一种定量分析自给能探测器自身绝缘电阻分流效应的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种定量分析自给能探测器自身绝缘电阻分流效应的方法及系统，设计步骤如下：根据探测器工作原理建立自给能探测器的电路模型；根据探测器几何结构与物理参数计算电路中各元件的具体参数；再根据自给能探测器在辐射场中的电流产生机理与电路模型建立矩阵形式的状态空间方程，并通过求解矩阵指数，建立自给能探测器系统的系统状态转移矩阵；根据系统的状态转移矩阵，分析探测器几何尺寸与物理参数等对绝缘电阻及其分流效应的影响。该方法可以定量计算不同结构及参数的自给能探测器绝缘层电阻的分流效应，并且能够准确计算电容电流随时间的变化，从而为探测器的设计及应用提供了指导。应用提供了指导。应用提供了指导。

【技术实现步骤摘要】
一种定量分析自给能探测器自身绝缘电阻分流效应的方法及系统


[0001]本专利技术属于中子探测
，具体涉及一种定量分析自给能探测器自身绝缘电阻分流效应的方法及系统。

技术介绍

[0002]自给能探测器由于其不需外加偏压、结构简单、体积小、全体固化、电子学设备简单等特性，目前已经成为监控反应堆运行状态、测量堆内辐照环境的主要设施。然而在实际的应用当中，自给能探测器的输出信号会受到多种因素的影响。其中，由不稳定核素衰变引起的延迟效应以及由电子在绝缘层沉积引起的空间电荷效应都已经有了充分的研究，而关于探测器自身绝缘电阻的分流效应的研究还比较少。实际堆内自给能探测器的应用结果表明，自给能探测器的绝缘电阻对输出电流有较大影响，自给能探测器自身绝缘电阻的分流效应会导致输出信号幅度变小。当自给能探测器自身绝缘电阻由于击穿、浸水等原因过低时，分流效应会导致探测器输出信号过小而失效。因此，必须定量地研究自给能探测器自身绝缘电阻的分流效应对输出电流的影响。
[0003]因此对于探测器的绝缘电阻，需要考虑以下几方面的技术问题：1)在设计探测器时，需要根据探测器结构参数定量地计算探测器绝缘电阻，确认所设计的结构能够满足绝缘要求；2)在设计测量电路以及评估自给能探测器的实际输出电流大小时，需要定量地计算探测器自身绝缘电阻的分流效应，给出自身绝缘电阻的电流分流占探测器原生电流的比例；3)自给能探测器绝缘层的电容效应需要被定量的研究，从而提高探测器的瞬时测量精度。
[0004]现有的分流效应计算方法，仅考虑探测器自身绝缘电阻的影响，忽略了探测器绝缘电容对信号波形的影响；并且在方法建立时，没有考虑到探测器结构对灵敏度的影响。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种定量分析自给能探测器自身绝缘电阻分流效应的方法及系统，以解决现有技术忽略了探测器绝缘电容对信号波形的影响以及未考虑探测器结构对灵敏度的影响的技术问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]本专利技术公开了一种定量分析自给能探测器自身绝缘电阻分流效应的方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：根据自给能探测器工作原理建立自给能探测器的电路模型；
[0009]步骤2：根据自给能探测器几何结构与物理参数计算步骤1建立的电路模型中各元件的具体参数；
[0010]步骤3：根据自给能探测器在辐射场中的电流产生机理与电路模型建立矩阵形式的状态空间方程，并通过求解矩阵指数，建立自给能探测器系统的状态转移矩阵，其中探测
器对辐射场的灵敏度通过SPNDSignal程序模拟计算得到；
[0011]步骤4：根据自给能探测器系统的状态转移矩阵，分析自给能探测器几何尺寸与物理参数对绝缘电阻及其分流效应的影响。
[0012]优选地，步骤1中，根据自给能探测器的工作原理建立电路模型并绘制电路图，根据电路图建立电容电压U(t)与探测器原生电流I(t)的微分方程(1)，并建立输出到测量电路电流I
in
(t)、探测器自身绝缘电阻分流I
R
(t)、电容电流I
C
(t)与电压U(t)的表达式(2)、表达式(3)与表达式(4)；
[0013]所述电路模型元件包括电流源、自给能探测器自身绝缘电阻、自给能探测器绝缘层电容以及信号读出电路的输入电阻；
[0014][0015][0016][0017]I
C
(t)＝I(t)
‑
I
in
(t)
‑
I
R
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0018]其中，R表示自给能探测器的绝缘电阻；R
in
表示信号读出电路的输入电阻；C表示自给能探测器的绝缘层电容；t表示时间；U(t)表示自给能探测器在自身绝缘电阻及电容上产生的电压；I(t)为t时刻探测器输出的探测电流，即探测器原生电流；I
in
(t)为输出到测量电路电流；I
C
(t)为电容电流。
[0019]进一步优选地，计算步骤1中的绝缘电阻与电容的物理参数，其中自给能探测器的绝缘电阻由表达式(5)确定，绝缘层电容由表达式(6)确定；
[0020][0021][0022]其中，ρ
ins
表示自给能探测器绝缘层的体电阻率；L表示自给能探测器的轴向长度；r
emi
表示自给能探测器的发射极外径；r
ins
表示自给能探测器的绝缘层外径；ε表示自给能探测器的绝缘层介电常数。
[0023]进一步优选地，步骤3中，根据自给能探测器材料在中子场中反应的物理过程画出其反应机制原理图，并建立自给能中子探测器中间核素数量N(t)关于中子通量密度φ(t)的微分方程组(7)，写出探测电流I(t)与各中间核素数量及中子通量密度φ(t)的表达式(8)；
[0024][0025][0026]其中，V表示探测器体积，i表示第i个中间核素，取值为1到m；j表示第j个中间核素，取值为1到m；m表示共有m个中间核素；β
ji
表示第i个中间核素与第j个中间核素的衰变关系系数，若j为i的母核，则β
ji
为1；若j与i相同，则β
ji
为
‑
1；若j与i不同且核素j不为核素i的母核，则β
ji
为0；∑
i
为在SPND内反应生成第i个中间核素的宏观截面；f
i
为SPND内产生第i个中间核素时产生瞬时电流的效率；j
i
为自给能中子探测器SPND内的第i个中间核素退激或衰变时的电流产生效率；λ
i
为第i个中间核素的衰变常数；λ
j
为第h个中间核素的衰变常数；N
i
(t)为第i个中间核素核子数目；N
j
(t)为第j个中间核素核子数目；φ(t)为t时刻中子通量密度；S为表示自给能探测器瞬态灵敏度，其中探测器对辐射场的灵敏度通过SPNDSignal程序模拟计算得到，将结构改变对探测器灵敏度的影响包含在计算中；
[0027]选取自给能探测器在自身绝缘电阻及电容上产生的电压U(t)及自给能中子探测器中间核素数量N(t)作为状态变量，将中子通量密度φ(t)选为控制变量，根据表达式(1)、表达式(7)与表达式(8)建立矩阵形式的探测器状态空间方程：
[0028][0029]其中，X(t)为系统的状态变量；A为系统的系数矩阵；B为控制矩阵；为状态变量的导数；所述各矩阵及变量如下所示：
[0030][0031]。
[0032][0033]更进一步优选地，所述自给能中子探测器中间核素为由自给能中子探测器发射体核素俘获中子后生成的不稳定核素，以及由生成的不稳定核素继续衰变或退激后生成的不稳定核素。
[0034]进一步优选地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种定量分析自给能探测器自身绝缘电阻分流效应的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据自给能探测器工作原理建立自给能探测器的电路模型；步骤2：根据自给能探测器几何结构与物理参数计算步骤1建立的电路模型中各元件的具体参数；步骤3：根据自给能探测器在辐射场中的电流产生机理与电路模型建立矩阵形式的状态空间方程，并通过求解矩阵指数，建立自给能探测器系统的状态转移矩阵，其中探测器对辐射场的灵敏度通过SPNDSignal程序模拟计算得到；步骤4：根据自给能探测器系统的状态转移矩阵，分析自给能探测器几何尺寸与物理参数对绝缘电阻及其分流效应的影响。2.根据权利要求1所述的定量分析自给能探测器自身绝缘电阻分流效应的方法，其特征在于，步骤1中，根据自给能探测器的工作原理建立电路模型并绘制电路图，根据电路图建立电容电压U(t)与探测器原生电流I(t)的微分方程(1)，并建立输出到测量电路电流I
in
(t)、探测器自身绝缘电阻分流I
R
(t)、电容电流I
C
(t)与电压U(t)的表达式(2)、表达式(3)与表达式(4)；所述电路模型元件包括电流源、自给能探测器自身绝缘电阻、自给能探测器绝缘层电容以及信号读出电路的输入电阻；容以及信号读出电路的输入电阻；容以及信号读出电路的输入电阻；I
C
(t)＝I(t)
‑
I
in
(t)
‑
I
R
(t) (4)其中，R表示自给能探测器的绝缘电阻；R
in
表示信号读出电路的输入电阻；C表示自给能探测器的绝缘层电容；t表示时间；U(t)表示自给能探测器在自身绝缘电阻及电容上产生的电压；I(t)为t时刻探测器输出的探测电流，即探测器原生电流；I
in
(t)为输出到测量电路电流；I
C
(t)为电容电流。3.根据权利要求2所述的定量分析自给能探测器自身绝缘电阻分流效应的方法，其特征在于，计算步骤1中的绝缘电阻与电容的物理参数，其中自给能探测器的绝缘电阻由表达式(5)确定，绝缘层电容由表达式(6)确定；式(5)确定，绝缘层电容由表达式(6)确定；其中，ρ
ins
表示自给能探测器绝缘层的体电阻率；L表示自给能探测器的轴向长度；r
emi
表示自给能探测器的发射极外径；r
ins
表示自给能探测器的绝缘层外径；ε表示自给能探测
器的绝缘层介电常数。4.根据权利要求2所述的定量分析自给能探测器自身绝缘电阻分流效应的方法，其特征在于，步骤3中，根据自给能探测器材料在中子场中反应的物理过程画出其反应机制原理图，并建立自给能中子探测器中间核素数量N(t)关于中子通量密度αφ(t)的微分方程组(7)，写出探测电流I(t)与各中间核素数量及中子通量密度αφ(t)的表达式(8)；(7)，写出探测电流I(t)与各中间核素数量及中子通量密度αφ(t)的表达式(8)；其中，V表示探测器体积，i表示第i个中间核素，取值为1到m；j表示第j个中间核素，取值为1到m；m表示共有m个中间核素；β
ji
表示第i个中间核素与第j个中间核素的衰变关系系数，若j为i的母核，则β
ji
为1；若j与i相同，则β
j...

【专利技术属性】
技术研发人员：张清民，刘时语，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：