一种中子发生器中子产额控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种中子发生器中子产额控制系统及方法，倍压短节内设置有电阻，倍压短节靶压输出端接地和中子管靶压端，倍压短节靶压输出端连接发生器高压控制电路输入端；阳极高压模块高压输出端连接中子管阳极端，阳极高压模块的负极端接入离子源电路的阳极电流Ia采集端；离子源电路的灯丝电路连接中子管灯丝端；发生器高压控制电路内设置有控制芯片，发生器高压控制电路DA输出端连接线性电源模块控制输入端，线性电源模块输出端升压变压器中心抽头输入端，高压驱动电路PWM波输出端分别连接升压变压器输入端；升压变压器输出端连接倍压电路输入端。能够控制中子发生器保持高稳定性的中子产额输出。

【技术实现步骤摘要】
一种中子发生器中子产额控制系统及方法
本专利技术属于石油天然气钻探领域，涉及一种中子发生器中子产额控制系统及方法。
技术介绍
国内外放射性测井技术均朝着无源化绿色测井的趋势发展；通过D-T中子发生器产生的14MeV的快中子来代替Cs-137、Am-Be化学源，可实现热中子寿命、孔隙度、密度、地层元素的放射性全域测井。然而，D-T中子发生器因中子管寿命、高温工作环境等影响导致其产额波动较大，对其测量参数精度存在一定影响，主要影响机制包括：随着累计工作时间增加中子产额减少，中子管高温打火现象导致中子产额剧烈波动，高温环境下倍压短节的硅堆电容容值降低、绝缘材料绝缘性能降低导致其中子产额降低，因此需要对D-T中子发生器的中子产额进行控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种中子发生器中子产额控制系统及方法，能够控制中子发生器保持高稳定性的中子产额输出。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种中子发生器中子产额控制系统，包括中子管、倍压短节、线性电源模块、发生器高压控制电路、发生器高压驱动电路、离子源电路、阳极高压模块和升压变压器；倍压短节内设置有电阻，倍压短节靶压输出端接地和中子管靶压端，倍压短节靶压输出端连接发生器高压控制电路输入端；阳极高压模块高压输出端连接中子管阳极端，阳极高压模块的负极端接入离子源电路的阳极电流Ia采集端；离子源电路的灯丝电路连接中子管灯丝端；发生器高压控制电路内设置有控制芯片，发生器高压控制电路DA输出端连接线性电源模块控制输入端，线性电源模块输出端升压变压器中心抽头输入端，高压驱动电路PWM波输出端分别连接升压变压器输入端；升压变压器输出端连接倍压电路输入端。优选的，倍压短节内电阻的阻值为10±5％GΩ。优选的，控制芯片内嵌有ADC模块，ADC模块输入端连接倍压短节输出端，ADC模块输出端连接控制芯片输入端。优选的，控制芯片的型号为MC9S08DZ60。基于上述任意一项所述系统的中子发生器中子产额控制方法，在倍压短节内设置有电阻，倍压短节向中子管施加靶压，通过电阻将靶压信号分压至发生器高压控制电路的控制芯片，控制芯片通过接受到的靶压信号，计算出未调节的靶压值，再通过未调节的靶压计算出需要的控制信号值，将控制信号发送给线性电源模块，线性电源模块通过线圈调节倍压短节至目标靶压值。进一步，靶压分为多个周期进行调节，每个周期调节量为10-100mV，直至达到目标靶压值。再进一步，当进行下一个周期调节靶压前，控制芯片判断是否满足ΔVf<δVf，其中ΔVf为控制信号差异，δVf为反馈信号的允许误差，若满足则不需调节，间隔一个周期后继续判断，直至ΔVf≥δVf，则进入下一个周期循环。进一步，对对取整后，为调节靶压的次数，其中δVK为每个周期靶压的调节量。优选的，通过HV＝j(Vf)得到未调节的靶压值HV。优选的，倍压短节向中子管分步施加靶压，若步数达到，进行下一步，若步数不达到，继续施加靶压；施加靶压完成后，判断是否达到设定的靶压反馈间隔时间，若达到，则将靶压信号分压至发生器高压控制电路的控制芯片，若没有达到，则等待至达到设定的靶压反馈间隔时间。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述系统，通过在倍压短节内设置电阻，能够反馈得到靶压信号，并发送给发生器高压控制电路的控制芯片，通过控制芯片进行判断输出，控制线性电源模块，线性电源模块通过线圈调节倍压短节的靶压值，形成闭环反馈电路，实现了整个工作时间的控制，达到了高稳定性的可控源中子产额输出的技术指标。本专利技术所述方法，通过在倍压短节内设置一个电阻，由此反馈得到靶压信号，将该反馈信号送至控制芯片，控制芯片通过反馈信号判断和调节输出进而调节靶压，形成闭环反馈电路，实现了整个工作时间的控制，达到了高稳定性的可控源中子产额输出的技术指标。进一步，通过采用多个周期对靶压进行调节，可避免因随着累计工作时间增加中子产额减少，中子管高温打火现象导致中子产额剧烈波动，高温环境下倍压短节的硅堆电容容值降低、绝缘材料绝缘性能降低等导致其中子产额降低。可实现在井下高温作业环境中具有稳定的中子产额输出，为绿色放射性测井参数的高精度提供保证。附图说明图1为本专利技术的D-T中子发生器工作原理框图；图2为本专利技术的D-T中子发生器靶压控制流程框图；图3为本专利技术的靶压步数与控制信号Vk关系图；图4为本专利技术的靶压HV与反馈信号Vf关系图。其中：1-中子管；2-倍压短节；3-线性电源模块；4-发生器高压控制电路；5-发生器高压驱动电路；6-离子源电路；7-阳极高压。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：如图1所示，本专利技术所述的中子发生器中子产额控制系统，包括中子管1、倍压短节2、线性电源模块3、发生器高压控制电路4、发生器高压驱动电路5、离子源电路6、阳极高压模块7和升压变压器。倍压短节2内设置有一个耐压的约10GΩ的高阻电阻，发生器控制电路4DA输出端连接线性电源模块3控制输入端，线性电源模块3输出端连接升压升压变压器中心抽头输入端，高压驱动电路5PWM波输出端分别连接升压升压变压器输入端；升压升压变压器输出端连接倍压电路2输入端，倍压电路2靶压输出端连接地和中子管1靶压端；阳极高压模块7高压输出端连接中子管1阳极端，阳极高压模块7的负极端接入离子源电路6的阳极电流Ia采集端；离子源电路6的灯丝电路连接中子管灯丝端。倍压电路2的靶压输出端通过10GΩ的电阻反馈接入控制电路4的高测端。如图2所示，本专利技术所述的中子发生器中子产额控制方法包括以下步骤：1)为实现中子产额智能控制，在倍压短节2内设置一个耐压的高阻电阻，由此反馈得到靶压信号，将该反馈信号送至控制芯片，控制芯片通过反馈信号智能判断和调节DA输出进而调节靶压，形成闭环反馈电路。倍压短节2向中子管1分步施加靶压，若步数达到，进行下一步，若步数不达到，继续施加靶压。为实现中子产额智能控制，在倍压短节2内设置一个耐压的约10GΩ的高阻电阻，由此反馈得到靶压信号约为70-1000mV，将该反馈信号送至控制芯片，控制芯片通过反馈信号智能判断和调节DA输出进而调节靶压，形成闭环反馈电路。施加靶压完成后，判断是否达到设定的靶压反馈间隔时间，若达到，则将靶压信号分压至发生器高压控制电路4的控制芯片，若没有达到，则等待至达到设定的靶压反馈间隔时间。2)在一个调节周期内，靶压的反馈信号进入发生器发生器高压控制电路4芯片后，控制芯片计算出未调节的靶压及反馈信号的调节量，发生器高压控制电路4芯片进而得到并输出调节后的反馈信号，然后就实现了一个周期内的靶压调节。步骤2)中，在一个调节周期内，靶压的反馈信号Vf进入发生器发生器高压控制电路4后，控制芯片采用实验获得的函数j，表达式为HV＝j(Vf)计算出未调节的靶压HV，控制芯片采用实验获得的函数g，表达本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中子发生器中子产额控制系统，其特征在于，包括中子管(1)、倍压短节(2)、线性电源模块(3)、发生器高压控制电路(4)、发生器高压驱动电路(5)、离子源电路(6)、阳极高压模块(7)和升压变压器；/n倍压短节(2)内设置有电阻，倍压短节(2)靶压输出端接地和中子管(1)靶压端，倍压短节(2)靶压输出端连接发生器高压控制电路(4)输入端；阳极高压模块(7)高压输出端连接中子管(1)阳极端，阳极高压模块(7)的负极端接入离子源电路(6)的阳极电流Ia采集端；离子源电路(6)的灯丝电路连接中子管灯丝端；/n发生器高压控制电路(4)内设置有控制芯片，发生器高压控制电路(4)DA输出端连接线性电源模块(3)控制输入端，线性电源模块(3)输出端升压升压变压器中心抽头输入端，高压驱动电路(5)PWM波输出端分别连接升压升压变压器输入端；升压升压变压器输出端连接倍压电路(3)输入端。/n

【技术特征摘要】
1.一种中子发生器中子产额控制系统，其特征在于，包括中子管(1)、倍压短节(2)、线性电源模块(3)、发生器高压控制电路(4)、发生器高压驱动电路(5)、离子源电路(6)、阳极高压模块(7)和升压变压器；
倍压短节(2)内设置有电阻，倍压短节(2)靶压输出端接地和中子管(1)靶压端，倍压短节(2)靶压输出端连接发生器高压控制电路(4)输入端；阳极高压模块(7)高压输出端连接中子管(1)阳极端，阳极高压模块(7)的负极端接入离子源电路(6)的阳极电流Ia采集端；离子源电路(6)的灯丝电路连接中子管灯丝端；
发生器高压控制电路(4)内设置有控制芯片，发生器高压控制电路(4)DA输出端连接线性电源模块(3)控制输入端，线性电源模块(3)输出端升压升压变压器中心抽头输入端，高压驱动电路(5)PWM波输出端分别连接升压升压变压器输入端；升压升压变压器输出端连接倍压电路(3)输入端。


2.根据权利要求1所述的中子发生器中子产额控制系统，其特征在于，倍压短节(2)内电阻的阻值为10±5％GΩ。


3.根据权利要求1所述的中子发生器中子产额控制系统，其特征在于，控制芯片内嵌有ADC模块，ADC模块输入端连接倍压短节(2)输出端，ADC模块输出端连接控制芯片输入端。


4.根据权利要求1所述的中子发生器中子产额控制系统，其特征在于，控制芯片的型号为MC9S08DZ60。


5.基于权利要求1-4任意一项所述系统的中子发生器中子产额控制方法，其特征在于，倍压短节(2)向...

【专利技术属性】
技术研发人员：安旅行，陈辉，朱军，骆庆锋，陈绪涛，王珺，郭广鎏，宋森，范宇翔，袁晓波，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，中国石油集团测井有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11