【抗疫期间的清华科研】在家做实验的“硬核”科技秀

在线实验、实时监测、高速相机，清华人上演了一出线上“硬核”科技秀，清华大学工程物理系副教授谭熠老师团队正是这场科技秀的主角。

谭熠老师团队照片

他们的主要研究方向为球形托卡马克装置(Sino-UNIted Spherical Tokamak，简称SUNIST) 远程磁约束核聚变。实验的“硬核”之处在于可以通过自动化远程操控系统来操作实验。防疫期间，该系统更是发挥了得天独厚的优势，实验室的师生们能够在线便利、高效地从事科研工作。

“揭秘”远程操控系统

近年来，研究团队的SUNIST远程操控系统接入了适配性更高的网络技术，为提高安全性，所有设备均只与实验室内部局域网连接，与外部互联网的通讯经过一台路由/VPN服务器实现，并在服务器上设立了严格的防火墙。

SUNIST远程操控系统结构简图

实验人员可以通过网络安全便利地实现远程控制。SUNIS由6组储能电容阵列供电，磁场、加热功率与平衡等实验参数均与这些电容阵列的充电电压有关。科研人员可以访问控制服务器提供的网页，远程设置电容的充电电压以及充电电流。上位机上运行的VB.net监控程序接收参数，然后通过RS-232接口将参数传递给可编程电源，完成远程操控的全过程。

储能电容器阵列充电控制

此外，还有许多好办法，比如多通道定时器、多通道数据采集器、高速相机等常用设备，均可通过网页设置参数实现远程控制。

多通道定时器参数设置网页界面

多通道数据采集器参数设置网页界面

高速相机网页界面

远程监测，够安全！

由于SUNIST装置涉及的机械设备众多，研究人员在远程做实验的同时，还需时刻关注部件长时间工作以后容易出现的松动、润滑不足等问题，这些问题如何解决？

借助了基于噪声的机械设备状态远程实时监测系统，工作人员可以通过分析实验室环境中的噪声，判断设备的状态。如有偏离正常的噪声出现，系统将会立刻发出警报，与在场值守的研究人员一起，共同有效地保障了实验的安全性。

基于噪声的机械设备状态远程监测界面

数据输出“又快又好”

大家都知道，“宅家”做科研，最重要的任务就是访问参数和处理数据。没问题，团队可以做得到！

SUNIST系统采用了领域内数据存储、管理和访问最通用的MDSplus数据系统。该团队设置了端口转发、修改了防火墙规则，添加了校外同学的IP段，在保证数据安全的前提下，让校外IP也可以直接访问实验数据，方便大家在家中进行实验、整理和分析数据。

为了为研究人员获取和处理数据提供便利，团队还开发了基于Matlab的MDSplus数据获取和展示APP——MatlabScope。通过该APP可以非常便利地设置想要获取的数据通道、展示方式以及复杂的自定义公式数据，还能直接以出版标准输出高质量图片。

MatlabScope数据访问和展示界面

疫情期间，清华师生们尽管分散在全国各地，但在“硬核”科技的助力下，实验室成员们可以高效安全地在线做实验。远程操控实验装置、实时监测仪器、在线分析数据，真真正正做到“在家做科研”。

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