裂變室輸出信號的數位化處理系統及方法
2023-06-15 05:49:11 1
專利名稱：裂變室輸出信號的數位化處理系統及方法
技術領域：
本發明涉及核反應堆技術領域，尤其涉及一種裂變室輸出信號的數位化處理系統及方法。
背景技術：
核電站的堆外核測量系統用於實現反應堆的中子監測，它通過檢測堆芯的洩漏中子來監測堆芯中子通量水平，對核電站的安全穩定運行起著重要的作用。裂變室可以用於堆外中子通量的監測，其監測的中子通量變化一般達到十幾個數量級，可以滿足反應堆從啟動到滿功率運行各個階段中子通量的監測。裂變室在中子通量水平比較低時，輸出脈衝形式的電信號，脈衝的頻率與中子通量水平成正比；隨著中子通量水平的提高，脈衝信號彼此之間相互疊加，裂變室的輸出信號是具有一定頻率的脈動直流電信號，根據坎貝爾理論，此時信號的均方根值與中子通量水平成正比。測量中子通量水平，需要專門的信號處理裝置接收和處理裂變室的輸出信號。如圖1所示，通常使用基於模擬電子技術的信號處理裝置，其工作原理如下裂變室輸出的信號經過前置放大電路後，分成兩路信號，一路信號輸入脈衝處理電路，該電路對脈衝信號進行整形、濾波後輸入一個計數器電路，得到脈衝頻率值，即低水平下的中子通量值；另一路信號經過帶通濾波器輸入均方根值計算電路，得到脈動直流電信號的均方根值，即高水平下的中子通量值。兩個處理電路的輸出信號經過一定的信號選擇、調整後輸出寬量程測量的中子通量值。信號處理裝置的實現中需要增加一些輔助電路，用於濾除裂變室輸出信號中的α噪聲和Υ噪聲信號等。上述基於模擬電子技術的信號處理裝置存在的問題是信號處理電路分為脈衝處理電路和均方根值計算電路，它們的輸出結果需要經過專門設計的電路實現輸出值搭接， 電路十分複雜，並且應用模擬技術實現的均方根值計算電路因為器件的溫漂、噪聲等原因， 測量結果難以實現較高的精度。另外，現有的基於模擬電子技術的信號處理裝置輸出結果的線性度較差。
發明內容
(一)要解決的技術問題本發明要解決的技術問題是提供一種裂變室輸出信號的數位化處理系統及方法，其簡化了電路、避免了模擬處理電路中的元器件溫漂、噪聲等問題，提高了測量結果的精度並增加了系統的穩定性。( 二 )技術方案為解決上述問題，本發明提供了一種裂變室輸出信號的數位化處理系統，包括前置放大電路和數位化處理裝置；其中，所述數位化處理裝置包括信號處理單元、高速模擬信號採集單元和信號輸出單元；
所述高速模擬信號採集單元，與所述前置放大電路和所述信號處理單元分別連接，用於採集所述前置放大電路的輸出信號並將其轉換為數位訊號輸出；所述信號處理單元，與所述高速模擬信號採集單元連接，用於確定所述數位訊號的均方根值，進而根據所述均方根值和預設的中子通量量程的標定係數獲取中子通量。優選地，所述信號處理單元包括噪聲濾除單元，用於濾除所述數位訊號中的噪聲信號。優選地，所述高速模擬信號採集單元包括時鐘單元，用於控制所述高速模擬信號採集單元採集和輸出信號的周期。一種利用前述系統對裂變室輸出信號進行數位化處理的方法，包括以下步驟A 前置放大電路將裂變室輸出的信號放大，得到放大的脈衝或脈衝疊加信號；B 數位化處理裝置中的高速模擬信號採集單元採集所述前置放大電路的輸出信號，並將其轉換為數位訊號輸出；C:數位化處理裝置中的信號處理單元確定所述數位訊號的均方根值，進而根據所述均方根值和預設的中子通量量程的標定係數獲取中子通量。優選地，所述方法還包括濾除所述數位訊號中的噪聲信號的步驟。優選地，所述方法還包括使所述高速模擬採集單元周期性地採集和輸出所得到的信號數據的步驟。(三)有益效果與現有技術相比，本發明通過將裂變室的輸出信號數位化，並應用坎貝爾理論計算採集信號的均方根值，進而得到中子通量值，簡化了電路；本發明避免了模擬處理電路中的元器件溫漂、噪聲等問題，提高了測量結果的精度並增加了系統的穩定性；另外，本發明可以對裂變室輸出信號採用統一的數位訊號處理方法，有利於提高測量結果的線性度。
圖1為本發明背景技術中所述基於模擬電子技術的信號處理裝置的原理圖；圖2為本發明實施方式中所述裂變室輸出信號的數位化處理系統的結構示意圖；圖3為本發明實施方式中所述對裂變室輸出信號進行數位化處理的方法的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。如圖2所示，本發明所述的裂變室輸出信號的數位化處理系統，包括前置放大電路和數位化處理裝置；其中，所述數位化處理裝置包括信號處理單元、高速模擬信號採集單元和信號輸出單元；所述高速模擬信號採集單元，與所述前置放大電路和所述信號處理單元分別連接，用於採集所述前置放大電路的輸出信號並將其轉換為數位訊號輸出；所述信號處理單元，與所述高速模擬信號採集單元連接，用於確定所述數位訊號
4的均方根值，進而根據所述均方根值和預設的中子通量量程的標定係數獲取中子通量。根據坎貝爾理論，可知中子通量與信號的均方根值成正比。中子通量Φ的計算公式為Φ = k · msr式中k為中子通量量程的標定係數。信號的均方根值msr計算公式為
I ν Imsr = (-^jSf)2
N !=ι式中，Si為單次採樣的數據，對應輸入信號的幅值,S1 、為一個採樣周期內採集到的所有信號。i、N為自然數。優選地，所述信號處理單元包括噪聲濾除單元，用於濾除所述數位訊號中的噪聲信號。優選地，所述高速模擬信號採集單元包括時鐘單元，用於控制所述高速模擬信號採集單元採集和輸出信號的周期。如圖3所示，本發明所述利用前述系統對裂變室輸出信號進行數位化處理的方法，包括以下步驟A 前置放大電路將裂變室輸出的信號放大，得到放大的脈衝或脈衝疊加信號；B 數位化處理裝置中的高速模擬信號採集單元採集所述前置放大電路的輸出信號，並將其轉換為數位訊號輸出；C:數位化處理裝置中的信號處理單元確定所述數位訊號的均方根值，進而根據所述均方根值和預設的中子通量量程的標定係數獲取中子通量。優選地，所述方法還包括濾除所述數位訊號中的噪聲信號的步驟。優選地，所述方法還包括使所述高速模擬採集單元周期性地採集和輸出所得到的信號數據的步驟。根據實際的工程需要，通過信號輸出單元以數字指示、電壓或電流信號等方式輸出中子通量計算結果。以上實施方式僅用於說明本發明，而並非對本發明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬於本發明的範疇，本發明的專利保護範圍應由權利要求限定。
權利要求
1.一種裂變室輸出信號的數位化處理系統，其特徵在於，包括前置放大電路和數位化處理裝置；其中，所述數位化處理裝置包括信號處理單元、高速模擬信號採集單元和信號輸出單元；所述高速模擬信號採集單元，與所述前置放大電路和所述信號處理單元分別連接，用於採集所述前置放大電路的輸出信號並將其轉換為數位訊號輸出；所述信號處理單元，與所述高速模擬信號採集單元連接，用於確定所述數位訊號的均方根值，進而根據所述均方根值和預設的中子通量量程的標定係數獲取中子通量。
2.如權利要求1所述的裂變室輸出信號的數位化處理系統，其特徵在於，所述信號處理單元包括噪聲濾除單元，用於濾除所述數位訊號中的噪聲信號。
3.如權利要求1所述的裂變室輸出信號的數位化處理系統，其特徵在於，所述高速模擬信號採集單元包括時鐘單元，用於控制所述高速模擬信號採集單元採集和輸出信號的周期。
4.一種利用權利要求1-3中任一項所述系統對裂變室輸出信號進行數位化處理的方法，其特徵在於，包括以下步驟A 前置放大電路將裂變室輸出的信號放大，得到放大的脈衝或脈衝疊加信號；B:數位化處理裝置中的高速模擬信號採集單元採集所述前置放大電路的輸出信號，並將其轉換為數位訊號輸出；C:數位化處理裝置中的信號處理單元確定所述數位訊號的均方根值，進而根據所述均方根值和預設的中子通量量程的標定係數獲取中子通量。
5.如權利要求4所述的對裂變室輸出信號進行數位化處理的方法，其特徵在於，還包括濾除所述數位訊號中的噪聲信號的步驟。
6.如權利要求4所述的對裂變室輸出信號進行數位化處理的方法，其特徵在於，還包括使所述高速模擬採集單元周期性地採集和輸出所得到的信號數據的步驟。
全文摘要
本發明公開了一種裂變室輸出信號的數位化處理系統及方法，涉及核反應堆技術領域，包括前置放大電路和數位化處理裝置；其中，所述數位化處理裝置包括信號處理單元、高速模擬信號採集單元和信號輸出單元；所述高速模擬信號採集單元，與所述前置放大電路和所述信號處理單元分別連接，用於採集所述前置放大電路的輸出信號並將其轉換為數位訊號輸出；所述信號處理單元，與所述高速模擬信號採集單元連接，用於確定所述數位訊號的均方根值，進而根據所述均方根值和預設的中子通量量程的標定係數獲取中子通量。本發明簡化了電路、避免了模擬處理電路中的元器件溫漂、噪聲等問題，提高了測量結果的精度並增加了系統的穩定性。
文檔編號G01T3/00GK102426865SQ20111029485
公開日2012年4月25日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者喬寧, 吳宗鑫, 張作義, 李鐸, 熊華勝 申請人:清華大學