電可控脈沖式中子發(fā)生器控制臺的制作方法
【專利說明】電可控脈沖式中子發(fā)生器控制臺
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于中子發(fā)生器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種脈沖式中子發(fā)生器控制臺。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]中子發(fā)生器中的中子管是目前中子源最熱門的技術(shù)，因其具有小型化、價格低、易普及等特點(diǎn)，而成為中子源中應(yīng)用最廣泛的一種。中子發(fā)生器具有廣泛的應(yīng)用前景，與普通同位素中子源相比，其中子產(chǎn)額高，能譜單色性好，且可以產(chǎn)生脈沖中子，不用時可以關(guān)斷，因而防護(hù)容易、存儲管理和運(yùn)輸方便。在中子照相、石油測井、煤質(zhì)分析和爆炸物及毒品檢測等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。中子發(fā)生器作為電控設(shè)備，其中子的產(chǎn)額、穩(wěn)定性以及中子發(fā)射方式直接受到中子發(fā)生器控制臺的控制。傳統(tǒng)的中子發(fā)生器控制臺由于使用機(jī)械電位器調(diào)節(jié)與控制，開機(jī)過程需要比較有經(jīng)驗的實驗人員調(diào)節(jié)，在正常運(yùn)行過程中由于電壓的波動、環(huán)境溫度的變化、中子管中反應(yīng)介質(zhì)的變化和中子管中靶膜及靶溫的變化，都會使中子產(chǎn)額產(chǎn)生變化，因此需要實時調(diào)節(jié)以使中子產(chǎn)額穩(wěn)定。中子發(fā)生器控制臺實際上就是要控制加在中子管上的三路電源，使中子管滿足產(chǎn)生中子的條件。中子管由于產(chǎn)生中子的條件比較復(fù)雜，而且存在大滯后環(huán)節(jié)，每次開機(jī)之后需要調(diào)節(jié)10分鐘左右的時間才能比較穩(wěn)定的產(chǎn)生中子，開機(jī)達(dá)到穩(wěn)定之后，在使用過程中隨時需要重新進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)才能保持中子產(chǎn)額穩(wěn)定，中子產(chǎn)額穩(wěn)定性會直接或間接影響到測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。另外由于在使用過程中存在放電等比較危險的情況，可能導(dǎo)致控制臺中的零部件損壞，仍然需要人工值守。針對上述問題，我們設(shè)計了一種脈沖式中子發(fā)生器控制臺，同時具有直流與脈沖模式。設(shè)計了基于LabVIEW的虛擬儀器(上位機(jī))，具有手動調(diào)節(jié)和自動控制兩種工作模式。合理的光電隔離技術(shù)與優(yōu)化的控制算法使中子發(fā)生器抗干擾性能力增強(qiáng)的同時，能夠更加安全穩(wěn)定的產(chǎn)生中子。自動控制的智能監(jiān)控設(shè)計使中子發(fā)生器在工作狀態(tài)中能夠自行對危險情況進(jìn)行及時處理，避免發(fā)生不必要的危險與損失。在進(jìn)行自動化控制之后，中子產(chǎn)額比原來手動調(diào)節(jié)的更加穩(wěn)定，在整個使用過程中不需要人工干預(yù)。最重要的是，中子發(fā)生器可工作在快-慢脈沖狀態(tài)，在快脈沖其間，中子發(fā)射用于檢測適合于快中子非彈性散射U，η ‘)的物質(zhì)，間隔用于檢測適合于慢中子輻射俘獲(n，g)的物質(zhì)，在慢脈沖過后檢測適合于中子活化的物質(zhì)。因此，中子發(fā)生器工作于脈沖模式可以使元素分析的精度進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服傳統(tǒng)中子發(fā)生器控制臺的不足，本發(fā)明提供一種基于DSP+CPLD架構(gòu)的電可控脈沖式中子發(fā)生器控制臺，該控制臺與傳統(tǒng)中子發(fā)生器控制臺相比有以下優(yōu)點(diǎn):
一、集成了中子發(fā)生器的直流和脈沖模式；二、采用DSP+CPLD構(gòu)架，可產(chǎn)生占空比、周期可調(diào)節(jié)的離子源觸發(fā)脈沖(單一脈沖、復(fù)合脈沖兩種模式)和多種同步脈沖(用于觸發(fā)中子源數(shù)據(jù)采集卡)；三、具有隔離取樣系統(tǒng)，實現(xiàn)對中子管儲存器、離子源、高壓源等強(qiáng)電信號的采樣；四、具有帶隔離的DA輸出模塊，實現(xiàn)對中子管儲存器、離子源、高壓源的安全控制與調(diào)解；五、具有計時功能，實現(xiàn)記錄設(shè)備使用時間、中子管運(yùn)行時間以及設(shè)備啟動和停止時間，便于對中子發(fā)生器的維護(hù)。六、設(shè)計了光電隔離式串行通信模塊，采用Modbus-RTU協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，保證了控制臺運(yùn)行的穩(wěn)定性；七、設(shè)計了基于LabVIEW的虛擬儀器作為上位機(jī)與控制臺通信，具備參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行監(jiān)控和故障診斷等人機(jī)交互功能，取代了觸摸屏，實現(xiàn)智能監(jiān)控的同時，節(jié)約了成本。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:該電可控脈沖式中子發(fā)生器控制臺由基于LabVIEW的虛擬儀器(上位機(jī))、基于DSP+CPLD構(gòu)架的核心控制模塊(主控制器)、光電隔離式串行通信模塊、DA輸出模塊、AD采集模塊、PffM模塊、時鐘模塊、數(shù)字量1模塊(實現(xiàn)離子源開關(guān)、加速級開關(guān)、連鎖開關(guān)等安全開關(guān)功能)、儲存器電源電路、離子源電源電路(帶有PffM變換器)和高壓加速電源電路組成。脈沖式中子發(fā)生器有三種工作模式:一、直流模式；二、單一脈沖模式；三、復(fù)合脈沖模式。直流模式下，離子源觸發(fā)脈沖為固定的高電平。單一脈沖模式下，離子源觸發(fā)脈沖為周期占空比可調(diào)節(jié)的PWM信號。復(fù)合脈沖模式下，離子源觸發(fā)脈沖為兩種PWM信號相與復(fù)合而成。該控制臺有兩種調(diào)節(jié)方式:一、手動調(diào)節(jié)；
二、自動控制。手動調(diào)節(jié)模式下其工作過程是，上位機(jī)通過串口線向控制臺發(fā)送功能碼，DSP通過命令解析調(diào)節(jié)DA輸出量，進(jìn)而控制三路電源輸出的電壓和電流值；同時，DSP通過控制AD實時采集三路電源的工作電壓和電流，并將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給上位機(jī)顯示；上位機(jī)通過串口線向控制臺發(fā)送功能碼，DSP通過命令解析調(diào)節(jié)離子源電源工作模式，即直流模式、單一脈沖及復(fù)合脈沖模式。自動控制模式下其工作工程是，主控板上的DSP根據(jù)控制目標(biāo)，通過DSP高速采樣各路電源參數(shù)，了解各路電源及整體工作情況，通過調(diào)整算法分時分步自動調(diào)節(jié)相應(yīng)參量的變化，其目標(biāo)是控制中子產(chǎn)額的穩(wěn)定。使用者只需開啟中子發(fā)生器，設(shè)定產(chǎn)生中子的電參數(shù)和時間參數(shù)即可。
[0007]本發(fā)明的有益效果是，提高了中子發(fā)生器的可靠性、安全性、調(diào)整精度和調(diào)整速度，減少了控制臺內(nèi)部的連線，增加了多路經(jīng)光藕隔離的AD采樣和1控制線，而且上位機(jī)可實時顯示各路電源參數(shù)值，中子發(fā)生器的中子產(chǎn)額穩(wěn)定性和中子脈沖波形的準(zhǔn)確性明顯提尚。
[0008]
【附圖說明】
[0009]附圖1是電可控脈沖式中子發(fā)生器控制臺的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]其中1.上位機(jī)(LabVIEW虛擬儀器)，2.串口通信模塊，3.DSP+CPLD控制核心模塊(主控制器)，4.DA輸出模塊，5.AD采集模塊，6.PffM模塊，7.時鐘模塊，8.光耦隔離模塊，9.儲存器電源，10.PffM靶壓變換器，11.離子源電源，12.高壓源電源，13.數(shù)字1模塊，
14.同步脈沖模塊，15.中子管取樣電路，16.中子源數(shù)據(jù)采集卡，17.離子源開關(guān)，18.加速極開關(guān)，19.連鎖開關(guān)。
[0011]附圖2是電可控脈沖式中子發(fā)生器離子源觸發(fā)脈沖及同步脈沖邏輯框圖。
[0012]其中1.脈沖一高電平寄存器，2.脈沖一低電平寄存器，3.觸發(fā)脈沖一，4.脈沖二高電平寄存器，5.脈沖二低電平寄存器，6.觸發(fā)脈沖二，7.與門，8.復(fù)合脈沖，9.高電平(VCC)a0.外部觸發(fā)，11.命令寄存器，12.多路選擇器，1