反应堆核测系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种反应堆核测系统，包括探测器、放大模块、采样模块和处理模块；所述探测器用于在一预设电压下探测反应堆的粒子信号；所述放大模块用于放大所述粒子信号；所述采样模块用于以一采样频率采样所述粒子信号，并将所述粒子信号转化为数字信号，所述采样频率大于等于10MHz；所述处理模块用于对所述数字信号进行滤波整形，并提取滤波整形后的数字信号的电性参数，再根据所述电性参数计算所述反应堆的功率数据。本发明能够通过全数字化的方式从软件层面上计算反应堆的功率数据，大大减少了模拟器件的使用，消除了模拟器件控制精度低、动态响应慢、参数设定不方便、温度漂移严重及容易老化的缺陷，具有可靠性高和故障率低的优点。
【专利说明】
反应堆核测系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种基于高速采样技术的数字化的反应堆核测系统。
【背景技术】
[0002]反应堆核测系统是反应堆必不可少的系统之一，通过监测中子注量率来快速得到反应堆功率水平，从而向操作人员提供反应堆信息。然而，反应堆从启动到满功率运行，其核功率的动态变化范围达到11个数量级，具体为I O—9 %-200 %的额定功率，现有技术中很难使用一种探测器和电路来覆盖如此宽的量程。而常规的核测量系统通常采用三种不同的量程的8个独立测量通道来测量反应堆功率，S卩2个源量程通道、2个中间量程通道和4个功率量程通道，它们各自配备性能各异和测量范围不同的探测器。
[0003]在反应堆堆外核测量系统的8个独立测量通道中，每个通道均包括相互连接的中子探测器和由全模拟电路构成的处理电路，即该处理电路为全模拟化的硬件电路，而全模拟化的处理电路使得整个堆外核测量系统设计复杂、实现工艺困难，且模拟电路本身存在控制精度低、动态响应慢、参数设定不方便、温度漂移严重、容易老化等缺点。因此，现有技术中的反应堆核测系统亟待改进。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中反应堆核测系统测量反应堆的功率采用全模拟电路构成的处理电路导致的控制精度低、动态响应慢、参数设定不方便、温度漂移严重、容易老化等缺陷，提供一种反应堆核测系统。
[0005]本发明是通过下述技术方案解决上述技术问题的:
[0006]—种反应堆核测系统，其特点在于，包括探测器、放大模块、采样模块和处理模块；
[0007]所述探测器用于在一预设电压下探测反应堆的粒子信号；
[0008]所述放大模块用于放大所述粒子信号；
[0009]所述采样模块用于以一采样频率采样所述粒子信号，并将所述粒子信号转化为数字信号，所述采样频率大于等于1MHz (兆赫兹)；
[0010]所述处理模块用于对所述数字信号进行滤波整形，并提取滤波整形后的数字信号的电性参数，再根据所述电性参数计算所述反应堆的功率数据。
[0011]较佳地，所述电性参数包括所述数字信号的脉冲信息、所述数字信号的均方电压信息和所述数字信号的输出电流信息，所述处理模块还用于根据所述脉冲信息计算所述反应堆在第一功率量程的功率数据，根据所述均方电压信息计算所述反应堆在第二功率量程的功率数据，根据所述输出电流信息计算所述反应堆在第三功率量程的功率数据，所述第一功率量程小于所述第二功率量程，所述第二功率量程小于所述第二功率量程。
[0012]较佳地，所述采样模块包括一高速ADC(Analog to Digital Converter，模数转换器)芯片，所述处理模块包括一FPGA(Field — Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片。
[0013]较佳地，所述预设电压的范围为500v-3000v(伏)，和/或，所述采样频率的范围为10MHz-250MHz，和/或，所述放大模块的放大系数为103-104。
[0014]较佳地，所述反应堆核测系统还包括一开关量接收模块；
[0015]所述开关量接收模块用于接收一开关控制信号，并将所述开关控制信号发送至所述处理模块；
[0016]所述处理模块还用于在接收到所述开关控制信号后执行对所述反应堆核测系统的控制。
[0017]较佳地，所述反应堆核测系统还包括一故障检测模块；
[0018]所述故障检测模块用于检测所述FPGA芯片上每一节点的信号值，并在其中一节点的信号值与所述节点的信号预设值的差值大于一第一阈值时发出报警信号，所述信号值包括电压值和电流值。
[0019]较佳地，所述处理模块还用于判断所述功率数据是否超过所述功率数据对应的保护整定值，若是，发出停堆保护信号。
[0020]较佳地，所述反应堆核测系统还包括一输出模块，所述输出模块用于将所述功率数据转换为模拟量后输出，和/或，用于通过一总线将所述功率数据传输至外部设备。
[0021]较佳地，所述反应堆核测系统还包括一设置模块，所述设置模块用于设置所述放大模块的放大系数、所述采样频率、所述功率数据的影响因子以及所述第一阈值。
[0022]较佳地，所述反应堆核测系统还包括一检验模块，所述检验模块用于通过一信号发生器发送一标准检验信号至所述采样模块，并在所述处理模块处理的数字化的所述标准检验信号的结果与所述标准检验信号的差值大于一第二阈值时发出报警信号。
[0023]本发明的积极进步效果在于:本发明通过对粒子信号进行放大，利用高速采样技术和数字化处理技术，通过采用模块的采样操作和模数转换操作、以及处理模块的数字化处理操作，能够通过全数字化的方式从软件层面上计算反应堆的功率数据，大大减少了模拟器件的使用，消除了模拟器件控制精度低、动态响应慢、参数设定不方便、温度漂移严重及容易老化的缺陷，具有可靠性高和故障率低的优点。
【附图说明】
[0024]图1为本发明一实施例的反应堆核测系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
[0026]本实施例提供一种反应堆核测系统100，如图1所示，包括探测器1、放大模块2、采样模块3和处理模块4;
[0027]所述探测器I用于在一预设电压下探测反应堆的粒子信号；探测器可为中子探测器，如，正比计数管、裂变电离室、硼电离室等，提供的预设电压能够使得探测器工作在合理的坪曲线点上，而预设电压的范围可为500v-3000v，本实施例可通过一高压单元产生所述范围的高压来实现对探测器的供电，而该粒子信号可为反应堆内的中子信号。
[0028]所述放大模块2用于放大所述粒子信号;所述放大模块的放大系数为103-104，将探测器探测到的中子的波形信号进行放大，便于长距离传输，通常，放大的倍数为将微伏级的电压信号或微安级的电流信号放大为毫伏级的电压信号或毫安级的电流信号。
[0029]所述采样模块3用于以一采样频率采样所述粒子信号，并将所述粒子信号转化为数字信号，所述采样频率大于等于1MHz;优选地，所述采样频率的范围为10MHz-250MHz，所述采样模块包括一高速ADC芯片，以对放大的粒子信号进行高速采样。
[0030]所述处理模块4用于对所述数字信号进行滤波整形，并提取滤波整形后的数字信号的电性参数，再根据所述电性参数计算所述反应堆的功率数据。
[0031]所述处理模块4包括一FPGA芯片，以在该FPGA芯片的基础上从软件层面上实现对模数转换后的粒子信号进行数字化处理，所述电性参数包括所述数字信号的脉冲信息、所述数字信号的均方电压信息和所述数字信号的输出电流信息，所述处理模块还用于根据所述脉冲信息计算所述反应堆在第一功率量程的功率数据，根据所述均方电压信息计算所述反应堆在第二功率量程的功率数据，根据所述输出电流信息计算所述反应堆在第三功率量程的功率数据，所述第一功率量程小于所述第二功率量程，所述第二功率量程小于所述第二功率量程。
[0032]所述处理模块4还用于判断所述功率数据是否超过所述功率数据对应的保护整定值，若是，发出停堆保护信号。也即，处理模块通过逻辑运算的方式判断三种计算功率数据的方式所计算的功率数据是否超过该方式下对应的保护整定值，若是，则发出停堆保护信号。
[0033]反应堆的功率数据可包括反应堆的功率值、反应堆的功率变化率和反应堆的功率的轴向分布中的一项或多项，而脉冲信息可包括脉冲数和/或脉冲的幅度谱。计算反应堆在三个功率量程的功率数据，能够适用于多个不同种类的探测器所探测的反应堆的功率量程范围，从而覆盖更宽的反应堆的核功率的量程范围，以更可靠地测量反应堆的核功率的高数量级的动态变化范围。
[0034]所述反应堆核测系统还包括一开关量接收模块5;
[0035]所述开关量接收模块5用于接收一开关控制信号，并将所述开关控制信号发送至所述处理模块;该开关控制信号可来自于外部的保护系统或控制系统，而开关量接收模块可由一组光电隔离的数字转换组件构成，以满足整个测量系统抗干扰能力的要求。通过开关量接收模块的设置，能够实现与外部系统的交互和控制。
[0036]所述处理模块4还用于在接收到所述开关控制信号后执行对所述反应堆核测系统的控制，包括对原有的预设电压环境的开启或关闭，将该开关控制信号进行逻辑组合，以对系统内的输出模块、设置模块、故障检测模块、采样模块、检验模块等功能模块的开启或关闭，或者使该些功能模块执行相应的逻辑操作等，而这样的控制方式均在本发明的保护范围内。
[0037]所述反应堆核测系统还包括一故障检测模块6;
[0038]所述故障检测模块6用于检测所述FPGA芯片上每一节点的信号值，并在其中一节点的信号值与所述节点的信号预设值的差值大于一第一阈值时发出报警信号，以对本核测系统进行保护，所述信号值包括电压值和电流值。
[0039]所述反应堆核测系统还包括一输出模块7，所述输出模块7用于将所述功率数据转换为模拟量后输出，输出的结果可显示于一显示设备上；该输出模块还可输出接收的开关控制信号的处理结果，此时的输出单元则可由多个继电器控制电路组成，和/或，该输出模块还可通过一总线将所述功率数据传输至外部设备，从而与外部设备实现数据传输。
[0040]此外，所述反应堆核测系统还包括一设置模块8，所述设置模块8用于设置所述放大模块的放大系数、所述采样频率、所述功率数据的影响因子以及所述第一阈值。所述影响因子为提取的电性参数与计算获得的功率数据之间的影响参数，该影响参数可为一定值或变值。该设置模块可通过软件控制的方式实现对该些参数的设定和修改。
[0041]所述反应堆核测系统还包括一检验模块9，所述检验模块9用于通过一信号发生器发送一标准检验信号至所述采样模块，并在所述处理模块处理的数字化的所述标准检验信号的结果与所述标准检验信号的差值大于一第二阈值时发出报警信号。
[0042]在测试时，先设置所述放大模块的放大系数、所述采样频率、所述功率数据的影响因子、所述第一阈值和第二阈值。之后通过中子探测器采集反应堆的中子信号，再将该中子信号传送至高速ADC芯片进行采样和模数转换，并将转换后的数字信号传输至FPGA芯片进行数字化处理，FPGA芯片对数字化的中子信号进行滤波整形、脉冲提取、均方电压计算、输出电流计算、逻辑运算等步骤，从而计算反应堆的功率、功率变化率及功率的轴向分布。
[0043]本实施例涉及的硬件可为高速ADC芯片和FPGA芯片，在该些硬件的基础上实现软件处理，由于是数字化的软件处理，因此在该硬件的基础上还可集成坪曲线测量的功能模块。而在结构的设置上，可将采样模块和处理模块设于一体化机箱内，采样非插件模式，连接多种类型的中子探测器，从而减少备品备件数。
[0044]本实施例的系统相对于现有技术中采用的模拟电路所需的滤波成型电路、极零相消电路、阈值设置电路、符合电路等硬件电路而言，涉及的硬件较少，结构紧凑，增加了系统可靠性;且采用全数字化技术，最大可能的减少模拟器件，消除了原有的模拟电路存在的控制精度低、动态响应慢、温度漂移严重及容易老化等缺陷，还能通过软件的方式执行参数的设定和变参数调节，且通过多种安全检测方式，如故障检测模块、功率量程判断、检验模块，实现了对系统的安全检测，具有高可靠性、高稳定性、快速、电气隔离、通信隔离、自诊断等特点，完全满足了核安全级数字化软件平台的设计要求。
[0045]虽然以上描述了本发明的【具体实施方式】，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种反应堆核测系统，其特征在于，包括探测器、放大模块、采样模块和处理模块； 所述探测器用于在一预设电压下探测反应堆的粒子信号； 所述放大模块用于放大所述粒子信号； 所述采样模块用于以一采样频率采样所述粒子信号，并将所述粒子信号转化为数字信号，所述采样频率大于等于1MHz; 所述处理模块用于对所述数字信号进行滤波整形，并提取滤波整形后的数字信号的电性参数，再根据所述电性参数计算所述反应堆的功率数据。2.如权利要求1所述的反应堆核测系统，其特征在于，所述电性参数包括所述数字信号的脉冲信息、所述数字信号的均方电压信息和所述数字信号的输出电流信息，所述处理模块还用于根据所述脉冲信息计算所述反应堆在第一功率量程的功率数据，根据所述均方电压信息计算所述反应堆在第二功率量程的功率数据，根据所述输出电流信息计算所述反应堆在第三功率量程的功率数据，所述第一功率量程小于所述第二功率量程，所述第二功率量程小于所述第二功率量程。3.如权利要求1所述的反应堆核测系统，其特征在于，所述采样模块包括一高速ADC芯片，所述处理模块包括一 FPGA芯片。4.如权利要求1所述的反应堆核测系统，其特征在于，所述预设电压的范围为500v-3000v，和/或，所述采样频率的范围为10MHz-250MHz，和/或，所述放大模块的放大系数为13-1O405.如权利要求1所述的反应堆核测系统，其特征在于，所述反应堆核测系统还包括一开关量接收模块； 所述开关量接收模块用于接收一开关控制信号，并将所述开关控制信号发送至所述处理模块； 所述处理模块还用于在接收到所述开关控制信号后执行对所述反应堆核测系统的控制。6.如权利要求3所述的反应堆核测系统，其特征在于，所述反应堆核测系统还包括一故障检测模块； 所述故障检测模块用于检测所述FPGA芯片上每一节点的信号值，并在其中一节点的信号值与所述节点的信号预设值的差值大于一第一阈值时发出报警信号，所述信号值包括电压值和电流值。7.如权利要求2所述的反应堆核测系统，其特征在于，所述处理模块还用于判断所述功率数据是否超过所述功率数据对应的保护整定值，若是，发出停堆保护信号。8.如权利要求1所述的反应堆核测系统，其特征在于，所述反应堆核测系统还包括一输出模块，所述输出模块用于将所述功率数据转换为模拟量后输出，和/或，用于通过一总线将所述功率数据传输至外部设备。9.如权利要求6所述的反应堆核测系统，其特征在于，所述反应堆核测系统还包括一设置模块，所述设置模块用于设置所述放大模块的放大系数、所述采样频率、所述功率数据的影响因子以及所述第一阈值。10.如权利要求1-9中任意一项所述的反应堆核测系统，其特征在于，所述反应堆核测系统还包括一检验模块，所述检验模块用于通过一信号发生器发送一标准检验信号至所述采样模块，并在所述处理模块处理的数字化的所述标准检验信号的结果与所述标准检验信号的差值大于一第二阈值时发出报警信号。
【文档编号】G21C17/10GK106057259SQ201610256744
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】黄国庆, 赖伟, 严慧娟, 陈永忠
【申请人】中国科学院上海应用物理研究所