CN109143941A - 一种探测器系统高压电源系统及其监测方法 - Google Patents

一种探测器系统高压电源系统及其监测方法 Download PDF

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马毅超
洪鑫扬
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G—PHYSICS
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G—PHYSICS
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    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link

Abstract

一种探测器系统高压电源系统及其监测方法，包括中心控制器部分，中心控制器部分通过通信部分和远程控制与监测部分实现信息交互；同样中心控制器部分通过数据采集部分与发送部分实现对高压产生部分的控制。包括远程电压电流实时监测功能：远程控制功能和安全功能，本发明除了可以通过高精度电位器实现本地控制，还可以实现远程控制与电压、电流的实时监测，此方案设计的高压电源电路紧凑、电路板上高压、低压均与封装外壳隔绝，系统稳定性好。

Description

一种探测器系统高压电源系统及其监测方法
技术领域
本发明涉及高能物理技术领域，特别涉及一种探测器系统高压电源系统及其监测方法。
背景技术
探测器系统是高能物理研究领域的一个重要部分。许多探测器系统中都需要高压电源。在探测器系统使用中，需要高压电源按照指定的步长(即每秒改变的电压值)上升/下降到设置的目标电压。
目前此探测器系统中的高压电源只能通过电位器进行电压调整，操作人员在本地调整电位器时无法直观判断高压电源是否能够按所需的步长改变电压，且无法精确将电压调整到所需电压值。同时人工调试增加了许多调试成本且危险系数较高。因此需要一种可以精确监测电压、电流值并且可以通过远程控制的高压电源。
同时探测器系统要求此高压电源实现基本功能的同时需要保证系统稳定性。因此，在探测系统应用中需要此高压电源部分设计尽量紧凑，高压电源的低压和高压均和外壳隔绝。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种探测器系统高压电源系统及其监测方法，除了可以通过高精度电位器实现本地控制，还可以实现远程控制与电压、电流的实时监测，此方案设计的高压电源电路紧凑、电路板上高压、低压均与封装外壳隔绝，系统稳定性好。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种探测器系统高压电源系统，包括中心控制器部分，中心控制器部分通过通信部分和远程控制与监测部分实现信息交互；同样中心控制器部分通过数据采集部分与发送部分实现对高压产生部分的控制。
中心控制器部分是由微处理器及其基本外围电路构成，百兆以太网作为通信部分和中心控制器通过SPI接口连接，百兆以太网用于接收远程控制与监测端的指令。
数据采集部分与发送部分由模数转换器和数字模转换器构成，模数转换器用于实时采集高压模块的电压、电流值；数字模拟转换器负责将微处理器的指令转换为模拟信号输出入到高压产生部分的高压模块中控制此高压模块逐步改变电压值。
所述的微处理器STM32F407ZET6。
所述的模数转换器为DAC8051E。
所述的数字模转换器为TM7705。
所述的高压模块为德国ISEG高压模块BPn 4010512。
一种探测器系统高压电源系统的监测方法，包括以下步骤；
远程电压电流实时监测功能：模数转换器采集高压模块的电压和电流值，并将数据发送给微处理器，微处理器解析数据并百兆以太网将采集到的电压电流值发送给远程控制端，远程控制端实时显示监测结果；
远程控制功能：操作人员在远程控制与监测端口输入控制值指令，包括设置此高压电源系统的电压值、升/降压步长值、以及限制输出电流值、限制高压值后通过以太网将这些控制值发送给微处理器。微处理器解析指令后，通过数模转换器控制高压模块，按指定的升/降压步长,将电压值改变到所需电压，此高压电源的输出电压在0-4000V可调，步长为1-100V可调；
安全功能：在高压正常工作期间，无论由于内、外偶然因素导致使得输出高压或者输出电流突然高压设置的限制值(远程控制功能中的限制输出电流值和限制高压值)时，高压系统会产生警报信号，直接将高压电源关断。
本发明的有益效果：
本发明通过模数转换器实现高压电流电压值的数据采集，微处理器处理采集到的电压电流值，通过百兆以太网将数据发送至远程监测控制端，实现实时监测电压电流的功能。远程监测控制端通过设置指定升/降压步长、电压值、限制电压值和限制电流值，控制高压电源按照指定的步长将输出电压设置到指定值，其电压为0-4000V可调，步长为1-100V/s可调。同时当高压系统中电压和电流值超过设置限制的电压电流值时，高压系统立即停止工作。具有易操作，结构紧凑，可远程控制，安全性高的特点。
附图说明
图1是本发明高压电源系统框图。
图2是本发明高压电源系统图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示：一种探测器系统高压电源系统，包括中央控制器部分，中心控制器部分通过通信部分和远程控制与监测部分实现信息交互；中心控制器部分通过数据采集发送部分实现对高压产生部分的控制。
如图2所示：所述的中心控制器部分为微处理器，中心控制器部分和通信部分通过百兆以太网相连，用于接收远程控制与监测端的指令。
数据采集部分由模数转换器和数字模转换器构成，模数转换器用于实时采集高压模块的电压、电流值；数字模拟转换器负责将微处理器的指令转换为模拟信号输出入到高压产生部分的高压模块中控制此高压模块逐步改变电压值。
下表为硬件电路中主要芯片的型号：
如图2所示，一种探测器系统高压电源系统的监测方法，包括以下步骤；
远程电压电流实时监测功能：模数转换器采集高压模块的电压和电流值，并将数据发送给微处理器，微处理器解析数据并百兆以太网将采集到的电压电流值发送给远程控制端，远程控制端实时显示监测结果；
远程控制功能：操作人员在远程控制与监测端口输入控制值指令，包括包括设置此高压电源系统的电压值、升/降压步长值、以及限制输出电流值、限制输出高压值后通过以太网将这些控制值发送给微处理器。微处理器解析指令后，通过数模转换器控制高压模块，按指定的升/降压步长,将电压值改变到所需电压，此高压电源的输出电压在0-4000V可调，步长为1-100V可调；
安全功能：在高压正常工作期间，无论由于系统内、外因素导致电源输出电压或电流超出高压设置的限制值输出电流值、电压值高压系统会产生警报信号，直接将高压电源关断。注，此限值为远程控制功能中的设置的限制输出电流值(0—8mA)和限制输出高压值(0-4000V)。

Claims (8)

1.一种探测器系统高压电源系统，其特征在于，包括中心控制器部分，中心控制器部分通过通信部分和远程控制与监测部分实现信息交互；中心控制器部分通过数据采集部分与发送部分实现对高压产生部分的控制。
2.根据权利要求1所述的一种探测器系统高压电源系统，其特征在于，中心控制器部分是由微处理器及其基本外围电路构成，百兆以太网作为通信部分和中心控制器通过SPI接口连接，百兆以太网用于接收远程控制与监测端的指令。
3.根据权利要求1所述的一种探测器系统高压电源系统，其特征在于，数据采集部分与发送部分由模数转换器和数字模转换器构成，模数转换器用于实时采集高压模块的电压、电流值；数字模拟转换器负责将微处理器的指令转换为模拟信号输出入到高压产生部分的高压模块中控制此高压模块逐步改变电压值。
4.根据权利要求3所述的一种探测器系统高压电源系统，其特征在于，所述的微处理器STM32F407ZET6。
5.根据权利要求3所述的一种探测器系统高压电源系统，其特征在于，所述的模数转换器为DAC8051E。
6.根据权利要求3所述的一种探测器系统高压电源系统，其特征在于，所述的数字模转换器为TM7705。
7.根据权利要求3所述的一种探测器系统高压电源系统，其特征在于，所述的高压模块为德国ISEG高压模块BPn 4010512。
8.一种探测器系统高压电源系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤；
远程电压电流实时监测功能：模数转换器采集高压模块的电压和电流值，并将数据发送给微处理器，微处理器解析数据并百兆以太网将采集到的电压电流值发送给远程控制端，远程控制端实时显示监测结果；
远程控制功能：操作人员在远程控制与监测端口输入控制值指令，包括设置此高压电源系统的电压值、升/降压步长值、以及限制输出电流值、限制高压值后通过以太网将这些控制值发送给微处理器。微处理器解析指令后，通过数模转换器控制高压模块，按指定的升/降压步长,将电压值改变到所需电压，此高压电源的输出电压在0-4000V可调，步长为1-100V可调；
安全功能：在高压正常工作期间，无论由于内、外偶然因素导致使得输出高压或者输出电流突然高压设置的限制值时，高压系统会产生警报信号，直接将高压电源关断。
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