一种定时数据采集卡及核燃料富集度检测系统的制作方法

本实用新型涉及无损检测数据获取技术领域，具体涉及一种基于时间序列的多通道定时数据采集卡，以及一种包含所述基于时间序列的多通道定时数据采集卡的核燃料高速无源富集度检测系统。

背景技术：

核燃料棒是反应堆释放热量的单元体，是反应堆的核心部件；如果燃料棒内芯块235U富集度含量不均匀，燃料棒在反应堆内运行时会出现热点，从而引起燃料棒破裂，因此必须对生产的核燃料棒235U富集度及其均匀性进行100％的检测。

目前，通用的核燃料信号采集系统由探测器、核电子学仪器、数据采集卡等组成。数据采集卡是核信号采集的关键器件，核探测领域常用的是市场上主流的PCI数据采集卡，最多只有8路计数器，可实现8路信号的定时采集，对于超过8路探测器的核探测系统需要使用多块板卡协同工作，导致计算机资源消耗严重且时序上难以匹配；而且这些数据采集卡定时采集的数据需要及时传递给数据处理计算机，否则会导致新获取的数据覆盖老数据，造成数据丢失，这就对核探测系统数据处理计算机的实时处理能力提出了苛刻要求。

技术实现要素：

为了至少部分解决现有技术中存在的数据采集通道少，数据采集在时序上难以匹配，数据丢失的技术问题而完成了本实用新型。

解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型提供一种基于时间序列的多通道定时数据采集卡，所述数据采集卡包括定时采集模块：用于对传入的数据进行采集；运行控制模块：用于控制数据采集卡的整体运行，并控制定时采集模块采集的数据存入储存模块中；存储模块：用于按时间序列暂存定时采集模块采集的数据；以及通信端口：用于数据采集卡与终端的数据通信。

进一步的，所述定时采集模块包括FPGA(可编程逻辑器件，Field Programmable Gate Array)，所述FPGA用于接收来自传感器或检测装置的数据，并按时间序列对接收到的数据进行定时采集及暂存数据。

进一步的，所述FPGA中构建有多个计数器，用于数据采集卡多路输入通道的计数操作，每个计数器还配置有至少一个寄存器，用于暂存数据，所述FPGA中还设置有一个定时器，用于控制各个计数器定时暂存数据。

进一步的，所述运行控制模块通过ARM(精简指令集计算机微处理器，Advanced Reduced Instruction Set Computer Machine)实现，所述ARM用于完成数据采集卡整体的运行控制和数据保存工作，所述ARM内设置有计数器或定时器，用于对数据采集卡与终端通信的时间进行定时操作，使数据采集卡各路输入通道的计数值按时间序列存储、上传。

进一步的，所述存储模块包括SDRAM(同步动态随机存储器)，所述SDRAM的存储空间按使用功能分为三块区域，分别为ARM运行程序区域、通信控制区域及按时间序列存储采集数据的数据存储区域。

进一步的，所述SDRAM的数据存储区域细分为30个Block，每个Block能满足一次通信周期中最大数据量的要求，所述30个Block循环使用。

进一步的，所述通信端口通过PCI总线或千兆以太网与终端进行数据通信。

进一步的，所述数据采集卡的最大采样频率达到100MHz以上，能够有效地采集工作频率小于50MHz的脉冲信号，多路信号采集间没串扰；所述定时采集模块能够进行0.1ms采集时间的精确定时。

本实用新型还提供一种核燃料富集度检测系统，其包含上述定时数据采集卡。

有益效果：

本实用新型所述的基于时间序列的多通道定时数据采集卡通过PCI总线或千兆以太网与数据处理上位机进行数据交互，通过上位机设置定时时间后，数据采集卡按照定时间隔自动采集各信号源数据，并将采集数据按时间序列存储在数据存储器中，确保数据不丢失；同时数据处理计算机不再需要频繁与数据采集卡通讯读取数据，可以在空闲时通知数据采集卡上传按时间序列排序的采集数据，简化了系统方案设计；并且本实用新型所述的数据采集卡可实现最小0.1ms的精确定时，适用于有短间隔定时采集要求的领域，还能够高速有效地采集工作频率小于50MHz的脉冲信号，多路信号采集间没串扰，适用于多路高频信号同时采集的领域；综上，本实用新型所述的基于时间序列的多通道定时数据采集卡有效的解决了现有核燃料信号采集系统存在的问题，并具有良好的通用性。

附图说明

图1为本实用新型实施例的数据采集卡硬件结构框图；

图2为本实用新型实施例的SDRAM存储空间划分图；

图中：1-定时采集模块；2-运行控制模块；3-存储模块；4-通信端口。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1所示，本实施例中提供了一种基于时间序列的多通道定时数据采集卡，所述数据采集卡包括定时采集模块1：用于对传入的数据进行采集；运行控制模块2：用于控制数据采集卡的整体运行，并控制定时采集模块采集的数据存入储存模块中；存储模块3：用于按时间序列暂存定时采集模块采集的数据；以及通信端口4：用于数据采集卡与终端的数据通信。

在核燃料高速无源富集度检测中，用于定时采集探测器输出的核燃料棒自身或外部放射源发射射线信号，使用本实施例的数据采集卡可对该信号定时采集并将采集数据按时间序列存储在数据存储器内，待数据处理计算机空闲时将采集数据传输至计算机，确保计算机能准确获取ms级的定时采集数据，不会出现数据丢失和错位，采集过程稳定可靠。

进一步的，所述定时采集模块1包括FPGA，所述FPGA用于接收来自传感器或检测装置的数据，并按时间序列对接收到的数据进行定时采集及暂存数据。

定时采集模块1负责对数据采集卡输入信号进行定时计数，定时采集模块使用FPGA器件实现，所述FPGA具有定时、多路计数器采集、数据暂存、IO通信功能。

进一步的，所述FPGA中构建有多个计数器，用于数据采集卡多路输入通道的计数操作，每个计数器还配置有至少一个寄存器，用于暂存数据，所述FPGA中还设置有一个定时器，用于控制各个计数器定时暂存数据。

在本实施例中，数据采集卡在FPGA中构建64个32位计数器，用于数据采集卡64路输入通道的计数操作；在每个计数器的后面设置若干个32位的寄存器，用于暂存数据；FPGA中另外设置一个32位的定时器，用于控制计数定时时间，当到达计数定时时间时，FPGA迅速将64个计数器中的数据同时保存至计数器后面的寄存器中，并马上开始下一个计数定时时间内的计数操作；然后运行控制模块1控制将寄存器中的数据存储到存储模块3中。

当然，根据实际需求，所述的计数器可以采用64位或16位计数器，计算器的数量也可以是32个或其他数量，计数器后的寄存器也可以是64位或16位的寄存器，定时器也可以采用64位或16位的定时器，对此不作限定，通过设置多路计数器可以采集多路传感器信号，很好的解决了数据采集通道少的问题。

进一步的，所述运行控制模块2通过ARM实现，所述ARM用于完成数据采集卡整体的运行控制和数据保存工作，所述ARM内设置有计数器或定时器，用于对数据采集卡与终端通信的时间进行定时操作，使数据采集卡各路输入通道的计数值按时间序列存储、上传。

定时采集模块1将计数器中的数据保存至计数器后面的寄存器中后，通知ARM数据准备好，可以读取数据，ARM接收到数据准备好信号后，将定时采集模块1计数通道的数据读出，并将数据按通道序号和时间序列保存至存储模块3中相对应的区域中；ARM在读取数据后反馈给FPGA一个信号，表示已完成数据保存。

运行控制模块2负责接收数据，通过使用ARM实现；ARM主要完成数据采集卡整体的运行控制和数据保存工作，系统启动后，ARM首先将接收到的计数定时值发给FPGA，完成FPGA的初始化设置；ARM接收计算机的控制命令，直接控制FPGA中计数器的启动，停止和暂停等各项操作，并向计算机报告当前数据采集卡的运行状态，配合计算机的控制操作。同时ARM使用自身所带的计数器/定时器模块，对通信时间进行定时操作，以保证数据采集卡每个通道的计数值按时间序列存储、上传，不至于发生混乱。

进一步的，所述存储模块3包括SDRAM，所述SDRAM的存储空间按使用功能分为三块区域，分别为ARM运行程序区域、通信控制区域及按时间序列存储采集数据的数据存储区域。

存储模块3负责将数据采集卡中采集到的未被计算机及时读取的信号数据暂存在SDRAM中，本实用新型选用的SDRAM存储空间为2Mx32bit，为了能够在数据采集卡中能够保存最多的数据，提高SDRAM的空间的利用率，将SDRAM的存储空间按使用功能总共分为3块，SDRAM中区域的划分如图2所示：包括ARM运行程序区域、通信控制区域、数据存储区域。

进一步的，所述SDRAM的数据存储区域细分为30个Block，每个Block能满足一次通信周期中最大数据量的要求，所述30个Block循环使用。

所述数据存储区域的30个Block循环使用，确保所记录的数据不丢失。

进一步的，所述通信端口4通过PCI总线或千兆以太网与终端进行数据通信。

所述通信端口4负责数据采集卡基于PCI总线或千兆以太网的数据通信，使用ARM微控制器实现，可以通过选择自带PCI接口模块的ARM微控制器，直接实现PCI总线的通信，也可以通过在ARM微控制器内编入程序实现千兆以太网的网络通信。

进一步的，所述数据采集卡的最大采样频率达到100MHz以上，能够有效地采集工作频率小于50MHz的脉冲信号，多路信号采集间没有串扰；所述定时采集模块能够进行0.1ms采集时间的精确定时。

数据采集卡的FPGA采样频率可以达到100MHz以上，根据采样定理，数据采集卡能够高速有效地采集工作频率小于50MHz的脉冲信号，在定时采集模块1设置有抗干扰电路，使多路信号采集间没有串扰，并且所述定时采集模块1可以进行0.1ms采集时间的精确定时，使数据存储不丢失。

本实用新型还提供一种核燃料高速无源富集度检测系统，其包含上述多通道定时数据采集卡。

本实用新型的数据采集卡能实现高精度定时，包含所述多通道定时数据采集卡的核探测系统数据处理计算机能够轻松获取几十甚至上百路探测器的定时采集数据。

核燃料高速无源富集度检测装置数据采集使用了本实用新型中的多通道定时数据采集卡，工作过程如下：

核燃料高速无源富集度检测系统每个检测通道由多个探测器串联组成，探测器与多通道核电子学仪器输入端相连，多通道核电子学仪器输出端与本实用新型的数据采集卡输入端通过屏蔽电缆连接，本实用新型的数据采集卡输出端通过PCI总线或千兆以太网与数据处理计算机连接，IO端口通过电缆与PLC连接。

当燃料棒通过检测通道时，本实用新型的数据采集卡定时采集各探测器的输出信号，将采集信号传输给数据处理计算机，等到燃料棒完全通过检测体后，数据处理计算机对整根燃料棒数据进行分析处理，得到燃料棒的平均富集度、是否存在异常芯块等信息，确定燃料棒是否合格；整个检测过程通过本实用新型的IO端口与PLC进行交互，实现燃料棒上料、传输、数据采集、好料分选等全自动检测流程。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。