一种中子发生器中子产额控制系统及方法与流程

本发明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。
背景技术：
：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。技术实现要素：本发明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，本发明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，本发明具有以下有益效果：本发明所述系统，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。本发明所述方法，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为本发明的d-t中子发生器工作原理框图；图2为本发明的d-t中子发生器靶压控制流程框图；图3为本发明的靶压步数与控制信号vk关系图；图4为本发明的靶压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发明做进一步详细描述：如图1所示，本发明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，本发明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，表达式为hv＝g(vk)计算出未调节的控制信号vk，则反馈信号的差异δvf＝vf-j-1(hv)，控制信号差异为δvk＝vk-g-1(hv)其中hv、vf、vk为分别为靶压、反馈信号和控制信号的理想目标值，发生器高压控制电路4输出hvaf＝vk+δvk，对取整后，就得到了预计需要增加的次数，如图3所示：其中δvk为反馈信号的允许误差，即内控制信号的调节量分为三个区域就实现了一个周期内的靶压调节；3)在下一个周期前，靶压控制芯片需判断反馈信号即高测值计算的靶压是否在允许误差范围内，若满足则不需调节，间隔一个周期后继续判断，直至反馈信号在允许的误差范围内，则按照权利要求1中进入下一个周期循环；至此，实现了整个工作时间的智能控制。步骤3)中，在下一个周期前，靶压控制芯片需判断是否满足δvf<δvf，其中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t后继续判断，直至δvf≥δvf，则进入下一个周期循环；至此，实现了整个工作时间的智能控制。具体举例为，发生器高压控制电路4控制da输出0-5v的电压，da输出电压控制线性电源模块3输出约100v电压，将发生器驱动电路产生pwm波和约100v电压引入升压变压器产生约8kv交流电压，再进入倍压短节2模块得到约80kv的靶压，中子管1在离子源电路6、阳极高压7和靶压的作用下发射14mev快中子；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，其中每个周期内控制信号δvk为的调节量一般约为50mv，形成闭环反馈电路。adc模块主要实现高测值的测量，高测值为倍压短节2输出的靶压，控制芯片mc9s08dz60中内嵌12位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，adc模块满量程为0xfff，测量值计算公式为：其中vf和vh分别为5v高电平和0v低电平，vi为输入信号值，0xfff为16位进制数；对其输出精度进行测试，模拟输入1v，2v，3v，4v和5v，采样值经rs485反馈到控制芯片，测试结果如表1所示。表1ad测试误差输入电平rs485输出/采样电平误差1v0x030xde/990mv10mv2v0x070xbc/1980mv20mv3v0x0b0x9b/2971mv29mv4v0x0f0x7a/3962mv38mv5v0x130x5a/4954mv55mv通过实验得到靶压hv与反馈信号vf的响应关系，试验中发生器靶压步数从逐次增加，记录每个步数下发生器的反馈信号如图4所示。其线性关系良好，r2达到了99.92％。通过以上实施方式，实现了d-t中子发生器产额智能控制，其控制程序可有效的运行工作，对实际的靶压hv稳定控制误差在5％以内。以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。当前第1页12