反应堆保护装置校验设备设计

为了实现反应堆保护装置各功能单元的快速、自动化功能校验,设计反应堆保护装置校验设备。该设备通过基于现场可编程阵列逻辑(FPGA)的脉冲信号输出电路配合高速采集卡采样频率和缓冲区数据计数的方法,实现定值单元自检接口的测试;通过基于高精度恒压源、电压反馈、电流反馈模块的输出电路实现对高精度毫伏信号的模拟;通过故障定位专家系统实现对各功能单元的智能化故障定位。各项测试和试验结果表明,各项技术指标满足用户规定的要求。     

一种基于电荷信号的远程在线自检单元的设计与应用

设计一种基于电荷信号的远程在线自检单元,为安装于核电厂反应堆厂房的松脱部件监测系统（LPMS）的一次仪表提供快速有效的远程在线自检方法。介绍了该远程在线自检单元的设计原理和方法、硬件设计与实现,以及软件流程设计。对远程在线自检单元进行了实验室测试,测试结果表明,在空载输出5 V低电压工作条件下可满足250 m的远程在线自检要求,同时对集成了该远程在线自检单元的国产化LPMS样机进行了鉴定试验,试验结果验证其满足工程应用环境。集成了远程在线自检单元的2套国产化LPMS产品已在巴基斯坦的恰希玛核电厂C-3/C-4机组进行了成功应用,以低成本和高效率实现了反应堆装料运行期间LPMS一次仪表的在线检测。      

塑闪单元条测试系统标定触发电路设计

为记录和分析塑闪阵列探测器(PSD)中塑闪单元条的有效输出信号,设计一款针对PSD塑闪单元条的标定触发电路。该触发电路由时间检出单元和逻辑触发单元组成,使用三路模拟电路实现对三路探测器的精确时间检出。通过现场可编程门阵列(FPGA)进行逻辑符合统计结果,并与上位机通信实现对定时电路的控制,可通过上位机配置阈值和设置符合通道。测试结果表明:该标定触发电路工作性能稳定,计数率高,通道一致性好,能够灵活配置逻辑,可满足使用要求。     

高分辨粉末衍射仪数据采集系统研制

介绍了中国先进研究堆(CARR)旁高分辨粉末衍射仪数据采集系统的整体设计和硬件组成,阐述了各单元电路的结构和设计。加载输入信号对电路进行了调试,测试了电路的各项性能,测试结果满足设计要求。从探测器、前置放大器、主放大器、甄别器、计数卡到计算机的整个系统,实现了对信号的获取、放大、滤波成形、甄别、定标计数和存储全过程,多达65路的数据采集系统已研制成功。     

瞬态微弱信号输出稳定性分析

本文分析了在辐射探测瞬态微弱信号获取中,系统输出不稳定的原因,并通过改变放大电路中的反馈网络结构,利用频域特性,采用最佳相位补偿的方法实现微弱信号稳定放大输出。最后利用CZT探测器在低能γ射线的辐射探测系统中验证测试,实验表明,辐射脉冲信号调理系统通过增加稳定性措施后,可有效提高CZT探测器对~(241)Am源的能量分辨率。     

ITER软X射线检测系统及其电磁兼容设计

国际热核聚变实验反应堆是世界上在建的最大的磁约束聚变装置托克马克装置,通过对其中软X射线的测量,可实现等离子体辐射对锯齿、色骨模等磁流体现象的物理研究和成像反演。软X射线诊断系统就是用来检测软X射线的设备。由于热核聚变时恶劣电磁环境及远距离传输,在设计信号检测系统时必须进行电磁兼容设计,以降低系统噪声、提高检测精度。本文中使用的检测电路采用差分结构实现电流信号到电压信号的转换,重点研究检测电路的实现及其电磁兼容设计。从电磁抗干扰的三要素出发,结合实验测试,针对电磁干扰的特殊性,讨论了滤波电路设计、印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)走线、电磁屏蔽及信号接地在系统中实现。本文采用32通道板卡集成设计;信号增益提高至107 V?A-1;放大器带宽达到120 k Hz。通过测试结果可以看出,信号噪声降至8 mV。通过优化设计提高了检测电路的集成度和放大电路的增益及带宽,同时降低了检测电路的噪声。     

一种仿核脉冲随机信号发生器的设计与实现

针对模拟核信号发生装置的研究,本文提出了一种高精度、高灵活度的信号发生器的研制思路。利用Matlab可以便携地实现核信号的数字模拟,保证核脉冲信号的时间特性、幅度特性和脉冲形状特性。由Lab VIEW设计的上位机软件可以提供较好交互方式,便于灵活地调节发生器的各项参数,并进行相应的谱数据分析及显示。硬件电路主要由MCU、FPGA、SRAM、10 bit高速DAC、低通滤波及放大电路构成。初步的测试结果表明:该信号发生器满足核信号在时间间隔和幅值的随机分布特性,能量范围及计数率可调,谱数据的统计分析,高精度的信号输出,为仿核信号发生器的研制与改进提供了思路。     

核电厂安全级主泵转速测量装置健壮性设计

目前核电现场使用的安全级主泵转速测量装置均反馈出现了不同类型的故障现象,严重影响核电厂的安全稳定运行。文章针对该问题,从信号产生、信号传输、信号处理和信号输出四个方面层层解析,提出了一种核电厂安全级主泵转速测量装置的健壮性设计。并通过试验验证表明,相对于传统的测量设备,该设计具备高精度、高可靠和高鲁棒性的特点,能够较好的满足核电厂主泵转速测量的需求。     

基于碳化硅探测器的前端信号调理电路设计

碳化硅探测器能够在高温、高辐射强度下稳定工作,适用于核辐射探测。碳化硅探测器输出端连接前端信号调理电路,能够放大碳化硅探测器输出的微弱信号,从而使后端设备采集到准确的数据。设计了前端信号调理电路,包括电荷灵敏前置放大电路和脉冲成形主放大电路,重点分析了影响电荷灵敏前置放大电路变换增益、上升时间、噪声等性能指标的影响因素,采用阻容反馈、极零相消、有源滤波成形等设计提升电路的整体性能。实验室仿核脉冲测试及²⁴¹ Am中子源辐照测试表明,该电路可用于碳化硅探测器的核辐射测量。     

反应堆安全壳超声波无线通信技术研究

为解决传统的无线传感信号无法实现反应堆安全壳内外的信息传输问题,研究设计了通过超声波将无线信号传输到安全壳外的超声通信系统。超声通信系统的发射单元将信号加载于40 kHz的超声波上,超声通信单元将接收到的信号通过超声换能器穿过安全壳传输到接收单元,接收单元通过三级放大、检波、滤波、比较电路,最终实现信号由安全壳内到安全壳外的传输。系统在模拟安全壳工况下试验,试验结果表明:信号能够低功耗、稳定传输,且误码率低于10~(-6)。     

宽量程中子通量密度测量数字化处理系统设计

实时准确地测量反应堆的中子通量变化状况,对于确保反应堆的安全运行有着重要意义。基于模拟测量系统存在的一些不足,设计一种数字化的宽量程裂变室输出信号处理系统。该数字化信号处理系统将裂变室的脉冲和坎贝尔两种工作模式相结合,利用高速ADC对裂变室输出脉冲信号数字化,在FPGA中运用数字信号处理算法实现两种工作模式的信号处理,并仿真了裂变室的输出脉冲信号导入任意波形信号发生器模拟中子信号源,用于对处理算法的初步验证。测试结果表明数字化处理系统线性度和性能良好。     

反应堆专用仪控设备的EMC设计

为执行对反应堆专用仪控设备进行EMC测试的相关规定,针对仪控设备中微弱电流信号数字化处理电路,从电路板设计、电缆接插件接口设计、软件设计等多个方面,进行了高频传导抗扰度和浪涌抗扰度测试的EMC设计。通过在设备研制过程的各个环节中增加EMC设计,提高了高频传导抗扰度测试和浪涌抗扰度测试的通过率,大大缩短产品的开发周期。     

微型X射线管灯丝电源的研制

根据微型X射线管的特点,设计了基于推挽电路和闭环反馈电路的灯丝驱动电源。采用了UCC3808脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)控制芯片产生两路相位相反的PWM信号,并经由UCC37324金属氧化物半导体(Metal-Oxide-Semiconductor,MOS)管大电流驱动器提高驱动效率,实现推挽结构的后端驱动电路。闭环反馈电路的设计采用精密电阻将管电流的信号转换为等比例的电压信号引入到反馈环节,通过系统自身的闭环控制实现管电流的恒定,并保持高效率和低功耗。实验首先通过外接1.5?的功率电阻测量系统功率,测得输入功率为11 W,效率超过80%,符合灯丝电源的功耗指标要求;然后连接实际的X光管灯丝,经测试可正常工作,管流稳定度为0.227%。     

共面栅碲锌镉探测器读出电路设计及性能研究

为有效读出共面栅碲锌镉(CPG-CZT)探测器的核脉冲信号,本文结合CPG-CZT探测器工作原理及国内外研究,设计了可用于CPG-CZT探测器的读出电路,主要包括高压偏置电路、前置放大电路、增益调节及减法电路。为研究读出电路性能,本文测试了各单元电路的性能及探测系统能量分辨率随偏置电压、增益调节电路中两路信号的相对增益G的变化规律。结果表明：高压偏置电路两路输出偏压与输入偏置电压的相关系数R²均为0.998;前置放大电路输出噪声为5 mV;增益调节及减法电路输出信号噪声为10 mV;输入偏置电压、相对增益G的变化均会影响探测系统能量分辨率,当偏置电压为-1650 V、相对增益G为0.7时对¹³⁷Cs源产生的γ射线能量分辨率最佳,可达3.65%,且无明显拖尾现象。     

反应堆控制保护系统监测参数校准

如何开展反应堆控制保护系统测量设备的现场校准工作,特别是核测系统的2个非标设备-功率测量保护装置和周期测量保护装置,输入信号跨8个数量级,输出周期信号又按非线性刻度。由于信号在测量、转换和传输过程中引入的误差,使得同一个信号在保护系统和计算机系统的显示值不一致。作者根据研究堆调试阶段核测设备校准的经验,提出了核测系统测量设备的校准方法。核测功保输出的预报警信号向保护系统测量结果修正,这样能保证预报警触发信号与保护触发信号之比为1.05∶1.1的关系。保护系统校准周期保护触发动作点,保证堆功率增长周期为10 s时保护系统送出事故信号。校准结果不仅满足了保护系统触发精度的要求,也使同一个监测参数在不同位置的示值较为一致。     

ITER软X射线诊断放大器远程监控系统设计

为便于国际热核聚变实验反应堆(ITER)软X射线诊断放大器的操作和维护,设计了基于CCS系统软件框架和PLC控制系统的软X射线诊断放大器远程监控系统。所设计监控系统可以实现对放大器进行增益控制、自检测、状态监控以及信号反馈等。通过在实验室对放大器的测试,验证了远程监控系统的可行性。     

基于USB接口的多通道准高斯型脉冲信号发生器设计

设计了一种基于USB接口可编程的16通道准高斯型脉冲信号发生器。利用高速模拟开关电路产生模拟脉冲信号,DAC用于调节脉冲信号的幅度,RC网络以及运算放大器组成的成形电路决定脉冲信号的前后沿变时间,通过FPGA来编程控制模拟开关的通断和DAC的输出,利用USB接口实现PC机的通信和控制,最终输出16通道的准高斯信号。经测试,实现了预期的功能和要求,输出脉冲幅度大小可调,且各通道输出一致性很好,其积分非线性均小于0.7%,可用于大型粒子物理实验前端电子学的性能测试、校准检测等工作。     

基于相关向量机的反应堆功率测量电路故障预测研究

为了提高核测量装置的保障性和维修性,本文以反应堆功率测量放大电路为对象,通过基于量子粒子群优化算法的多核相关向量机模型对电路的典型故障进行预测。从功率测量放大电路的脉冲响应信号中,用小波包分解方法提取特征信息,将计算所得到的特征与电路正常状态特征之间的欧氏距离作为电路故障程度指标,选用多核相关向量机建立电路故障预测模型,并分析了相关向量机模型核函数种类、参数优化算法对于模型预测效果的影响,研究结果表明采用量子粒子群算法优化的多核相关向量机模型对于电路未来运行状态的预测精度较优,能够准确预测电路故障程度的变化规律。      

核电厂仪控系统优先级驱动设计

针对“华龙一号”等反应堆保护系统与多样性驱动系统共用专设安全设施的堆型,提出了一种基于将可编程逻辑器件技术和简单硬件技术组合应用的优选驱动模块设计方案,通过将优先级管理、现场设备状态反馈、通信、定期试验、在线自检等主要功能在不同技术间合理分配,实现优先级驱动模块的优化设计。通过故障模式及影响分析,该优先级驱动方案可有效应对CCF的发生。并通过典型应用实例进行了验证。     

一种用于旋转设备运行状态无线监测的智能无线振动传感器设计

为提高已投入运行核动力装置旋转设备的运行数据采集和状态监测能力,需要解决安装传感器和敷设配套线缆困难的问题。本文采用现场可编程门阵列（FPGA）作为主控单元,设计了一种基于Zigbee物联网通信技术的智能无线振动传感器,并给出了其电路构成、工作原理,以及嵌入式控制软件的工作流程。通过对此传感器进行性能测试,结果表明该传感器功耗低,实现了对振动信号的连续采集、智能分析与上传。该无线传感器安装简单,无需敷设供电和信号线缆,可应用于构建核动力装置旋转设备的状态监测系统。