核电站堆芯核测系统使用的高性能信号处理模块的制作方法

本发明属于核电站仪控系统技术领域，具体涉及一种核电站堆芯核测系统使用的高性能信号处理模块。

背景技术：

秦山核电一厂堆芯核测系统中使用的BD-IMCH1034型处理模块负责将核电站堆芯核测系统中子探测器输出的通量信号(低水平)隔离放大后输出给电站计算机系统。电站运行二十多年间，该型信号处理模块曾数次出现故障，影响了堆芯核测系统的正常工作。为了避免堆芯核测系统出现测量故障，保证机组稳定运行，中核核电运行管理有限公司一厂技术处提出在保证功能不变的前提下，重新开发一款新型处理模块。新开发的处理模块具有性能稳定、精度高、抗干扰能力强等特点，大大提高了堆芯核测系统的安全性和可靠性，确保了电站的长期稳定运行。

技术实现要素：

本发明的目的是现有核电厂该类型信号处理模块故障频发，影响堆芯核测系统正常工作的问题，提供了一种核电站堆芯核测系统使用的高性能信号处理模块。

本发明是这样实现的：

一种核电站堆芯核测系统使用的高性能信号处理模块，包括差分负反馈放大电路、隔离运放模块、反向负反馈电路和滤波电路组成，外部供电电压为±15VDC，输出电压为0-10V直流电压信号；差分负反馈放大电路的输出端与隔离运放模块的输入端连接，隔离运放模块的输出端分别与滤波电路的输入端和反向负反馈电路的输入端连接，滤波电路的输出端与差分负反馈放大电路的输入端连接；差分负反馈放大电路用于将输入信号进行50倍放大；隔离运放电路用于将差分负反馈放大电路送入的信号进行隔离，隔离后的信号输入到反向负反馈电路中；反向负反馈电路用于对隔离后的信号进行放大；滤波电路用于对隔离模块转换后的±15VDC电源进行滤波，处理后的±15VDC用来为差分负反馈放大电路提供直流供电；

如上所述的差分负反馈放大电路，该电路的运算放大器使用的是精密运算放大器，其型号是OPA627BP，该型运放的输入偏置电流为1pA，差分输入阻抗达1013Ω，温漂为0.8μV/℃，偏置电压为0.1mV，运放有外部调零端，可以使用电位器来消除失调，能够提高放大器的输出精度；差分负反馈放大电路负责将输入信号精确放大50倍后输出给隔离运放电路，放大倍数通过调节滑变电阻器P1上2脚的位置来确定；

差分放器OPA627BP的差分输入端2脚和3脚之间将两个二极管D1和D2进行反接实现保护功能，D1和D2使用的二极管型号为BAS116；差分放器OPA627BP的3脚和2脚输入端分别串联保护电阻R1和R2，阻值为4.75k；运放OPA627BP的2脚与6脚并联跨接电阻R4和电容C3，R4的阻值为237k，C3的容值为0.1uF；差分放器OPA627BP的1脚和5脚之间连接滑变电阻器P1，P1的2脚与差分放器OPA627BP的7脚连接，通过移动P1上2脚的位置达到改变差分负反馈放大电路的放大倍数。

如上所述的隔离运放电路以隔离运放AD215BY为核心构成，该型运放的隔离电压达1500VAC，增益为单位增益，非线性精度为±0.005％，P6为调零电位器；该模块对输入信号进行1:1隔离输出，防止前后级电路之间的相互干扰；隔离运放电路外围器件连接是该AD215BY的固定连接，AD215BY的36脚连接电R9，R9的另一端连接到滑动变阻器P6的滑动端2脚上，P6是滑变电阻器，其3脚与板卡GND2的地端连接，P6的1脚与R8连接，R8的另一端连接板卡正端供电电源+15V，R9的阻值为1M，R8的阻值为100K，P6的阻值范围是0-10K。

如上所述的反向负反馈电路以精密运放OPA627BP为核心构成，运放OPA627BP的1脚和5脚之间跨接一滑变电阻器P2，通过调节P2的2脚的位置来调节运放OPA627BP的零点；运放OPA627BP的2脚输入端将滑变电阻器P3和电阻R5串联，通过调节P3的阻值可以调节电路的增益，P3的阻值范围为1-1K，R5的阻值为4.22K，运放OPA627BP的6脚为输出端，输出端串联三极管Q1，其型号为2N2219A，Q1的发射极E端为该反馈电路的输出端；运放OPA627BP的2脚与三极管2N2219A的发射极跨接滑变电阻器P4，P4的电阻范围为0-50K，精度为5％；P3和P4同时调节，可以使运放OPA627BP的增益放大为1-10倍不等，输出的电压为0～10VDC电压信号不等；运放OPA627BP的2脚与三极管Q1的发射极E端跨接极性电容C1，其容值为1.7uF和容值为0.01uF的电容C2，C1与C2为并联连接方式。

如上所述的滤波电路主要将隔离电路产生的±15V压电信号进行滤波处理，给差分负反馈放大电路提供稳定的直流供电；

滤波电路以BNX025H01型滤波模块F1和F2为核心构成，该模块负责将隔离模块U1进行DC-DC转换后输出的±15VDC电源进行滤波，处理后输出±15VDC用来为差分负反馈放大电路提供稳定的直流供电；

F1和F2的输入端分别为B端和PSG端，输出端分别是CB端和CG端；

F1和F2的输入端分别连接隔离模块产生的电压Viso+15V和Viso-15V，Viso+15V连接F1的B端，Viso-15V连接F2的B端，F1和F2的B端和PSG端之间分别跨接极性电容C6和C7，容值极为6.8uF，最高电压为50V，C6的正极连接到B端，C7的正极连接到PSG端；

F1的输出端CB分别连接560uH电感后将地GND1端并联极性电容C12和电容C14；F2的输出端CB分别连接560uH电感后将地GND1端并联极性电容C13和电容C15。

本发明的有益效果是：

本发明包括差分负反馈放大电路、隔离运放电路、反向负反馈电路和滤波电路。本发明具有电路形式简单，成本低、可靠性高的优点，大大提高了堆芯核测系统的安全性和可靠性，确保了电站的长期稳定运行。

附图说明

图1是本发明的一种核电站堆芯核测系统使用的高性能信号处理模块的结构原理图；

图2是本发明的一种核电站堆芯核测系统使用的高性能信号处理模块的差分负反馈放大电路的原理图；

图3是本发明的一种核电站堆芯核测系统使用的高性能信号处理模块的隔离运放电路的原理图；

图4是本发明的一种核电站堆芯核测系统使用的高性能信号处理模块的反向负反馈电路的原理图；

图5是本发明的一种核电站堆芯核测系统使用的高性能信号处理模块的滤波电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。

如图1所示，一种核电站堆芯核测系统使用的高性能信号处理模块，包括差分负反馈放大电路、隔离运放模块、反向负反馈电路和滤波电路组成，外部供电电压为±15VDC，输出电压为0-10V直流电压信号。差分负反馈放大电路的输出端与隔离运放模块的输入端连接，隔离运放模块的输出端分别与滤波电路的输入端和反向负反馈电路的输入端连接，滤波电路的输出端与差分负反馈放大电路的输入端连接。差分负反馈放大电路用于将输入信号进行50倍放大。隔离运放电路用于将差分负反馈放大电路送入的信号进行隔离，隔离后的信号输入到反向负反馈电路中。反向负反馈电路用于对隔离后的信号进行放大。滤波电路用于对隔离模块转换后的±15VDC电源进行滤波，处理后的±15VDC用来为差分负反馈放大电路提供直流供电。

如图2所示为差分负反馈放大电路，该电路的运算放大器使用的是精密运算放大器，其型号是OPA627BP，该型运放的输入偏置电流为1pA，差分输入阻抗达1013Ω，温漂为0.8μV/℃，偏置电压为0.1mV，运放有外部调零端，可以使用电位器来消除失调，能够提高放大器的输出精度。差分负反馈放大电路负责将输入信号精确放大50倍后输出给隔离运放电路，放大倍数通过调节滑变电阻器P1上2脚的位置来确定。

差分放器OPA627BP的差分输入端2脚和3脚之间将两个二极管D1和D2进行反接实现保护功能，D1和D2使用的二极管型号为BAS116。差分放器OPA627BP的3脚和2脚输入端分别串联保护电阻R1和R2，阻值为4.75k。运放OPA627BP的2脚与6脚并联跨接电阻R4和电容C3，R4的阻值为237k，C3的容值为0.1uF。差分放器OPA627BP的1脚和5脚之间连接滑变电阻器P1，P1的2脚与差分放器OPA627BP的7脚连接，通过移动P1上2脚的位置达到改变差分负反馈放大电路的放大倍数。

如图3所示为隔离运放电路，隔离运放电路不仅有隔离作用，而且会产生±15V的电压信号，该电压信号经过滤波后用以供给差分负反馈放大电路使用。

隔离运放电路以隔离运放AD215BY为核心构成，该型运放的隔离电压达1500VAC，增益为单位增益，非线性精度为±0.005％，P6为调零电位器。该模块对输入信号进行1:1隔离输出，防止前后级电路之间的相互干扰。隔离运放电路外围器件连接是该AD215BY的固定连接，AD215BY的36脚连接电R9，R9的另一端连接到滑动变阻器P6的滑动端2脚上，P6是滑变电阻器，其3脚与板卡GND2的地端连接，P6的1脚与R8连接，R8的另一端连接板卡正端供电电源+15V，R9的阻值为1M，R8的阻值为100K，P6的阻值范围是0-10K。

如图4所示为反向负反馈电路，反向负反馈电路以精密运放OPA627BP为核心构成，运放OPA627BP的1脚和5脚之间跨接一滑变电阻器P2，通过调节P2的2脚的位置来调节运放OPA627BP的零点。运放OPA627BP的2脚输入端将滑变电阻器P3和电阻R5串联，通过调节P3的阻值可以调节电路的增益，P3的阻值范围为1-1K，R5的阻值为4.22K，运放OPA627BP的6脚为输出端，输出端串联三极管Q1，其型号为2N2219A，Q1的发射极E端为该反馈电路的输出端。运放OPA627BP的2脚与三极管2N2219A的发射极跨接滑变电阻器P4，P4的电阻范围为0-50K，精度为5％。P3和P4同时调节，可以使运放OPA627BP的增益放大为1-10倍不等，输出的电压为0～10VDC电压信号不等。运放OPA627BP的2脚与三极管Q1的发射极E端跨接极性电容C1，其容值为1.7uF和容值为0.01uF的电容C2，C1与C2为并联连接方式。

如图5所示为滤波电路，滤波电路主要将隔离电路产生的±15V压电信号进行滤波处理，给差分负反馈放大电路提供稳定的直流供电。

滤波电路以BNX025H01型滤波模块F1和F2为核心构成，该模块负责将隔离模块U1进行DC-DC转换后输出的±15VDC电源进行滤波，处理后输出±15VDC用来为差分负反馈放大电路提供稳定的直流供电。

F1和F2的输入端分别为B端和PSG端，输出端分别是CB端和CG端。

F1和F2的输入端分别连接隔离模块产生的电压Viso+15V和Viso-15V，Viso+15V连接F1的B端，Viso-15V连接F2的B端，F1和F2的B端和PSG端之间分别跨接极性电容C6和C7，容值极为6.8uF，最高电压为50V，C6的正极连接到B端，C7的正极连接到PSG端。

F1的输出端CB分别连接560uH电感后将地GND1端并联极性电容C12和电容C14；F2的输出端CB分别连接560uH电感后将地GND1端并联极性电容C13和电容C15。

上面结合实施例对本发明的实施方法作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明说明书中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。