小脉冲强磁场设施的测量和控制软件的开发技术——翻译文本

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1、小脉冲强磁场设施的测量和控制软件的开发技术摘要：为了满足小的脉冲强磁场设施的需求调研，实施本文提出了高脉冲磁场设备的控制系统软件。该系统是基于在VC和MeasurementStudio平台，并在其中应用有限状态机的通信机制。该硬件电路的状态监测系统和充电触发动作和射击根据由用户设置的参数是由它控制的。提供两种控制模式：手动模式和自动模式。信号磁场的变化率的时间进行采样并计算它的集成信号。实验结果表明，该系统达到了设计的目的。关键字：高压脉冲磁场；测控系统；通信协议；ActiveX控件技术；有限状态机1.引言对

2、于现代科学研究的前沿而言，强磁场是其中一个必要的极端条件。在许多科学领域之中，如固态物理，材料，化学，生物学等，强磁场是一项基本的研究工具。根据磁场特性，它可以分为两个大类，包括直流强磁场和脉冲强磁场。由于脉冲高磁场的优势，如方便实现简单原理和在短的时间内到达高磁场等方面，因此被广泛用。高场强度，能耗低，高可控性磁场波形，连续发射的能力都是小脉冲强磁场设施（SPHMFF）的特点。由小脉冲强磁场设施制造的强磁场适合运用在例如生物学和环境的保护等科研领域。目前，在中国没有这样的设备，以满足研究机构的需求。这个设施

3、的测量和控制软件系统的功能和实现的关键技术将在本文讨论。2.构造SPHMFF的控制系统SPHMFF由脉冲磁铁，脉冲功率电源和相应的控制系统，以及界面接口组成。SPHMFF的主电路在图1如示。电源是1mF/6kV的电容器。磁铁的直径为45mm可以产生峰值场为10T和脉冲宽度为10ms的脉冲磁场。控制系统是用于收集磁场强度的数据和控制充电和电磁发射过程。控制系统的构造如图2所示。图1控制系统可分为两部分，包括中央控制电脑和本地控制单元。所有的操作接口都是在中央控制电脑中实现，由此用户可以实现远程控制设施。本地控制

4、单元由充电器和DSP控制器组成。充电器用于充电电源。DSP控制器负责控制主电路开关，并收集磁场强度数据。由于最大电压为6KV，属于高电压范围，故SPHMFF必须远程操作，以确保操作人员的安全。因此，中央控制电脑与本地控制单元通过光纤连接，以确保电隔离。控制信号发送从使用两个COM端口充电和DSP控制器的中央控制电脑发出。控制系统的主要功能包括：l控制充电器l通过DSP控制器来控制开关l通过DSP控制器来触启可控硅发射电磁l在电磁发射时收集电磁场的强度数据按照实际需求，电磁发射方式可分为手动和自动两种模式。手动

5、模式是指用户由自己全程控制充电和电磁发射过程。自动模式指在用户设置了自动连续发射的时间和相关参数之后，系统将自动充电和发射电磁。同时，主电路的开关状态、电容上的电压数值和磁场的波形均会显示在界面上。例如关闭开关和由于紧急状态而暂停的操作也都可以在界面上实现。3.软件的构造3.1开发平台和工具考虑到实时性必须确保关键任务的执行（如关闭开关和紧急暂停），同时，兼容性和开发工具的可维护性都应具备，因此我们可以把VisualStudio2005作为主控制软件的开发平台。通过使用VisualStudio2005上的MF

6、C（微软基础类），把大量用于C++窗口编程的信息进行打包。在界面上的复杂操作（如响应/处理消息）大大被简化。不仅开发难度降低，而且软件的稳定性也在增加。为了使界面更加方便，由NI公司开发的MeasurementStudio也嵌入在软件内。ActiveX控件（如按钮控制、图形控制、旋钮控制、数字控制和滑模控）都是由MeasurementStudio提供的。样本数据可以方便地显示在图形控制上。在经过使用C语言的计算之后（例如整合），处理过的样本数据也同时显示在界面上。通过CCS2000来开发在DSP控制器上的软件

7、。这个工具不仅可以编译代码，也可以在网上调试目标，这是使用该工具进行硬件测试或做实验的方便之处。3.2软件的主要功能为了满足设计需要，软件的主要功能包括：l参数设置：设置在磁铁上充电器的电压（当磁铁放电时，产生的磁场强度与电压有关）和连续放电次数。当连续放电时间设置为一次，该系统将切换到手动模式，相反，当连续放电时间设置多次，系统会自动切换到自动模式。l过程控制：充电和放电过程可以通过用户自己或系统的自动化控制。l状态显示：在主电路开关状态（如弃置开关和充电器的开关）通过文字和图形的方式显示在界面上。电容上的

8、电压值显示在MeasurementStudio提供的幻灯片控制上。所以，一切都一目了然。l数据收集和整合：由DSP控制器发送的感应电压值以波形的形式显示在图形控制上。由感应电压集成的磁场强度的波形也显示在图形控制上。l数据存储：在放电之后，记录数据存储在文件，这有助于用户在实验之后有用的分析的结果。l保护磁铁：在磁铁很短的多次发射间隔之间，软件将根据相对公式的残余力量计算来评估系统的状态。允许的放电