北京盈美智代理品牌XIMEA工業(yè)相機(jī)應(yīng)用于MANTIS多光譜托卡馬克成像系統(tǒng)

時(shí)間：2022-03-28作者：北京盈美智科技發(fā)展有限公司瀏覽：529

荷蘭基礎(chǔ)能源研究所利用 XIMEA 相機(jī)控制核聚變

 

      荷蘭基礎(chǔ)能源研究所(DIFFER)目前正在開發(fā)一種通過核聚變產(chǎn)生碳中和能源的方法，這個(gè)復(fù)雜的過程需要一個(gè)故障安全控制系統(tǒng)來監(jiān)督整個(gè)過程是否安全和順利。MANTIS多光譜成像系統(tǒng)是該結(jié)構(gòu)的一部分，它利用XIMEA多相機(jī)設(shè)置來幫助保持穩(wěn)定狀態(tài)。該解決方案基于PCIe技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)幾乎零延遲的數(shù)據(jù)檢索，從而確保系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

 

       21世紀(jì)的挑戰(zhàn)之一是碳中性經(jīng)濟(jì)的能源轉(zhuǎn)型。該轉(zhuǎn)型可通過太陽能和風(fēng)能實(shí)現(xiàn)，但是這些可再生能源對(duì)季節(jié)變化的依賴性大。為了補(bǔ)充這些可再生能源，并推進(jìn)從化石燃料能源的轉(zhuǎn)變，需要一種不依賴于天氣的能源。核聚變提供了一種環(huán)保、可持續(xù)和取之不盡的能源。

 

      簡(jiǎn)言之，核聚變是兩個(gè)輕核融合在一起形成較重元素同時(shí)釋放能量的過程。它是地球上幾乎所有能量的來源：太陽通過核聚變運(yùn)行，將氫轉(zhuǎn)化為氦。核聚變的條件可以在高達(dá) 1.5 億攝氏度的高溫等離子體中重現(xiàn)。這可以在托卡馬克實(shí)驗(yàn)核聚變反應(yīng)堆中實(shí)現(xiàn)，托卡馬克是一種環(huán)形真空容器，利用磁場(chǎng)使其能夠容納熱聚變等離子體。

 

      核聚變反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)目標(biāo)是在其**維持1.5億攝氏度的等離子體燃燒。因此，面向內(nèi)壁的組件必須承受約1500°C的工作溫度。其余的主要挑戰(zhàn)是提取熱能（用于發(fā)電），而不會(huì)將敏感元件暴露在等離子體產(chǎn)生的高熱或粒子流中。

 

托卡馬克實(shí)驗(yàn)核聚變反應(yīng)堆

 

      荷蘭基礎(chǔ)能源研究所 DIFFER的科學(xué)家和工程師共同開發(fā)理論模型、診斷儀器和**的控制系統(tǒng)，以安全地從聚變等離子體中排出能量。 DIFFER 的方法側(cè)重于采用物理學(xué)和控制理論提高排氣動(dòng)力，該方法可通過一系列原子和分子物理過程（統(tǒng)稱為等離子體分離）來實(shí)現(xiàn)。其挑戰(zhàn)在于保持工藝平衡：等離子排氣中的過度冷卻會(huì)破壞等離子**并降低發(fā)電效率，而冷卻不足會(huì)損壞面向等離子的組件。 

 

      XIMEA 相機(jī)的采用

      為了實(shí)現(xiàn)分離，DIFFER 與麻省理工學(xué)院和 EPFL 合作開發(fā)了一種名為 MANTIS 的新診斷系統(tǒng)，這是一種**的多光譜窄帶托卡馬克成像系統(tǒng)。

       MANTIS 配備了10臺(tái) XIMEA xiX 系列相機(jī)，同時(shí)獲取不同光譜**線強(qiáng)度的定量圖像。這使研究人員能夠同時(shí)跟蹤不同的原子和分子過程，然后將圖像用于理論模型，作為基于模型的分離控制器的輸入，該控制器可以實(shí)時(shí)修改動(dòng)力的排放。

      MANTIS 的技術(shù)挑戰(zhàn)是在 10 臺(tái)相機(jī)上同時(shí)采集和處理圖像。這是由使用 PCIe 接口技術(shù)的XIMEA xiX 相機(jī)提供的直接內(nèi)存訪問 (DMA) 實(shí)現(xiàn)的。數(shù)據(jù)交付幾乎沒有延遲或 CPU 功耗，因此內(nèi)核可以自由地處理傳入的數(shù)據(jù)流。 

      MANTIS 不僅僅是一個(gè)多相機(jī)系統(tǒng)，它還是控制系統(tǒng)的一部分。為了實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)，相機(jī)必須在幾十微秒的時(shí)間尺度上提供實(shí)時(shí)性能，并盡可能減少延遲。單幀凍結(jié)可能會(huì)破壞充分冷卻和較大等離子性能之間的平衡。這就是整合的困難之處。

 

配備 xiX 相機(jī)的 MANTIS 光學(xué)諧振腔

 

      克服障礙

      較初的 XIMEA PCIe 驅(qū)動(dòng)程序基于事件同步工作，其中相機(jī)將事件發(fā)送到事件隊(duì)列以供事件處理程序處理。此方法可有效地減少采集的功率和 CPU 時(shí)間。然而，隨著事件數(shù)量的增加，時(shí)間變得較加不確定。為了消除這種影響，MANTIS 團(tuán)隊(duì)開發(fā)了 XIMEA 驅(qū)動(dòng)的擴(kuò)展程序。

 

      它使用XIMEA的循環(huán)DMA緩沖區(qū)來預(yù)測(cè)下一幀的傳輸位置。然后，它對(duì)該幀的最后一個(gè)像素進(jìn)行輪詢，直到它不為零，這意味著該幀剛剛被傳送到DMA緩沖區(qū)。這種方法使10臺(tái)相機(jī)上的通信抖動(dòng)從~1ms減少到小于200ns。

 

     “當(dāng)我發(fā)現(xiàn)XIMEA相機(jī)在我們的實(shí)時(shí)應(yīng)用程序中表現(xiàn)得如此出色時(shí)，我感到**，而所有這些都是通過簡(jiǎn)單的同步方案更改實(shí)現(xiàn)的?！盇rtur Perek，MANTIS 系統(tǒng)開發(fā)人員說。

 

      來自XIMEA的 支持

      XIMEA 的團(tuán)隊(duì)通過更改 XIMEA PCIe 驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了這一想法，以便在相同的時(shí)間范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)元數(shù)據(jù)檢索。這些變化使 xiX 相機(jī)能夠完全實(shí)時(shí)地用于 MANTIS 和許多其他應(yīng)用程序。本項(xiàng)目使用MX031 相機(jī)型號(hào)和XS12 開關(guān)。

 

      惡劣環(huán)境適應(yīng)性

      除了優(yōu)秀的實(shí)時(shí)性能外，XIMEA xiX相機(jī)還經(jīng)受住了瑞士等離子體中心核聚變反應(yīng)堆托卡馬克配置變量 ( TCV )的整個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。在戰(zhàn)役期間，攝像機(jī)暴露在隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)、中子、伽馬和 X 射線輻射中。根據(jù)不同的經(jīng)驗(yàn)，其他融合研究小組也已開始轉(zhuǎn)向 XIMEA 購買其相機(jī)。

 

      關(guān)于盈美智

      北京盈美智是XIMEA 中國區(qū)正式代理商，此外，公司代理銷售****廠商的工業(yè)相機(jī)、圖像采集卡、光源及圖像處理軟件等視覺產(chǎn)品，還可根據(jù)用戶的實(shí)際要求，進(jìn)行從硬件到軟件的全套圖像處理系統(tǒng)集成。


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