一种自给能中子探测器缩减信号响应时间的测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种自给能中子探测器缩减信号响应时间的测量系统，所述系统包括自给能中子探测器，弱电流放大器，ADC电路，单片机和双路DAC及放大电路，还包含自给能中子探测器与弱电流放大器之间连接的双屏蔽双芯电缆，以及各部分之间的信号传输线。其中双屏蔽双芯电缆和弱电流放大器差分输入可实现消除和减小空间电磁和本底电流的干扰。单片机对信号的两次数字动态补偿运算，大幅缩减了电流信号的中子通量动态变化的响应时间。实现对反应堆堆芯中子通量动态变化的准确和及时监测。

A measurement system for reducing signal response time of self-contained neutron detector

The invention discloses a measuring system for reducing the signal response time of a self-contained neutron detector. The system comprises a self-contained neutron detector, a weak current amplifier, an ADC circuit, a single-chip microcomputer, a dual channel DAC and an amplification circuit, and also comprises a double shielded double core cable connected between the self-contained neutron detector and a weak current amplifier, as well as a signal transmission line between each part. The differential input of double shielded double core cable and weak current amplifier can eliminate and reduce the interference of space electromagnetic and background current. The response time of the dynamic change of the neutron flux of the current signal is greatly reduced by two digital dynamic compensation operations of the single chip microcomputer. To realize the accurate and timely monitoring of the reactor core neutron flux dynamic change.

【技术实现步骤摘要】
一种自给能中子探测器缩减信号响应时间的测量系统
本专利技术属于反应堆堆芯中子通量探测
，涉及一种自给能中子探测器缩减信号响应时间的测量系统。
技术介绍
一般在反应堆中，为实现反应堆功率控制和堆芯各器件累计辐照剂量监测，采用自给能探测器进行实时监测和测量。自给能中子探测器的输出电流一般是10-14～10-5A，电流较小，经堆芯外部的电子学放大电路进行放大输出到二次仪表进行监测。一般的弱电流放大器不能够满足对这种量级的放大需求，所采用的电子学放大电路和二次仪表的电流信号对中子通量变化的反应时间较长，一定程度上限制了对反应堆堆芯功率控制的及时性。本申请专利技术人在实现本申请专利技术技术的过程中，发现上述探测技术存在如下技术问题：现有的电子学放大电路及二次仪表的信号电流对反应堆堆芯中子通量变化的反应时间较长，存在导致对堆芯功率控制不够及时的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种自给能中子探测器缩减信号响应时间的测量系统，解决了对10-14～10-5A量级的电流进行放大，同时实现缩短信号电流对反应堆中子通量变化的反应时间，提升对反应堆堆芯功率及时控制的功能。通过在探测器后接入一个弱电流放大器和数字处理系统，其中数字处理系统由ADC电路，单片机和双路DAC及放大电路构成，弱电流放大器对原始电流信号进行初次放大，ADC电路电流信号转化为数字信号，单片机进行二次数字动态补偿运算以补偿缩减电流信号的反应时间，双路DAC及放大电路分别对运算结果和弱电流放大信号进行模拟信号转换。其中，只要利用数字处理系统对信号进行处理以达到补偿缩减反应时间的目的，都是本申请的保护点。其技术方案如下：一种自给能中子探测器缩减信号响应时间的测量系统，包括自给能中子探测器(SPND)、弱电流放大器、数字处理系统、数据采集模块和上位计算机，所述数字处理系统包括ADC电路，单片机和双路DAC及放大电路，所述自给能中子探测器与弱电流放大器之间采用双屏蔽双芯电缆连接，弱电流放大器采用差分输入方式，双路DAC及放大电路输出未进行两次数字动态补偿运算的信号和进行两次数字动态补偿运算的信号，ADC电路与单片机采用双路信号传输，单片机和双路DAC及放大电路采用双路信号传输。进一步，所述自给能中子探测器包括收集体、绝缘体和发射体。进一步，弱电流放大器采用高性能高阻抗的运算放大器，前端输入端采用差分输入方式消除探测器及传输线的共模干扰。进一步，ADC电路将弱电流放大器放大电流进行数模转换，以便于单片机进行数字信号处理。进一步，所述单片机对ADC处理后的数字信号首次进行动态补偿运算缩减信号的响应时间，进一步再进行二次数字信号动态补偿处理，再次缩减信号的响应时间，动态补偿方法有向前差分变换法，向后差分变换法，阶跃响应不变法以及双线性变换法等。进一步，双路DAC及放大电路将单片机处理后的信号进行数模转换，以便于进行远距离传输和与后续信号处理电路通信。本专利技术的有益效果：1.采用高性能高阻抗弱电流放大器可满足对10-14～10-5A初始信号电流的放大功能，输入端采用差分输入的方式可减小γ信号电流及环境本底电流的影响；2.采用双屏蔽双芯电缆消除空间电磁对自给能中子探测器信号电流的影响，并且补偿传输线物理变化对电流信号的干扰；3.利用单片机数字电路对电流信号进行两次数字动态补偿运算，大大缩减信号电流对中子通量变化的响应时间，解决了自给能中子探测器中电流响应时间过长，控制不及时，不准确的问题；4.采用双路DAC及放大电路，可为后续信号处理系统提供多种输入模式，并且为信号从堆芯到操控室的远距离传输提供技术支持。附图说明图1为本专利技术自给能中子探测器缩减信号响应时间的测量系统的结构示意图；图2为本专利技术自给能中子探测器缩减信号响应时间的测量系统的模块设计框架图。图中：1.Inconel600收集体；2.绝缘体；3.发射体；4.双屏蔽双芯电缆；5.电流表。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步详细地说明。自给能中子探测器的探测原理图如图1所示，Inconel600收集体1内紧密嵌套Al2O3或MgO绝缘体2，绝缘体2内紧密嵌套Rh(V，Co，Pt等)发射体3，双屏蔽双芯电缆4与收集体1采用激光焊接，双屏蔽双芯电缆4中信号芯线与发射体1采用钎焊焊接。在双屏蔽双芯外壳与芯线之间连接电流表可测探测信号电流。反应堆堆芯的中子入射到探测器芯部的发射体3时，与发射体3发生吸收反应生成易发生β衰变的原子核，原子核发生β衰变发出电子以一定的概率穿过绝缘体2被收集体1收集到，从而在收集体1和芯部发射体3间形成电势差，在外接电流表5时形成电流。由于所形成的电流较弱，一般电子学放大电路对这一弱电流的放大并不稳定，降低探测器的可靠性。当反应堆堆芯的中子通量发生变化时，由于探测器芯部发射体原子核β衰变存在半衰期，所以信号电流对中子通量的变化会产生一定的反应时间，导致对堆芯中子通量这一关键数据的监测不够及时，造成计算堆芯各材料的累计辐照剂量、探测器自身燃耗不够准确，控制反应堆平稳运行难度加大。本申请中的测量系统适用于自给能中子探测器对中子通量的测量，通过在探测器后接入一个弱电流放大器和数字处理系统，其中数字处理系统包含ADC电路，单片机和双路DAC及放大电路构成，弱电流放大器对原始电流信号进行初次放大，ADC电路电流信号转化为数字信号，单片机进行二次数字动态补偿运算以补偿缩减电流信号的反应时间，双路DAC及放大电路分别对运算结果和弱电流放大信号进行模拟信号转换。其中，只要利用数字处理系统对信号进行处理以达到补偿缩减反应时间的目的，都是本申请的保护点。为解决上述问题和实现上述功能，本申请提供一种自给能中子探测器缩减信号响应时间的数字电路测量系统，所述系统主要包括：包括自给能中子探测器(SPND)，弱电流放大器，ADC电路，单片机和双路DAC及放大电路，实现对自给能中子探测器原始信号的放大，模数转换，缩短响应时间的二次运算及处理后的信号的数模转换。其中，自给能中子探测器(SPND)包括收集体、绝缘体和发射体。其中，弱电流放大器采用高性能高阻抗的运算放大器，前端输入端采用差分输入方式消除探测器及传输线的共模干扰。其中，ADC电路将弱电流放大器放大电流进行数模转换，以便于单片机进行数字信号处理。其中，单片机对ADC处理后的数字信号首次进行动态补偿运算缩减信号的响应时间，进一步再进行二次数字信号动态补偿处理，再次缩减信号的响应时间，动态补偿方法有向前差分变换法，向后差分变换法，阶跃响应不变法以及双线性变换法等。其中，双路DAC及放大电路将单片机处理后的信号进行数模转换，以便于进行远距离传输和与后续信号处理电路通信。其中，所述系统还包括：自给能探测器与弱电流放大器之间进行信号传输采用双屏蔽双芯电缆，用以消除空间电磁干扰，补偿传输线物理变化对信号的影响。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自给能中子探测器缩减信号响应时间的测量系统，其特征在于：包括自给能中子探测器、弱电流放大器、数字处理系统、数据采集模块和上位计算机，所述数字处理系统包括ADC电路，单片机和双路DAC及放大电路，所述自给能中子探测器与弱电流放大器之间采用双屏蔽双芯电缆连接，弱电流放大器采用差分输入方式，双路DAC及放大电路输出未进行两次数字动态补偿运算的信号和进行两次数字动态补偿运算的信号，ADC电路与单片机采用双路信号传输，单片机和双路DAC及放大电路采用双路信号传输。/n

【技术特征摘要】
1.一种自给能中子探测器缩减信号响应时间的测量系统，其特征在于：包括自给能中子探测器、弱电流放大器、数字处理系统、数据采集模块和上位计算机，所述数字处理系统包括ADC电路，单片机和双路DAC及放大电路，所述自给能中子探测器与弱电流放大器之间采用双屏蔽双芯电缆连接，弱电流放大器采用差分输入方式，双路DAC及放大电路输出未进行两次数字动态补偿运算的信号和进行两次数字动态补偿运算的信号，ADC电路与单片机采用双路信号传输，单片机和双路DAC及放大电路采用双路信号传输。


2.根据权利要求1所述的自给能中子探测器缩减信号响应时间的测量系统，其特征在于：所述自给能中子探测器包括收集体、绝缘体和发射体。


3.根据权利要求1所述的自给能中子探测器缩减信号响应时间的测量系统，其特征在于：弱电流放大器采用高性能高阻抗的运算放大器...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东仓，朱朝阳，邵剑雄，杨文华，陈熙萌，伍晓勇，杨磊，莫华钧，周殿伟，周春林，邓志勇，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62