CN103580654B

CN103580654B - 反应堆周期信号发生器及其实现方法和使用方法

Info

Publication number: CN103580654B
Application number: CN201310488859.7A
Authority: CN
Inventors: 高志宇; 曾少立; 朱宏亮; 刘艳阳; 罗京海
Original assignee: Nuclear Power Institute of China
Current assignee: Nuclear Power Institute of China
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2033-10-18
Also published as: CN103580654A

Abstract

本发明公布了反应堆周期信号发生器及其实现方法和使用方法，包括微控制器，微控制器的I/O端口连接有控制按键，微控制器的A/D转换端口连接电位器旋钮，所述微控制器连接外部存储器，外部存储器的输出端连接至DA转换芯片，DA转换芯片的输出端口分别与模拟开关、V/F转换芯片、以及电阻连接，同时直接输出电压信号；模拟开关上连接有振荡器后输出调幅信号，V/F转换芯片输出脉冲信号，电阻输出电流信号。本发明可以转换出电流信号、脉冲信号、以及调幅信号，模拟不同探测器输出信号的类型，可以满足现阶段反应堆核测量仪表周期测量的校验需要，实现了多种模拟信号的产生；而且这些信号的幅值可以调节，以适合实际的需要。

Description

反应堆周期信号发生器及其实现方法和使用方法

技术领域

本发明涉及一种反应堆周期信号发生器，具体是指一种反应堆周期信号发生器及其实现方法和使用方法。

背景技术

反应堆周期是反应堆启动与运行中涉及安全的重要参数。反应堆核测量仪表通过测量探测器输出信号，并根据信号的变化情况计算出反应堆周期。核测量仪表要求校验其测量反应堆周期的准确性，尤其是短周期测量的准确性。现阶段使用指数电压信号实现核测量仪表反应堆周期测量的校验。这是由于核测量仪表将探测器输出的各种信号一般要先放大转换成电压信号，因此该方式校验了核测量仪表中关于反应堆周期计算的部分。显然，这种校验方式不能全面检验核测量仪表在测量探测器输出信号条件下反应堆周期测量的准确性。

反应堆中子探测器输出信号微弱，而且不同种类探测器输出信号的物理特征不同。涉及到周期测量的一般有计数管探测器输出的脉冲信号、电离室输出的电流信号和裂变室输出的坎贝尔信号。目前市场上还没有专门且全面地用于模拟反应堆周期信号的信号发生器。经过调研，与之相关的有一篇公开发表的文献：王学杰，数字化周期校验信号仪的研制，核电子学与探测技术，2001年04期：320。

这份资料文献介绍了一种数字化周期校验信号仪，该仪器使用计算机加信号转换器的方式实现，计算机用于计算指数电压信号大小，经过D/A变换后，输出指数电压信号，进一步由信号转换器转换成电流信号其模拟周期信号的大小为2s~999s。该仪器为了屏蔽干扰信号，使用信号转换器的方式。这种方法依托于计算机为主体，且输出信号的计算约每55ms（18.2Hz）改变一次，对于周期值为5s的信号来说，从理论分析（选取电压输出范围约为1V~10V），其实际输出周期信号范围为4.95s~5.13s，相对误差大于1%。如果考虑到D/A变换和信号转换的误差，该仪器对短周期。核测量仪表周期测量精度一般要求为5%，因此该校验仪在精度上还有不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反应堆周期信号发生器及其实现方法和使用方法，解决目前的反应堆周期校验仪器存在的输出信号单一、精度不高的问题，模拟各种类型探测器输出信号的物理特征，并根据使用情况输出反应堆周期信号，使之满足核测量仪表周期校验的需要。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

反应堆周期信号发生器，包括微控制器，微控制器的I/O端口连接有控制按键，微控制器的A/D转换端口连接电位器旋钮，所述微控制器连接外部存储器，外部存储器的输出端连接至DA转换芯片，DA转换芯片的输出端口分别与模拟开关、V/F转换芯片、以及电阻连接，同时直接输出电压信号；模拟开关上连接有振荡器后输出调幅信号，V/F转换芯片输出脉冲信号，电阻输出电流信号。现在使用的指数信号发生器直接输出的是电压信号，因此在校验周期信号的时候不能从放大模块输入信号；资料文献中的周期校验信号仪，控制器使用的是计算机，通过信号转换器输出信号每55ms产生一次中断，输出一个电流信号。本发明的信号发生器以微控制器作为核心电路，微控制器内嵌入反应堆周期信号计算程序，使用内部定时中断，且每10ms触发一次，输出信号连续性好，有利于高精度的周期信号输出。同时，该微控制器兼顾AD采集、数字量输入输出和数据处理的功能，同时辅助外部存储器，接口部分包括控制按键、电位器旋钮，控制按键包括设置、工作、切换、V0、T1和T2用于控制发生器的状态，电位器旋钮用于调节用户选择起始值和周期值的大小，通过MAX7219控制驱动，控制信号由微控制器提供；微控制器输出数字量信号，经过一个DA转换芯片转换成为电压信号，该电压信号可以直接输出；同时，该电压信号可以经过V/F转换芯片转换成为脉冲信号，经过电容衰减调制模拟计数管探测器输出的脉冲信号；同时，该电压信号经过不同阻值的电阻，转换成为电离室探测器输出的电流信号；同时，该电压信号可以通过一个模拟开关，由振荡器产生10kHz的方波同时送入该模拟开关，通过模拟开关的电压信号再经过RC振荡器调制成交流信号，模拟裂变室探测器输出的坎贝尔信号；如此，由电压信号可以转换出电流信号、脉冲信号、以及坎贝尔信号，其中，坎贝尔信号对本信号发生器来说，又称为调幅信号。上述三种类型信号模拟不同探测器输出信号的类型，可以满足现阶段核测量仪表周期测量校验的需要，解决了目前常用的信号发生器产生的信号单一的问题，实现了多种模拟信号的产生。

在所述微控制器上连接有LED显示器。进一步地讲，为了便于查看和使用，在微控制器上连接有LED显示器，LED显示器通过MAX7219控制驱动，控制信号由微控制器提供。

反应堆周期信号发生器的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

（a）首先复位开始，并进行特征值判断，当上电复位时，初始化数据，当手动复位时，进行硬件初始化；

（b）当硬件初始化后，进入查询按键状态，进行设置按键；

（c）判断步骤（b）是否处于设置键按下状态，当结果为是，则分别判断V0/T1/T2的状态，然后分别进入各自的参数设置步骤；

（d）步骤（c）的参数设置完成后，获取V0/T1/T2的各参数值，根据极性输出电压；

（e）根据V0/T1/T2各键状态，分别显示V0/T1/T2的各参数值；

（f）输出的电压通过不同的信号转换电路，输出模拟各探测器输出信号物理特征的反应堆周期信号；

（c1）判断步骤（b）是否处于设置键按下状态，当结果为否，则判断是否处于工作键按下；

（c2）当步骤（c1）的判断结果为是，则继续判断是否为首次进入；

（c3）当步骤（c2）的判断结果为是，则定时计数清零，初始电压为设置时的电压；

（c31）当步骤（c2）的判断结果为否，则按照周期1和极性计算指数电压；

（c32）步骤（c31）得到当前电压值，然后进入步骤（e）；

（c21）当步骤（c1）的判断结果为否，则切换键按下，根据当前电压值按照周期2和极性计算指数电压；

（c22）步骤（c21）得到当前电压值，然后进入步骤（e）。

按照上述实现方法，本发明的反应堆周期信号发生器输出的电压信号范围：0~10V；输出的脉冲信号的频率范围：10Hz~10⁵Hz；输出的电流信号的范围：10^-12A~10^-3A；输出的调幅信号峰值的范围：0~5V，周期信号发生器输出周期大小为2s~999s，具有正负两种极性；同时，反应堆周期信号发生器还具备不同周期无缝衔接功能，周期信号发生器可以设置两个大小的周期信号，在产生周期1信号的时候，按下切换键，信号发生器产生周期2信号，且初始大小是按下切换键前输出的大小。相比于使用计算机作为控制核心的周期信号校验仪来说，使用微控制器后台运行程序少，用于计算时间的定时中断时间为10ms，输出信号的连续性好。同时本仪器没有另外配置信号转换器，所有信号转换电路均集成在一起，并辅助接地和隔离等措施，保证输出的周期信号不受其他信号的干扰，因此大大减小了仪器的体积和重量。本仪器在设置环节，可以设置起始电压大小、周期信号值以及切换的周期值，因此可以根据操作人员需要，产生周期信号。

反应堆周期信号发生器的使用方法，包括以下步骤：

（A）首先选择输出信号类型，通过切换前面板波段开关选择输出电压信号、脉冲信号、不同档位的电流信号和调幅信号；

（B）使用前首先按下设置键，信号发生器进入到设置工作状态，微控制器循环采集V0、T1和T2对应的电压值并计算，旋转相应的按钮，可以调节三个参数的值，再分别按下V0、T1和T2，仪器显示当前对应参数的大小；

（C）依次设置V0、T1和T2后，按下工作键，信号发生器进入到工作状态，定时器启动，根据设置的V0和T1的大小，由定时器的累计时间，循环计算并输出用于DA转换的数字信号，显示的内容由V0、T1和T2三个按键控制；

（D）如果有切换周期的需要，可以按下切换键，则从当前电压值开始，参与计算的周期大小变为T2，循环计算输出数字信号，显示的内容由V0、T1和T2三个按键控制。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1本发明一种反应堆周期信号发生器及其实现方法和使用方法，由电压信号可以转换出电流信号、脉冲信号、以及调幅信号，模拟不同探测器输出信号的类型，可以满足现阶段核测量仪表周期测量的校验需要，解决了目前常用的信号发生器产生的信号单一的问题，实现了多种模拟信号的产生，更加实用；而且这些信号的幅值可以调节，以适合实际的需要；

2本发明一种反应堆周期信号发生器及其实现方法和使用方法，其控制计算部分选用了微控制器，微控制器既缩小了体积，又降低了系统的复杂度，微控制器的执行程序完全固化，没有如计算机那样的后台程序，用于计算时间的定时中断为10ms，输出信号连续性好，有利于输出高精度的周期信号；

3本发明一种反应堆周期信号发生器及其实现方法和使用方法，无需另外配备信号转换器，所有信号转换电路均集成在一起，并辅助接地和隔离等措施，保证输出的周期信号不受其他信号的干扰，因此大大减小了仪器的体积和重量。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明实现方法的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明反应堆周期信号发生器的硬件部分，包括微控制器，微控制器采用80C196K芯片，其具有I/O端口和A/D端口，其中I/O端口与外部的控制按键连接，控制按键包括8个按键：V0、T1、T2、设置、工作、切换、极性和复位，其中切换V0、T1和T2按键，显示电路显示这三个参数当前的大小；设置、工作和切换三个按键使信号发生器处于不同的工作状态；在设置状态下按下极性键，信号发生器在工作的状态可以输出负周期信号，反之则输出正周期信号；按下复位键，信号发生器的微控制器实现复位，之前设置的参数大小保留；而A/D端口与电位器旋钮连接，电位器旋钮通过三个电位器V0、T1和T2调节输出电压的大小，实现V0、T1和T2参数的连续调节，V0设置信号发生器输出初始电压大小调整范围0V~10V，T1是设置一个周期大小调整范围2s~999s，T2是设置另外一个周期大小调整范围2s~100s；微控制器连接有外部存储器，外部存储器采用PSD311，外部存储器连接DA转换芯片，DA转换芯片接收微控制器的数字信号，并把它转换成为电压信号输出；在DA转换芯片的输出端上分别连接有模拟开关、V/F转换芯片、以及电阻，其中模拟开关采用C4051芯片，在模拟开关上连接有C4011及RC电路构成的振荡器，模拟开关接收电压信号，经过振荡器，产生10kHz的方波，把电压信号送入模拟开关经过RC电路调制成调幅信号输出；V/F转换芯片把电压信号转换成为脉冲信号，输出的脉冲信号的频率范围在10Hz~10⁵Hz；通过不同阻值的电阻把电压信号转换成为电流信号，输出的电流信号共有6档，电流值的范围在10^-12A~10^-3A；周期信号发生器可以输出多种类型信号，这些信号可以模拟现有探测器输出信号的类型。信号发生器的原理可以分成两步：第一步是数字计算部分，利用微控制器的定时器进行计时，实现数值的定时计算；第二步是模拟输出部分，通过一个DA转换芯片实现数字部分与模拟部分的转换，转换为电压信号，利用芯片和电阻实现电压信号转换成为所需要的信号；本发明的反应堆周期信号发生器的供电使用220V交流电源，通过低压电源转换成为5V、+15V和-15V，电压通过π型滤波电路送至各芯片，其中AD采集的参考电压使用+15V和-15V通过运放（具体型号为AD708）产生。

反应堆周期信号发生器的实现方法，包括以下步骤：

（b）当硬件初始化后，进入查询按键状态，进行设置按键；

（d）步骤（c）的参数设置完成后，获取V0/T1/T2各参数值，根据极性输出电压；

（e）根据V0/T1/T2各键状态，分别显示，完成查询案件状态；

（f）输出的电压通过不同的信号转换电路，可以输出模拟各探测器输出信号物理特征的反应堆周期信号

（c32）步骤（c31）得到当前电压值，然后进入步骤（e）；

（c22）步骤（c21）得到当前电压值，然后进入步骤（e）。

按照上述实现方法，本发明的反应堆周期信号发生器输出的电压信号范围：0~10V；输出的脉冲信号的频率范围：10Hz~10⁵Hz；输出的电流信号的范围：10^-12A~10^-3A；输出的调幅信号的范围：0~5V，周期信号发生器输出周期大小为2s~999s，具有正负两种极性；同时，应堆周期信号发生器还具备不同周期无缝衔接功能，周期信号发生器可以设置两个大小的周期信号，在产生周期1信号的时候，按下切换键，信号发生器产生周期2信号，且初始大小是按下切换键前输出的大小。

反应堆周期信号发生器的使用方法，包括以下步骤：

（A）首先选择输出信号类型，通过切换前面板波段开关选择输出电压信号、脉冲信号、不同档位的电流信号和调频信号；

（B）使用前首先按下设置键，信号发生器进入到设置工作状态，再分别按下V0、T1和T2，软件循环对其通道进行AD采集并显示，旋转相应的按钮，显示对应的大小；

（C）依次设置V0、T1和T2后，按下工作键，信号发生器进入到工作状态，定时器启动，根据设置的V0和T1的大小，根据定时器的时间，循环计算输出的数字信号并输出；

（D）如果有切换周期的需要，可以按下切换键，则参与计算的周期大小变为T2，循环计算输出数字信号，显示的内容由V0、T1和T2三个按键控制。

下面通过一个具体事例，进一步阐述本周期信号发生器的使用方法。本事例的对象为核测量仪表中的脉冲计数装置，当需要测量其周期测量的响应时间时，将波段开关打到“调频”后，将信号发生器输出端与装置信号输入端连接，按下设置键，按下V0键，调节V0旋钮根据LED显示将初始电压调至0.01V，同样的方法依次将T1设置成100s，T2设置成5s，按下工作键周期信号发生器输出周期值为100s的周期信号，待装置周期测量结果稳定后，按下切换键，此时输出周期值为5s的周期信号，该使用过程是检测脉冲计数装置在反应堆启动过程中出现短周期事件时，仪表发出报警指示的时间。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.反应堆周期信号发生器，其特征在于：包括微控制器，微控制器内嵌入反应堆周期信号计算程序，使用内部定时中断，且每 10ms 触发一次；微控制器的I/O端口连接有控制按键，微控制器的A/D转换端口连接电位器旋钮，所述微控制器连接外部存储器，外部存储器的输出端连接至DA转换芯片，DA转换芯片的输出端口分别与模拟开关、V/F转换芯片、以及电阻连接，同时直接输出电压信号，该电压信号可以经过 V/F 转换芯片转换成为脉冲信号，经过电容衰减调制模拟计数管探测器输出的脉冲信号；同时，该电压信号经过不同阻值的电阻，转换成为电离室探测器输出的电流信号；同时，该电压信号可以通过一个模拟开关，由振荡器产生 10kHz 的方波同时送入该模拟开关，通过模拟开关的电压信号再经过 RC 振荡器调制成交流信号，模拟裂变室探测器输出的坎贝尔信号。

2.根据权利要求1所述的反应堆周期信号发生器，其特征在于：在所述微控制器上连接有LED显示器。

3.反应堆周期信号发生器的实现方法，其特征在于，反应堆周期信号发生器包括微控制器，微控制器内嵌入反应堆周期信号计算程序，使用内部定时中断，且每 10ms 触发一次；微控制器的I/O端口连接有控制按键，微控制器的A/D转换端口连接电位器旋钮，所述微控制器连接外部存储器，外部存储器的输出端连接至DA转换芯片，DA转换芯片的输出端口分别与模拟开关、V/F转换芯片、以及电阻连接，同时直接输出电压信号，该电压信号可以经过 V/F 转换芯片转换成为脉冲信号，经过电容衰减调制模拟计数管探测器输出的脉冲信号；同时，该电压信号经过不同阻值的电阻，转换成为电离室探测器输出的电流信号；同时，该电压信号可以通过一个模拟开关，由振荡器产生 10kHz 的方波同时送入该模拟开关，通过模拟开关的电压信号再经过 RC 振荡器调制成交流信号，模拟裂变室探测器输出的坎贝尔信号；

还包括以下步骤：

（b）当硬件初始化后，进入查询按键状态，进行设置按键；

（c）判断步骤（b）是否处于设置键按下状态，当结果为是，则分别判断V0、T1、T2的状态，然后分别进入各自的参数设置步骤；其中V0是信号发生器输出初始电压，其调整范围0V~10V，T1是设置一个周期大小，其调整范围2s~999s，T2是设置另外一个周期大小，其调整范围2s~100s；

（d）步骤（c）的参数设置完成后，获取V0、T1、T2的各参数值，根据极性输出电压；

（e）根据V0、T1、T2各键状态，分别显示V0、T1、T 2的各参数值；

步骤（c）具体包括如下步骤：

（c31）当步骤（c2）的判断结果为否，则按照周期T1和极性计算指数电压；

（c32）步骤（c31）得到当前电压值，然后进入步骤（e）；

（c21）当步骤（c1）的判断结果为否，则切换键按下，根据当前电压值按照周期T2和极性计算指数电压；

（c22）步骤（c21）得到当前电压值，然后进入步骤（e）。