基于dsp的新型中子发生器控制台的制作方法
【专利说明】基于DSP的新型中子发生器控制台
[0001]
技术领域
[0002]本发明属于中子发生器技术领域，具体涉及一种新型中子发生器控制台。
【背景技术】
[0003]中子发生器中的中子管是目前中子源最热门的技术，因其具有小型化、价格低、易普及等特点，而成为中子源中应用最广泛的一种。中子发生器具有中子能量高、单色性好、可控制和使用安全的优点，其在石油测井、煤质分析和爆炸物及毒品检测等方面有着广泛的应用。中子发生器作为电控设备，其中子的产额和稳定性直接受到中子发生器控制台的影响。传统的中子发生器控制台由于使用机械电位器调节与控制，开机过程需要比较有经验的实验人员调节，在正常运行过程中也需要不定时调节以使中子产额稳定。中子发生器控制台实际上就是要控制加在中子管上的三路电源，使中子管满足产生中子的条件。中子管由于产生中子的条件比较复杂，而且存在大滞后环节，每次开机之后需要调节10分钟左右的时间才能比较稳定的产生中子，开机达到稳定之后，在使用过程中随时需要重新进行适当调节才能保持中子产额稳定，中子产额稳定性会直接或间接影响到实验数据的准确性和科学性。另外由于在使用过程中存在放电等比较危险的情况，可能导致控制台中的零部件损坏，仍然需要人工值守。针对上述问题，我们重新设计了控制台，将其改为以单片微控制器为核心的自动调整装置，控制目标值既可以由上位机设置，也可以在本机上设置(即本地设置)，对中子管三路电源的检测及控制信号的发送，均采用了光偶隔离技术。因此，新型控制台能够比较快的达到稳定状态，抗干扰性能和抗冲击性能明显增强。在工作中自动对危险状态进行快速处理，尽量避免较大的损失。最重要的是，在进行自动化控制之后，中子产额比原来手动调节的更加稳定，在整个使用过程中不需要人工干预。
【发明内容】
[0004]为了克服传统中子发生器控制台的不足，本发明提供一种基于DSP单片微控制器的新型中子发生器控制台，该控制台与传统中子发生器控制台相比有以下几点改进:一、用控制类DSP芯片为核心的主控板代替原来的机械电位器和指针式仪表，其处理速度、工作的稳定性和可靠性，均可满足自动控制模式的要求；二、增加了离子源电压、离子源电流、储存器电压、储存器电流、高压源电压和高压源电流的采样电路，便于主控芯片实时监测各路电源参数的变化；三、使用触摸屏代替原先的表头显示器，由于触摸屏与控制板仅通过一根串口连接，减少了控制台内部的连线，触摸屏实时显示AD采集的电压电流值，同时，触摸屏作为人机交互界面还可直接调控三路电源的输出，并与上位机保持必要的通信，也可完全取代上位机独立工作；四、系统中信号的采集和控制信号的发送，采用线性光偶进行隔离。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:该新型中子发生器控制台由触摸屏、基于DSP的主控板、DA输出模块、AD采集模块、储存器电源电路、离子源电源电路和高压加速电源电路组成。主控板上有两个串行通信接口，一个与触摸屏连接，另一个预留给上位机，接收上位机的指令和向上位机发送信息。通过对主控芯片的程序设计，新型中子发生器有三种工作模式:一、本地调节；二、上位机调节；三、自动控制。本地调节模式下其工作过程是，人工调节触摸屏上的触控按钮，触摸屏通过串口线向主控板发送调控命令，DSP芯片控制DA模块输出相应的控制量，进而使三路电源输出期望的电压值或电流值；同时，DSP芯片通过控制AD实时采集三路电源的工作电压和电流，主控板把采集的数据值通过串口发送给触摸屏显示。上位机调节模式是通过上位机的界面进行人工调节，调节指令通过串口由上位机实时发送给控制台的主控板，主控板把采集到的三路电源的电压、电流值及时回送上位机显示。自动控制模式下其工作工程是，主控板上的DSP根据控制目标，通过DSP高速采样各路电源参数，了解各路电源及整体工作情况，通过调整算法分时分步自动调节相应参量的变化，其目标是控制中子产额的稳定。控制目标既可以在本地设置，也可以通过上位机设置，并可以在控制台工作过程中随时修改和保存。使用者只需开启中子发生器，关闭中子发生器。
[0006]本发明的有益效果是，提高了中子发生器的调整精度和调整速度，减少了控制台内部的连线，降低了控制台的故障率，增加了多路AD采样，而且触摸屏可实时显示各路电源参数值，并可取代上位机直接调节控制台工作，中子发生器的中子产额稳定性明显提高。
【附图说明】
[0007]附图1是基于DSP的新型中子发生器控制台的结构示意图。其中1.触摸屏，2.串口线，3.主控板，4.DA输出模块，5.AD采集模块，6.储存器电源，7.离子源电源，8.高压加速电源，9.线性光偶，10.线性光偶。
[0008]下面结合附图对本发明进一步说明。
【具体实施方式】
[0009]本发明的新型中子发生器控制台是把触摸屏、主控板、AD转换器、DA转换器、线性光偶和三路电源全部集成在一个控制箱内，体积小，重量轻便于携带。参考图1，在本地调节和上位机调节模式下，首先选择人工调节，调节触摸屏1，通过串口线2向主控板3发送离子源调节命令，然后主控板3控制DA输出模块4输出相应的调节值，经过线性光偶9传输，进而使离子源电源7输出电压；当离子源电源7加上两千伏电压时，调节触摸屏1，通过串口线2向主控板3发送储存器电源6调节命令，然后主控板3控制DA输出模块4输出相应的调节值，经过线性光偶9传输，进而使储存器电源6输出电流；当储存器电源6加上一定电流时，等待加热丝升温加热，使储存器中的氘氚混合气体释出，在离子源电压作用下电离成氘氚离子；然后调节触摸屏1，通过串口线2向主控板3发送高压加速电源8调节命令，然后主控板3控制DA输出模块4输出相应的调节值，经过线性光偶9传输，进而使高压加速电源8输出负-120KV高压。同时，AD采集模块5经过线性光偶10，实时采集三路电源的电压和电流值，并通过主控板3发送到触摸屏I显示。在自动控制模式下，首先在本地或上位机输入控制目标，主控板3上的DSP执行控制程序，根据采集到的三路电源的电压、电流值与目标值的差异，产生对三路电源的控制信号输出，实现中子管三路电源的自动调节，直至达到预设的目标值，并保持其恒定。
[0010]最终，新型中子发生器控制台使中子产额的稳定性不大于2%，同时还能满足中子发生器长寿命的要求。
【主权项】
1.基于DSP的新型中子发生器控制台是由触摸屏、主控板、DA输出模块、AD采集模块、线性光偶隔离模块、储存器电源、离子源电源和高压加速电源构成，其特征是:中子发生器控制台是把触摸屏、主控板和三路电源等全部集成在一个机箱内。2.根据权利要求1所述的新型中子发生器控制台，其特征是:主控板以DSP为核心芯片，主控板有两个串行通信接口，一个与触摸屏连接，另一个预留给上位机，触摸屏和电脑上位机完全同步，二者可互相替代。3.根据权利要求1所述的新型中子发生器控制台，其特征是:主控板直接与DA输出模块和AD采集模块连接，并驱动DA输出模块输出相应控制量，这些控制量作为小信号控制储存器电源、离子源电源和高压加速电源由低到高的输出；同时，主控板控制AD采集模块实时采集储存器电源、离子源电源和高压源电源的电压电流值。4.根据权利要求1所述的新型中子发生器控制台，其特征是:在AD通道和DA通道上设置了线性光偶隔离模块，增强了中子发生器控制台的抗干扰性和抗冲击性。5.根据权利要求1所述的新型中子发生器控制台，其特征是:本控制台既可以实现自动调节与控制，又能实现手动调节，还能接受上位机的控制和调节，通用性强。
【专利摘要】本发明属于中子发生器技术领域，具体涉及用DSP实现一种新型中子发生器控制台。该新型中子发生器控制台由触摸屏、主控板、DA输出模块、AD采集模块、储存器电源、离子源电源和高压加速电源组成。触摸屏、主控板、DA输出模块和AD采集模块构成了对中子管三路电源的检测与控制并实时显示的核心部分。主控板采用DSP为核心的控制芯片，与触摸屏通信并控制DA输出和AD采样。触摸屏与主控板通过串口线通讯，并作为人机交互界面起到了触控输出和中子管三路电源参量显示的作用，可取代传统控制台所使用的机械电位器和指针式仪表。DA输出模块和AD采集模块采用高精度AD和DA芯片，通过线性光偶隔离，实现对中子管三路电源的快速采样和精确控制。使中子发生器产额的稳定性不大于2%，同时还能满足中子发生器长寿命的要求。
【IPC分类】G05B19/042, G06F3/041
【公开号】CN104950735
【申请号】CN201410116841
【发明人】乔双, 张洋
【申请人】东北师范大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2014年3月27日