聚变能系统中的精密测量技术

5月 2026 Interface Technology

聚变能被视作一种清洁、可靠且近乎无限的长期能源解决方案。聚变系统通过模拟太阳内部的能量产生过程，力求实现零碳排放、低废料排放的能源生产。与传统发电方式相比，聚变能在本质安全的工作条件下提供高能量密度，因此极具吸引力——既能助力电网扩容，也能为人工智能数据中心等高能耗应用提供电力。

实现聚变能需要对极端高温的等离子体进行约束和控制，而这通常借助超导磁体完成，这些磁体在高电流、高电压以及强电磁环境中运行。

聚变系统中的核心测量需求

聚变系统虽在高能量水平下运行，但许多关键的诊断测量却在极低的信号电平下进行，通常在毫伏至伏特级范围内。这带来了一项根本性挑战：必须在同时存在千伏级瞬变电压和强电磁干扰的环境中，捕捉最细微的电信号变化。

以用于失超检测的磁体电压监测为例。正常条件下，超导磁体在极低温度下运行，从而实现近乎零电阻的工作状态。但一旦发生扰动，就会产生微小的欧姆电压降，这可能是失超事件开始的信号。

所谓失超，是指部分超导材料转变为常导态的过程。这会导致局部升温，电流重新分布到电阻区，从而在磁体内部形成明显的热点。

必须快速检测失超。一旦失去超导性，储存的能量就会释放，可能损坏下游的电力电子器件和控制系统，严重时甚至导致系统完全停机。

电压测量不仅用于失超检测，还用于稳定性分析和设备性能监测，可实时反映系统状态。所有这些应用都要求在强电气干扰的高压环境中精确测量微小信号。

测量面临的挑战

聚变环境中，核心挑战在于如何可靠地获取信号。快速变化的磁场和瞬态过程会产生感应电压，幅度可能比实际测量信号高出几个数量级。如果不采取适当措施，这些干扰就会淹没有效信号。

Knick 如何助力聚变测量系统

Knick 测量解决方案专为满足此类需求而开发，可在高电压环境中精确测量低电平信号。

Knick 系统对输入、输出和电源进行电气隔离，既能防止危险电压传导，又可确保信号完整性。这样一来，即使存在高共模电压，也能安全采集微小的差分信号。

此外，高共模抑制比即使在强电磁干扰下也能确保稳定测量，为搭建精准、可靠的控制架构奠定基础。

这种组合让聚变系统开发者既能可靠采集关键诊断数据，也能保护仪器设备、下游系统及现场人员的安全。为控制和保护回路提供精确的电气隔离信号，系统即可快速响应，执行失超检测或紧急停机等保护措施。由此，不仅提高了运行安全性，也增强了整个系统的长期可靠性。

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