本發(fā)明涉及信號(hào)采集技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)、方法及脈沖測(cè)量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

反應(yīng)堆核儀表系統(tǒng)主要用于連續(xù)監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆功率、功率變化等情況，測(cè)量范圍從反應(yīng)堆中子源水平啟動(dòng)到滿功率(或更高)運(yùn)行，一般需要在多個(gè)量程段使用不同的測(cè)量?jī)x表分段測(cè)量。在反應(yīng)堆啟動(dòng)階段，通常選擇計(jì)數(shù)管探測(cè)器配脈沖計(jì)數(shù)裝置測(cè)量反應(yīng)堆功率及其變化率。通常用最高線性計(jì)數(shù)率作為衡量脈沖測(cè)量系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。對(duì)于源區(qū)脈沖信號(hào)的測(cè)量?jī)x表，該指標(biāo)越高，其測(cè)量范圍越大，與核儀表系統(tǒng)中其他量程段的測(cè)量銜接性越好。

脈沖信號(hào)的測(cè)量原理通常有電壓靈敏型、電荷靈敏型和電流靈敏型的放大方法。其中，電流靈敏型的輸出脈沖的上升時(shí)間短、寬度窄且頻帶寬，可獲得較高的計(jì)數(shù)率，有利于與反應(yīng)堆在源量程段和中間量程段的量程銜接。

已有資料描述的電流靈敏型放大器其匹配的電纜長(zhǎng)度有限，通常用作前置放大器，上述不能單獨(dú)應(yīng)用于核探測(cè)器的信號(hào)測(cè)量。一旦儀器需要維修更換，維護(hù)人員需要進(jìn)入離堆芯較近的場(chǎng)所施工。該區(qū)域的輻射劑量較高，影響人員身體健康以及維修時(shí)間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)，該系統(tǒng)可對(duì)長(zhǎng)電纜輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行放大，且放大后的信號(hào)穩(wěn)定，能夠支持脈沖計(jì)數(shù)裝置穩(wěn)定對(duì)脈沖信號(hào)的穩(wěn)定測(cè)量，可應(yīng)用于核儀表系統(tǒng)以及其他需要長(zhǎng)電纜傳輸?shù)南到y(tǒng)中；本發(fā)明還提供了電流靈敏脈沖快放大方法以及基于電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)的脈沖測(cè)量系統(tǒng)。

本發(fā)明解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)，包括n級(jí)依次串聯(lián)的放大電路、與最后一級(jí)放大電路的輸出端相連的甄別電路，n為不小于3的自然數(shù)；所有放大電路均為電流靈敏放大電路；第一級(jí)放大電路包括運(yùn)算放大器U0、輸入電阻R0、反饋電阻R1；運(yùn)算放大器U0的一個(gè)輸入端接地或通過(guò)一個(gè)輸入電阻接地，另一個(gè)輸入端通過(guò)輸入電阻R0連接電纜；反饋電阻R1連接在運(yùn)算放大器U0的反相輸入端與輸出端之間；所述輸入電阻R0與電纜電阻匹配。前述輸入電阻R0與電纜電阻匹配是指匹配電阻R0阻值與所用電纜的特性阻抗值相近，以降低信號(hào)反射。在核測(cè)量領(lǐng)域中，由于測(cè)量對(duì)象信號(hào)微弱，直接引用通用的放大電路是不可能實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。在核測(cè)量領(lǐng)域常用的方法一是匹配較短的電纜進(jìn)行試驗(yàn)性質(zhì)的研究，不具備工程應(yīng)用條件；二是在探測(cè)器附近使用一個(gè)前置放大器，將信號(hào)放大后再通過(guò)長(zhǎng)電纜送到后續(xù)放大電路中，但是這種應(yīng)用中，探測(cè)器、前置放大器需要配合連接，相較于電纜直接連接探測(cè)器，前置放大器本身、前置放大器和探測(cè)器的連接都增加了故障的幾率，一旦前置放大器或者與其連接的儀器需要維修更換，維護(hù)人員需要進(jìn)入離堆芯較近的場(chǎng)所施工，該區(qū)域的輻射劑量較高，影響人員身體健康以及維修時(shí)間。而本技術(shù)方案中采用不小于3級(jí)依次串聯(lián)的放大電路對(duì)長(zhǎng)電纜輸出的信號(hào)進(jìn)行放大，不必在靠近堆芯的區(qū)域設(shè)置前置放大器，而是通過(guò)長(zhǎng)電纜直接連接探測(cè)器輸出信號(hào)，輸出的信號(hào)經(jīng)本技術(shù)方案中的電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)進(jìn)行放大，就提高了靠近堆芯區(qū)域的探測(cè)器連接可靠性；且放大電路采用電流靈敏放大電路，從而采用電流靈敏型快放大方法：在核測(cè)量領(lǐng)域，對(duì)脈沖信號(hào)在穩(wěn)定測(cè)量的前提下，希望得到更高的線性計(jì)數(shù)率，相比于電壓型與電荷型來(lái)說(shuō)，電流靈敏型在這方面的特性是最優(yōu)的。由于在核測(cè)量領(lǐng)域，該系統(tǒng)的測(cè)量對(duì)象信號(hào)幅度微弱，而系統(tǒng)放大倍數(shù)大于1000倍，需要多級(jí)放大才能穩(wěn)定地測(cè)量，因此本技術(shù)方案中設(shè)置至少3級(jí)放大電路，以充分滿足放大要求。電纜長(zhǎng)度越長(zhǎng)對(duì)信號(hào)的影響越大，包括噪聲以及降低信號(hào)頻率等方面的影響，影響了信號(hào)的穩(wěn)定測(cè)量以及計(jì)數(shù)率指標(biāo)，因此電纜長(zhǎng)度是制約脈沖測(cè)量系統(tǒng)工程應(yīng)用的重要因素，采用本技術(shù)方案中的電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)可以支持120m長(zhǎng)的電纜輸出信號(hào)的測(cè)量，滿足工程應(yīng)用的要求。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述輸入電阻R0與電纜之間還連接有隔直電容C1，用于阻止高壓信號(hào)流入信號(hào)輸入端。

進(jìn)一步，所述運(yùn)算放大器U0為低噪聲寬頻帶集成運(yùn)放，所述運(yùn)算放大器U0的帶寬不低于30MHz，并且輸入電壓噪聲不超過(guò)輸入電流噪聲不超過(guò)由于高計(jì)數(shù)率的頻率是MHz級(jí)別，運(yùn)算放大器U0的高頻帶是為保證實(shí)現(xiàn)高計(jì)數(shù)率的測(cè)量。由于本系統(tǒng)測(cè)量的信號(hào)很微弱，傳輸過(guò)程中的各環(huán)節(jié)噪聲對(duì)信號(hào)影響很大，運(yùn)放的噪聲指標(biāo)過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致信號(hào)不能測(cè)量；故本技術(shù)方案中，運(yùn)算放大器U0采用前述參數(shù)的低噪聲寬頻帶集成運(yùn)放。

進(jìn)一步，所述第一級(jí)放大電路還包括反饋電容C0，反饋電容C0與反饋電阻R1并聯(lián)。

進(jìn)一步，所述運(yùn)算放大器U0的同相輸入端接地或通過(guò)一個(gè)匹配電阻接地，反相輸入端通過(guò)輸入電阻R0連接電纜。

優(yōu)選的，n的值為3。

進(jìn)一步，n級(jí)放大電路的結(jié)構(gòu)相同，后一級(jí)放大電路的輸入端連接前一級(jí)放大電路的輸出端，最后一級(jí)放大電路的輸出端連接甄別電路的輸入端。

電流靈敏脈沖快放大方法，采用上述技術(shù)方案中的任一電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)對(duì)電纜輸出的信號(hào)進(jìn)行放大后再輸入脈沖計(jì)數(shù)裝置。

脈沖測(cè)量系統(tǒng)，包括探測(cè)器、放大裝置和脈沖計(jì)數(shù)裝置，所述探測(cè)器與放大裝置之間通過(guò)長(zhǎng)電纜連接，所述長(zhǎng)電纜的長(zhǎng)度小于或等于120m；所述放大裝置為上述技術(shù)方案中的任一所述的電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)，該電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)的輸出端連接脈沖計(jì)數(shù)裝置。

綜上，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明的電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)電纜輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行放大，且放大后的信號(hào)穩(wěn)定，能夠支持脈沖計(jì)數(shù)裝置穩(wěn)定對(duì)脈沖信號(hào)的穩(wěn)定測(cè)量，可應(yīng)用于核儀表系統(tǒng)以及其他需要長(zhǎng)電纜傳輸?shù)南到y(tǒng)中；

2、本發(fā)明適用于探測(cè)器輸出的100μV左右的脈沖信號(hào)，脈沖計(jì)數(shù)裝置能夠穩(wěn)定測(cè)量120m長(zhǎng)同軸電纜發(fā)送至的經(jīng)電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)放大后的脈沖信號(hào)，其最高線性計(jì)數(shù)率達(dá)到5×10⁵cps，支持的電纜長(zhǎng)度最長(zhǎng)可達(dá)120m。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是第一級(jí)放大電路的一個(gè)具體實(shí)施例的電路圖。

具體實(shí)施方式

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中電流靈敏型放大器通常用作前置放大器但是匹配的電纜長(zhǎng)度有限、不能應(yīng)用于需要較長(zhǎng)的傳輸電纜的系統(tǒng)中的問(wèn)題，本發(fā)明中采用多級(jí)放大電路加甄別電路對(duì)電纜輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行放大，并且每級(jí)放大電路均采用電流靈敏型的放大，第一級(jí)放大電路使用低噪聲寬頻帶特性的集成運(yùn)放，選擇合適的電阻匹配長(zhǎng)電纜，選擇反饋電阻調(diào)節(jié)第一級(jí)放大電路的增益，以此實(shí)現(xiàn)在連接長(zhǎng)電纜的條件下脈沖信號(hào)的快放大，便于脈沖計(jì)數(shù)裝置對(duì)脈沖信號(hào)的穩(wěn)定測(cè)量。下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地的詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，圖中的只是本發(fā)明應(yīng)用的一個(gè)示例，對(duì)本發(fā)明的原理沒(méi)有本質(zhì)性的約束。

實(shí)施例1：

如圖1所示，電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)，包括A₁～A_n共n級(jí)依次串聯(lián)的放大電路、與最后一級(jí)放大電路的輸出端相連的甄別電路，各級(jí)放大電路均為電流靈敏放大電路；脈沖信號(hào)經(jīng)各級(jí)放大電路放大后送入甄別電路C_z比較輸出。

如圖2所示，第一級(jí)放大電路包括一個(gè)運(yùn)算放大器U0、一個(gè)輸入電阻R0、一個(gè)反饋電阻R1和一個(gè)隔直電容C1。輸入電阻R0用于串接匹配探測(cè)器電纜，反饋電阻R1用于調(diào)節(jié)運(yùn)算放大器U0信號(hào)放大的倍數(shù)，隔直電容C1用于阻止高壓信號(hào)流入信號(hào)輸入端，因此：所述運(yùn)算放大器U0的同相輸入端接地(實(shí)際應(yīng)用中運(yùn)算放大器U0的同相輸入端也可以通過(guò)一個(gè)匹配電阻接地)，反相輸入端連接電阻R0，電阻R0與探測(cè)器電纜之間還連接有隔直電容C0；反饋電阻R1連接在運(yùn)算放大器U0的反相輸入端與輸出端之間。上述運(yùn)算放大器U0使用低噪聲寬頻帶特性的集成運(yùn)放，上述輸入電阻R0與電纜電阻匹配，即輸入電阻R0的阻值與電纜特性阻抗相近，以降低信號(hào)反射。第一級(jí)放大電路的輸入端即為輸入電阻R0與電纜相連的一端，輸出端即為運(yùn)算放大器U0的輸出端。

工作時(shí)，計(jì)數(shù)管探測(cè)器輸出脈沖信號(hào)，第一級(jí)放大電路中的運(yùn)算放大器U0的正端(同相輸入端)接地，負(fù)端(反向輸入端)“虛地”，電荷流過(guò)R1后形成電壓信號(hào)。集成運(yùn)放具有寬頻帶特性，信號(hào)直接作用在反饋電阻R1上，輸出脈沖信號(hào)的時(shí)間特性與輸入脈沖信號(hào)的基本相同，實(shí)現(xiàn)了第一級(jí)電路的脈沖快放大。

第一級(jí)電路放大后的信號(hào)再經(jīng)過(guò)后續(xù)的n-1級(jí)放大電路以及甄別電路輸出，最后甄別電路的輸出信號(hào)幅度為TTL電平，實(shí)現(xiàn)了電流靈敏脈沖快放大。

本實(shí)施例中，運(yùn)算放大器U0的帶寬不低于30MHz、輸入電壓噪聲在幾左右(不超過(guò))、輸入電流噪聲在幾十左右(不超過(guò))。由于信號(hào)微弱，且信號(hào)頻率高，選用寬頻帶的放大器因?yàn)樾盘?hào)頻率高要求放大器本身頻率特性要求，30MHz是根據(jù)測(cè)量指標(biāo)的要求，選用低噪聲放大器是為了降低噪聲對(duì)信號(hào)的影響，即提高信噪比。

本實(shí)施例中的n的值為3，實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)放大需要，n的取值也可以做微調(diào)，取不小于3的自然數(shù)即可。

輸入電阻R0、反饋電阻R1、隔直電容C1、反饋電容C0的取值可根據(jù)具體的使用需要設(shè)定參數(shù)，本實(shí)施例中以選用特性阻抗50歐姆的電纜為例，R0的阻值選取47歐姆，R1的阻值選取470歐姆，隔直電容C1選取0.33uF，反饋電容C0選取3pF。

電流靈敏脈沖快放大方法，采用上述的電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)對(duì)電纜輸出的信號(hào)進(jìn)行放大后再輸入脈沖計(jì)數(shù)裝置。

本實(shí)施例中的電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)和方法，能夠支持脈沖計(jì)數(shù)裝置穩(wěn)定對(duì)脈沖信號(hào)的穩(wěn)定測(cè)量，適用于探測(cè)器輸出的100μV左右的脈沖信號(hào)，脈沖計(jì)數(shù)裝置能夠穩(wěn)定測(cè)量120m長(zhǎng)同軸電纜發(fā)送至的經(jīng)電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)放大后的脈沖信號(hào)，其最高線性計(jì)數(shù)率達(dá)到5×10⁵cps(count per second，每秒的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù))，即每秒鐘計(jì)數(shù)5×10⁵個(gè)，可應(yīng)用于核儀表系統(tǒng)以及其他需要長(zhǎng)電纜傳輸?shù)南到y(tǒng)中。

實(shí)施例2：

在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，為了使運(yùn)算放大器U0輸出的信號(hào)更穩(wěn)定，避免造成相位滯后，所述第一級(jí)放大電路還包括反饋電容C0，反饋電容C0與反饋電阻R1并聯(lián)。在反饋電阻R1較小時(shí)，反饋電容C0的作用可忽略。具體地：本實(shí)施例中的電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)工作時(shí)，計(jì)數(shù)管探測(cè)器輸出脈沖信號(hào)，第一級(jí)放大電路中的運(yùn)算放大器U0的正端(同相輸入端)接地，負(fù)端(反相輸入端)“虛地”，電荷流過(guò)R1形成電壓信號(hào)。運(yùn)算放大器U0具有寬頻帶特性，反饋電容C0作用可忽略，信號(hào)不經(jīng)過(guò)積分，直接作用在反饋電阻R1上，輸出脈沖信號(hào)的時(shí)間特性與輸入脈沖信號(hào)的基本相同，實(shí)現(xiàn)了第一級(jí)電路的脈沖快放大。

實(shí)施例3：

在實(shí)施例1或?qū)嵤├?的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例中對(duì)電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)：

n級(jí)放大電路中，每級(jí)放大電路的結(jié)構(gòu)均相同，即第二級(jí)至第n級(jí)放大電路的結(jié)構(gòu)均與第一級(jí)放大電路的結(jié)構(gòu)相同，第二級(jí)放大電路的隔直電容連接第一級(jí)放大電路的運(yùn)算放大器的輸出端，第三級(jí)放大電路的隔直電容連接第二級(jí)放大電路的運(yùn)算放大器的輸出端，以此類推；第n級(jí)放大電路的輸出端連接甄別電路的輸入端。

本實(shí)施例中，甄別電路采用信號(hào)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域常用的甄別電路即可，為現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)施例中不再贅述其結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例4：

脈沖測(cè)量系統(tǒng)，包括探測(cè)器、放大裝置和脈沖計(jì)數(shù)裝置，所述探測(cè)器與放大裝置之間通過(guò)長(zhǎng)電纜連接，所述長(zhǎng)電纜的長(zhǎng)度為120m；所述放大裝置為實(shí)施例1或?qū)嵤├?或?qū)嵤├?中的電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)，該電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)的輸出端連接脈沖計(jì)數(shù)裝置。實(shí)際應(yīng)用中，所述長(zhǎng)電纜的長(zhǎng)度可以根據(jù)實(shí)際使用需要調(diào)整得更短，但其最長(zhǎng)長(zhǎng)度能夠達(dá)到120m，電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)都能對(duì)其輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行快速放大，得到穩(wěn)定的放大后脈沖信號(hào)，共脈沖計(jì)數(shù)裝置進(jìn)行技術(shù)。本實(shí)施例中的電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)中的電纜即本實(shí)施例中的長(zhǎng)電纜。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。