核電站堆芯核測系統使用的高性能信號處理模塊的製作方法

2023-06-01 09:37:27 1

本發明屬於核電站儀控系統技術領域，具體涉及一種核電站堆芯核測系統使用的高性能信號處理模塊。

背景技術：

秦山核電一廠堆芯核測系統中使用的BD-IMCH1034型處理模塊負責將核電站堆芯核測系統中子探測器輸出的通量信號(低水平)隔離放大後輸出給電站計算機系統。電站運行二十多年間，該型信號處理模塊曾數次出現故障，影響了堆芯核測系統的正常工作。為了避免堆芯核測系統出現測量故障，保證機組穩定運行，中核核電運行管理有限公司一廠技術處提出在保證功能不變的前提下，重新開發一款新型處理模塊。新開發的處理模塊具有性能穩定、精度高、抗幹擾能力強等特點，大大提高了堆芯核測系統的安全性和可靠性，確保了電站的長期穩定運行。

技術實現要素：

本發明的目的是現有核電廠該類型信號處理模塊故障頻發，影響堆芯核測系統正常工作的問題，提供了一種核電站堆芯核測系統使用的高性能信號處理模塊。

本發明是這樣實現的：

一種核電站堆芯核測系統使用的高性能信號處理模塊，包括差分負反饋放大電路、隔離運放模塊、反向負反饋電路和濾波電路組成，外部供電電壓為±15VDC，輸出電壓為0-10V直流電壓信號；差分負反饋放大電路的輸出端與隔離運放模塊的輸入端連接，隔離運放模塊的輸出端分別與濾波電路的輸入端和反向負反饋電路的輸入端連接，濾波電路的輸出端與差分負反饋放大電路的輸入端連接；差分負反饋放大電路用於將輸入信號進行50倍放大；隔離運放電路用於將差分負反饋放大電路送入的信號進行隔離，隔離後的信號輸入到反向負反饋電路中；反向負反饋電路用於對隔離後的信號進行放大；濾波電路用於對隔離模塊轉換後的±15VDC電源進行濾波，處理後的±15VDC用來為差分負反饋放大電路提供直流供電；

如上所述的差分負反饋放大電路，該電路的運算放大器使用的是精密運算放大器，其型號是OPA627BP，該型運放的輸入偏置電流為1pA，差分輸入阻抗達1013Ω，溫漂為0.8μV/℃，偏置電壓為0.1mV，運放有外部調零端，可以使用電位器來消除失調，能夠提高放大器的輸出精度；差分負反饋放大電路負責將輸入信號精確放大50倍後輸出給隔離運放電路，放大倍數通過調節滑變電阻器P1上2腳的位置來確定；

差分放器OPA627BP的差分輸入端2腳和3腳之間將兩個二極體D1和D2進行反接實現保護功能，D1和D2使用的二極體型號為BAS116；差分放器OPA627BP的3腳和2腳輸入端分別串聯保護電阻R1和R2，阻值為4.75k；運放OPA627BP的2腳與6腳並聯跨接電阻R4和電容C3，R4的阻值為237k，C3的容值為0.1uF；差分放器OPA627BP的1腳和5腳之間連接滑變電阻器P1，P1的2腳與差分放器OPA627BP的7腳連接，通過移動P1上2腳的位置達到改變差分負反饋放大電路的放大倍數。

如上所述的隔離運放電路以隔離運放AD215BY為核心構成，該型運放的隔離電壓達1500VAC，增益為單位增益，非線性精度為±0.005％，P6為調零電位器；該模塊對輸入信號進行1:1隔離輸出，防止前後級電路之間的相互幹擾；隔離運放電路外圍器件連接是該AD215BY的固定連接，AD215BY的36腳連接電R9，R9的另一端連接到滑動變阻器P6的滑動端2腳上，P6是滑變電阻器，其3腳與板卡GND2的地端連接，P6的1腳與R8連接，R8的另一端連接板卡正端供電電源+15V，R9的阻值為1M，R8的阻值為100K，P6的阻值範圍是0-10K。

如上所述的反向負反饋電路以精密運放OPA627BP為核心構成，運放OPA627BP的1腳和5腳之間跨接一滑變電阻器P2，通過調節P2的2腳的位置來調節運放OPA627BP的零點；運放OPA627BP的2腳輸入端將滑變電阻器P3和電阻R5串聯，通過調節P3的阻值可以調節電路的增益，P3的阻值範圍為1-1K，R5的阻值為4.22K，運放OPA627BP的6腳為輸出端，輸出端串聯三極體Q1，其型號為2N2219A，Q1的發射極E端為該反饋電路的輸出端；運放OPA627BP的2腳與三極體2N2219A的發射極跨接滑變電阻器P4，P4的電阻範圍為0-50K，精度為5％；P3和P4同時調節，可以使運放OPA627BP的增益放大為1-10倍不等，輸出的電壓為0～10VDC電壓信號不等；運放OPA627BP的2腳與三極體Q1的發射極E端跨接極性電容C1，其容值為1.7uF和容值為0.01uF的電容C2，C1與C2為並聯連接方式。

如上所述的濾波電路主要將隔離電路產生的±15V壓電信號進行濾波處理，給差分負反饋放大電路提供穩定的直流供電；

濾波電路以BNX025H01型濾波模塊F1和F2為核心構成，該模塊負責將隔離模塊U1進行DC-DC轉換後輸出的±15VDC電源進行濾波，處理後輸出±15VDC用來為差分負反饋放大電路提供穩定的直流供電；

F1和F2的輸入端分別為B端和PSG端，輸出端分別是CB端和CG端；

F1和F2的輸入端分別連接隔離模塊產生的電壓Viso+15V和Viso-15V，Viso+15V連接F1的B端，Viso-15V連接F2的B端，F1和F2的B端和PSG端之間分別跨接極性電容C6和C7，容值極為6.8uF，最高電壓為50V，C6的正極連接到B端，C7的正極連接到PSG端；

F1的輸出端CB分別連接560uH電感後將地GND1端並聯極性電容C12和電容C14；F2的輸出端CB分別連接560uH電感後將地GND1端並聯極性電容C13和電容C15。

本發明的有益效果是：

本發明包括差分負反饋放大電路、隔離運放電路、反向負反饋電路和濾波電路。本發明具有電路形式簡單，成本低、可靠性高的優點，大大提高了堆芯核測系統的安全性和可靠性，確保了電站的長期穩定運行。

附圖說明

圖1是本發明的一種核電站堆芯核測系統使用的高性能信號處理模塊的結構原理圖；

圖2是本發明的一種核電站堆芯核測系統使用的高性能信號處理模塊的差分負反饋放大電路的原理圖；

圖3是本發明的一種核電站堆芯核測系統使用的高性能信號處理模塊的隔離運放電路的原理圖；

圖4是本發明的一種核電站堆芯核測系統使用的高性能信號處理模塊的反向負反饋電路的原理圖；

圖5是本發明的一種核電站堆芯核測系統使用的高性能信號處理模塊的濾波電路的原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行進一步描述。

如圖1所示，一種核電站堆芯核測系統使用的高性能信號處理模塊，包括差分負反饋放大電路、隔離運放模塊、反向負反饋電路和濾波電路組成，外部供電電壓為±15VDC，輸出電壓為0-10V直流電壓信號。差分負反饋放大電路的輸出端與隔離運放模塊的輸入端連接，隔離運放模塊的輸出端分別與濾波電路的輸入端和反向負反饋電路的輸入端連接，濾波電路的輸出端與差分負反饋放大電路的輸入端連接。差分負反饋放大電路用於將輸入信號進行50倍放大。隔離運放電路用於將差分負反饋放大電路送入的信號進行隔離，隔離後的信號輸入到反向負反饋電路中。反向負反饋電路用於對隔離後的信號進行放大。濾波電路用於對隔離模塊轉換後的±15VDC電源進行濾波，處理後的±15VDC用來為差分負反饋放大電路提供直流供電。

如圖2所示為差分負反饋放大電路，該電路的運算放大器使用的是精密運算放大器，其型號是OPA627BP，該型運放的輸入偏置電流為1pA，差分輸入阻抗達1013Ω，溫漂為0.8μV/℃，偏置電壓為0.1mV，運放有外部調零端，可以使用電位器來消除失調，能夠提高放大器的輸出精度。差分負反饋放大電路負責將輸入信號精確放大50倍後輸出給隔離運放電路，放大倍數通過調節滑變電阻器P1上2腳的位置來確定。

差分放器OPA627BP的差分輸入端2腳和3腳之間將兩個二極體D1和D2進行反接實現保護功能，D1和D2使用的二極體型號為BAS116。差分放器OPA627BP的3腳和2腳輸入端分別串聯保護電阻R1和R2，阻值為4.75k。運放OPA627BP的2腳與6腳並聯跨接電阻R4和電容C3，R4的阻值為237k，C3的容值為0.1uF。差分放器OPA627BP的1腳和5腳之間連接滑變電阻器P1，P1的2腳與差分放器OPA627BP的7腳連接，通過移動P1上2腳的位置達到改變差分負反饋放大電路的放大倍數。

如圖3所示為隔離運放電路，隔離運放電路不僅有隔離作用，而且會產生±15V的電壓信號，該電壓信號經過濾波後用以供給差分負反饋放大電路使用。

隔離運放電路以隔離運放AD215BY為核心構成，該型運放的隔離電壓達1500VAC，增益為單位增益，非線性精度為±0.005％，P6為調零電位器。該模塊對輸入信號進行1:1隔離輸出，防止前後級電路之間的相互幹擾。隔離運放電路外圍器件連接是該AD215BY的固定連接，AD215BY的36腳連接電R9，R9的另一端連接到滑動變阻器P6的滑動端2腳上，P6是滑變電阻器，其3腳與板卡GND2的地端連接，P6的1腳與R8連接，R8的另一端連接板卡正端供電電源+15V，R9的阻值為1M，R8的阻值為100K，P6的阻值範圍是0-10K。

如圖4所示為反向負反饋電路，反向負反饋電路以精密運放OPA627BP為核心構成，運放OPA627BP的1腳和5腳之間跨接一滑變電阻器P2，通過調節P2的2腳的位置來調節運放OPA627BP的零點。運放OPA627BP的2腳輸入端將滑變電阻器P3和電阻R5串聯，通過調節P3的阻值可以調節電路的增益，P3的阻值範圍為1-1K，R5的阻值為4.22K，運放OPA627BP的6腳為輸出端，輸出端串聯三極體Q1，其型號為2N2219A，Q1的發射極E端為該反饋電路的輸出端。運放OPA627BP的2腳與三極體2N2219A的發射極跨接滑變電阻器P4，P4的電阻範圍為0-50K，精度為5％。P3和P4同時調節，可以使運放OPA627BP的增益放大為1-10倍不等，輸出的電壓為0～10VDC電壓信號不等。運放OPA627BP的2腳與三極體Q1的發射極E端跨接極性電容C1，其容值為1.7uF和容值為0.01uF的電容C2，C1與C2為並聯連接方式。

如圖5所示為濾波電路，濾波電路主要將隔離電路產生的±15V壓電信號進行濾波處理，給差分負反饋放大電路提供穩定的直流供電。

濾波電路以BNX025H01型濾波模塊F1和F2為核心構成，該模塊負責將隔離模塊U1進行DC-DC轉換後輸出的±15VDC電源進行濾波，處理後輸出±15VDC用來為差分負反饋放大電路提供穩定的直流供電。

F1和F2的輸入端分別為B端和PSG端，輸出端分別是CB端和CG端。

F1和F2的輸入端分別連接隔離模塊產生的電壓Viso+15V和Viso-15V，Viso+15V連接F1的B端，Viso-15V連接F2的B端，F1和F2的B端和PSG端之間分別跨接極性電容C6和C7，容值極為6.8uF，最高電壓為50V，C6的正極連接到B端，C7的正極連接到PSG端。

F1的輸出端CB分別連接560uH電感後將地GND1端並聯極性電容C12和電容C14；F2的輸出端CB分別連接560uH電感後將地GND1端並聯極性電容C13和電容C15。

上面結合實施例對本發明的實施方法作了詳細說明，但是本發明並不限於上述實施例，在本領域普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下作出各種變化。本發明說明書中未作詳細描述的內容均可以採用現有技術。