀察視場(chǎng)孝非集成式的狀態(tài)，如圖1.4所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]核聚變?cè)砑捌浞绞教骄縖J]. 余奧飛.  中國高新科技. 2019(01)
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博士論文
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[3]EAST紅外可見集成診斷系統(tǒng)建立及其實(shí)驗(yàn)研究[D]. 仰振東.東華大學(xué) 2016
[4]EAST超導(dǎo)托卡馬克等離子體放電上升段特性的研究[D]. 薛二兵.東華大學(xué) 2012

碩士論文
[1]基于紅外相機(jī)的EAST偏濾器靶板溫度測(cè)量及熱負(fù)荷分析研究[D]. 李鑫.合肥工業(yè)大學(xué) 2019
[2]EAST裝置大視場(chǎng)相機(jī)圖像采集與處理技術(shù)研究[D]. 余傳木.合肥工業(yè)大學(xué) 2018
[3]基于DSP的固定場(chǎng)景視頻消抖快速算法研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 劉剛.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2017
[4]基于可見/紅外相機(jī)診斷系統(tǒng)的托卡馬克等離子體相關(guān)特性研究[D]. 許崇楊.合肥工業(yè)大學(xué) 2017



本文編號(hào)：3535182