一种反应堆中子脉冲信号的预处理装置的制作方法

本发明涉及核工业领域，具体涉及一种反应堆中子脉冲信号的预处理装置。

背景技术：

中子脉冲信号的预处理装置是针对反应堆内部中子探测器的输出信号进行就地处理的一种装置，用于中子脉冲信号的甄别、整形和放大。该装置的信号处理结果用于远端核测设备的中子脉冲计数的采集。中子脉冲信号的监测是反应堆首次物理启动试验和运行期间获取动态参数的重要方式，具体用于中子计数监督和反应堆临界外推，这对于反应堆安全运行必不可少。中子脉冲信号的预处理装置是核测设备中的中子脉冲信号监测准确性的重要保障。

现有的中子脉冲信号预处理装置仅包括前置放大器，而用于中子脉冲信号甄别的脉冲主放大器和用于中子探测器工作的高压电源安装在远端核测设备中，中子脉冲信号在前置放大器与主放大器之间长距离传输容易受到噪声干扰，造成中子脉冲信号采集的失真。另外，现有中子脉冲信号预处理装置的控制参数设置是通过按键或者旋钮的方式完成的，缺乏可维护性和参数的稳定性。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种集成前置放大器、脉冲主放大器和高压电源为一体、具备智能调节控制参数的低噪声反应堆中子脉冲信号预处理装置，降低中子脉冲信号在传输过程中的干扰，提高装置的可维护性和稳定性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种反应堆中子脉冲信号的预处理装置，包括脉冲放大模块、参数调节模块、低压电源模块和高压电源模块；

中子探测器输出的脉冲信号经所述脉冲放大模块进行甄别、整形和放大预处理之后输入到远端脉冲信号采集设备；

所述参数调节模块分别输出控制参数给脉冲放大模块和高压电源模块连接，所述参数调节模块与远程控制系统连接，由远程控制系统实现控制参数的远程设置与调节；

所述低压电源模块由外部电源提供电源，且分别为脉冲放大模块、高压电源模块和参数调节模块提供工作电源；

所述高压电源模块为脉冲放大模块提供高压电源信号和高压镜像信号。

优选的，所述脉冲放大模块集成了前置放大组件和主放大组件，所述前置放大组件接收中子探测器输出的脉冲信号，经过隔离、放大和缓冲电路后送入主放大组件；所述主放大组件接收所述前置放大组件输出的信号经过积分/微分脉冲放大、基线恢复、幅度甄别、整形和缓冲电路后输入到远端脉冲信号采集设备。

优选的，所述脉冲放大器集成了前置放大组件和主放大组件，所述前置放大组件通过多层屏蔽同轴电缆直接与中子探测器连接，中子脉冲信号依次经过前置放大组件中的匹配隔离电路、两级放大电路、微分放大电路、缓冲电路输出到主放大组件；同时，所述高压电源模块输出的高压电源信号经过前置放大组件中的高压滤波电路去噪，然后通过同轴电缆加载在中子探测器作为其工作电源；所述前置放大组件中的放大电路的工作电源由所述低压电源模块提供；所述前置放大组件与主放大组件通过连接器直接对接。

优选的，所述主放大组件接收前置放大组件处理后的中子脉冲信号，然后经过主放大组件中的一级放大电路、极零相消电路、放大倍数可调电路、积分放大电路、调零电路、衰减电路和基线恢复电路，最后通过甄别比较电路处理，整形输出后传输到远端信号采集设备；所述参数调节模块和高压电源模块通过主放大组件分别输出高/低甄别阈和高压镜像信号到远端信号采集设备；所述主放大组件中电路工作电源由低压电源模块提供.

优选的，所述参数调节模块包括通讯接口组件和数控调节组件；

所述通讯接口组件通过总线协议和远程控制系统连接，实现远程控制信号的隔离缓冲；所述数控调节组件通过两片数字电位器芯片与通信接口组件相连，实现高压和甄别阈的数字命令信号转换为模拟信号的远程设置。

优选的，所述通讯接口组件包括信号连接器、降噪电路、隔离保护电路和输出缓冲电路；所述信号连接器接收远程控制系统输入的数字信号；之后远程输入的数字信号依次经过降噪电路、隔离保护电路和输出缓冲电路，将远程输入的数字信号转变成清晰无抖动的输出信号，并作为数控调节组件的输入信号。

优选的，所述数控调节组件包括两片数字电位器芯片、跟随电路和接线端子；经过通讯接口组件处理后的数字信号分别送入两片数字电位器芯片，当片选信号使能数字电位器芯片，输入的数字信号输入到芯片内的电位器寄存器中，用于设置片内电位器触点的位置，不同的触点位置代表了不同的远程设置，同时触点位置信息会存储到片内存储器中；根据片选信号的不同实现高压和甄别阈两类参数的转换，一片数字电位器输出高压模拟信号，另一片数字电位器输出甄别阈模拟信号；高压模拟信号和甄别阈模拟信号依次经过跟随电路、接线端子输出到高压电源模块控制端和脉冲放大模块甄别阈输入端；所述数字电位器的工作电源由低压电源模块提供。

优选的，所述信号连接器接收的数字信号包括时钟信号、输入信号、输出信号、高压片选信号、甄别阈片选信号和准备信号。

优选的，所述脉冲放大模块包括6路输入接口和5路输出接口，所述输入接口包括脉冲信号预处理接口、高甄别阈输入接口、低甄别阈输入接口、高压镜像信号输入接口、高压电源输入接口和低压电压电源输入接口；所述输出接口包括高甄别阈脉冲信号输出接口、低甄别阈脉冲信号输出接口、高压镜像信号输出接口、高甄别阈输出接口和低甄别阈输出接口。

优选的，该预处理装置中的所有输出信号汇集在脉冲放大模块输出到远端信号采集设备，实现了信号传输的集成化。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明用于对反应堆内部中子探测器的输出信号进行甄别、整形和放大，并传输给远端核测设备进行脉冲信号采集，以便用于中子计数监督和反应堆临界外推；本发明为反应堆核测设备提供一种新型中子脉冲信号预处理装置的能力。

2、本发明实现了中子脉冲信号预处理装置的模块化设计；实现了中子脉冲信号的集成化预处理：基于中子脉冲信号传输过程易受干扰的特点，采用脉冲前置放大器和主放大器集中就地配置的方法，实现脉冲信号甄别、整形和放大功能。脉冲放大模块集成了前置放大组件和主放大组件，它们之间的信号传输在模块内部实现。前置放大组件接收中子探测器输出的脉冲信号，经过隔离、放大和缓冲电路后送入主放大组件；主放大组件经过积分/微分脉冲放大、基线恢复、幅度甄别、整形和缓冲电路后输入到远端脉冲信号采集设备。

3、本发明实现了控制参数的智能化参数调节：基于数字电位器智能调节技术，参数调节模块采用spi总线接口的形式与远程控制系统连接，实现远程软件设置控制参数的功能。参数调节模块集成了spi通讯接口和数字电位器。spi通讯接口经过串口连接器接收远程控制系统输出的参数调节数字信号，并经过隔离缓冲芯片后送入两组数字电位器；两组数字电位器通过远程控制系统的编程把控制参数的数字信号转换为模拟信号，经过跟随电路缓冲隔离后分别输出给脉冲放大模块和高压电源模块。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为中子脉冲信号预处理装置工作原理图。

图2为脉冲放大模块原理图。

图3为参数调节模块原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

工作原理：中子脉冲信号预处理装置采用模块化的脉冲放大模块，把脉冲信号前置放大组件和主放大组件就近集成，实现脉冲信号的甄别、整形和放大等所有预处理功能，减少长距离传输脉冲信号造成的噪声干扰；构建独立的智能化参数调节模块，通过spi总线接口接收远程控制系统的参数设置，并利用数字电位器实现无按键数字信号调节脉冲放大甄别阈和中子探测器工作高压。

如图1所示，本实施例的中子脉冲信号预处理装置结构采用模块化和小型化设计技术，整体设计成一个具备输入输出接口的便携式机箱，内部结构根据不同功能分为四个相对独立的模块，分为脉冲放大模块、参数调节模块、低压电源模块和高压电源模块。每个模块都有独立的方形壳体保护，壳体表面都有相应的连接器，模块之间通过连接器之间的电缆进行信号连接。

中子脉冲信号预处理装置箱体有3路输入接口和5路输出接口。输入接口包括中子脉冲信号输入接口、参数调节信号输入接口和外部电源输入接口。中子脉冲信号输入接口与中子探测器相连，接收中子探测器输出的脉冲信号；参数调节信号输入接口与远程控制系统相连，接收参数调节的数字信号；箱外部电源输入接口与外部低压电源相连，接收外部电源供给。输出接口包括2路中子脉冲信号输出接口和3路模拟信号输出接口。中子脉冲信号输出接口与远端脉冲信号采集设备连接，发送经过甄别、整形和放大的高甄别阈脉冲信号和低甄别阈脉冲信号；模拟信号输出接口与远端模拟信号采集设备连接，发送脉冲放大模块的高甄别阈和低甄别阈信号，以及高压电源的镜像信号。

脉冲放大模块实现中子脉冲信号的预处理功能，包括6路输入接口和5路输出接口。输入接口包括脉冲信号预处理接口、高甄别阈输入接口、低甄别阈输入接口、高压镜像信号输入接口、高压电源输入接口和低压电源输入接口。输出接口包括高甄别阈脉冲信号输出接口、低甄别阈脉冲信号输出接口、高压镜像信号输出接口、高甄别阈输出接口、低甄别阈输出接口。

参数调节模块实现与远程控制系统的通讯，以及参数调节的数字信号转模拟信号功能，包括2路输入接口和2路输出接口。输入接口包括spi通讯接口和低压电源输入接口；输出接口包括高甄别阈输出接口、低甄别阈输出接口和高压控制信号输出接口。

高压电源模块实现低压模拟信号(0-5v)控制高压(0-1000v)输出的功能，包括2路输入接口和2路输出接口。输入接口包括高压控制信号输入接口、低压电源输入接口；输出接口包括高压电源输出接口和高压镜像(0-5v)信号输出接口。

低压电源模块为箱体内其它功能模块提供工作电源，包括1路输入接口和4路输出接口。输入接口为外部低压电源提供给箱体的工作电源；模块内部集成了电源滤波器、dc-dc电源模块和正负电压调节器，分别实现了电源降噪、数值变换和极性变换功能。

本实施例中，中子脉冲信号预处理装置的核心是脉冲信号的集成化预处理，在装置中设计为相对独立的脉冲放大模块，具体结构分为前置放大组件和主放大组件。其中，前置放大组件集成于一个独立屏蔽盒中，通过连接器安装在主放大组件电路板之上，并通过连接器与其它模块实现信号的输入输出，如图2所示。

前置放大组件通过多层屏蔽同轴电缆直接与中子探测器连接，中子脉冲信号经过阻抗匹配与隔离电路保持信号的有效性，随后利用两级三极管放大电路进行信号的输入保护，并通过微分整形后匹配阻抗输出到主放大组件；同时，高压电源模块输出的高压信号经过组件内置的高压滤波电路进行去噪处理，然后通过同轴电缆加载在中子探测器作为其工作电压；放大电路的工作电源由低压电源模块供给；前置放大组件与主放大组件通过连接器直接对接，消除了电缆传输信号带来的噪声干扰。

主放大组件接收前置放大组件处理后的中子脉冲信号，这些信号经过第一级放大电路，极零相消，放大倍数可调的放大电路，再通过积分、调零、衰减和基线恢复等功能电路，最后通过甄别比较电路处理，整形输出后传输到远端信号采集设备；参数调节模块和高压电源模块会通过主放大组件分别输出高/低甄别阈和高压镜像模拟信号到远端信号采集设备；组件内部电路工作电源由低压电源模块供给；整个预处理装置的所有输出信号汇集在主放大组件输出，通过输出缓冲、隔离和驱动电路后输出远端采集设备，实现了信号传输的集成化。

本实施例中，中子脉冲信号预处理装置控制参数调节采用数字电位器调节的方式，代替传统手动旋钮调试方式，在装置中设计为独立的参数调节模块，具体结构分为spi通讯接口组件和数控调节组件。两部分组件集成在一块电路板上，并通过外部壳体与其它模块连接，如图3所示。在另外的实施例中，也可采用其他通讯接口组件。

spi通讯接口组件通过spi总线协议与远程控制系统连接，实现远程控制信号的隔离缓冲功能。整个过程如下：按照spi总线协议规定，信号连接器接收远程控制系统输入的6路数字信号，包括时钟信号、输入信号、输出信号、高压片选信号、甄别阈片选信号和准备信号；远程输入的6路数字信号首先经过降噪电路处理，保证数字电位器输入信号的准确性，主要是利用电容、磁珠等器件的抑制信号线噪声功能来实现；其后经过隔离保护电路，确保外界误插入电源时起保护作用，主要是利用开关二极管的限幅和保护功能来实现；再次经过输出缓冲电路，将远程输入的缓慢输入信号转变成清晰无抖动的输出信号，并作为数字电位器的输入信号，主要利用施密特触发器的反相缓存器功能来实现。

数控调节组件通过两片数字电位器芯片与spi通讯接口组件相连，实现高压和甄别阈的数字命令信号转换为模拟信号的远程设置功能。整个过程如下：经过spi通讯接口组件的隔离缓冲处理后，6路数字信号分别送入两片数字电位器芯片，当片选信号使能数字电位器芯片，输入的24位数字信号通过编程的方式输入到芯片内的电位器寄存器中，用于设置片内电位器触点的位置，不同的触点位置代表了不同的远程设置，同时触点位置信息会存储在片内存储器中，用于装置重新加电后加载触点位置信息；根据片选信号的不同实现高压和甄别阈两类参数的转换，第一数字电位器输出1路高压模拟信号，第二数字电位器输出高甄别阈和低甄别阈模拟信号；3路模拟信号利用电压跟随器作为中间级，隔离输入输出信号的互相影响，跟随电路输出端通过接线端子分别输出到高压电源模块控制端和脉冲放大模块甄别阈输入端；另外，数字电位器的工作电源由低压电源模块供给。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。