CN110366305A - α伴随粒子中子管阳极直流电源电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及α伴随粒子中子管阳极直流电源电路。旨在解决中子管阳极电压的幅度不能单独调节且不便于显示、中子管工作时不能按要求先进入稳定电离且检测时不能迅速加高压等问题。本发明包括启动变换电路、开关电路、DC‑DC直流电源模块、蓄电池V1、主高压V4、限流电阻R0、操作箱、金属腔；本发明的电路在通常情况下断开开关K1，主高压V4为中子管提供阴极电压，并给中子管的热丝加电流，使电离处于平衡状态，当需要出中子的时候，接通开关K1，通过启动变换电路使开关电路接通，进而导通蓄电池V1与DC‑DC直流电源模块的连接，调节主高压V4，实现为中子管的阳极迅速加高压，同时中子管的阳极电压实现可单独调节。
Description
技术领域
本发明涉及中子源设备技术领域，具体涉及α伴随粒子中子管阳极直流电源电路。
背景技术
伴随a粒子中子管核材料检测装置，在通常被用作毒品快速检测、炸药检测时，其现有的电路存在以下缺点：
(一)现有电路仅当主高压加到足够高的电压以后，中子管阳极电压才能加到2KV，中子管阳极电压的幅度不能单独调节，也不便于显示。
(二)中子管的工作，通常都是先不加高压，只加阳极电压和热丝电流，使电离进入平衡，之后需要出中子时，再加高压。特别是用作毒品快速检测，更是要求先进入稳定电离，然后在需要检测时，迅速加高压。这些要求在现有的电路中都不能实现。
(三)由于中子管的阴极悬浮在将近15万伏的高压上，所以现有电路很难测量中子管的电离电流，更不能自动控制热丝电流。
(四)由于中子管的老炼过程，会经常打火，使得电路的瞬时电流变大，会损坏电路器件，因此要加入限流电阻.然而在现有的电路中，限流电阻的功耗大，使得高压的输出效率很低，限流电阻发热，不利于电路长时间工作。
发明内容
本发明提供了α伴随粒子中子管阳极直流电源电路，旨在解决现有技术中存在的如下问题：
1.中子管阳极电压的幅度不能单独调节、也不便于显示；
2.中子管工作时，不能按要求先进入稳定电离，然后在需要检测时，迅速加高压；
3.中子管的电离电流难以测量，更不能自动控制热丝电流；
4.限流电阻的功耗大，使得高压的输出效率很低，限流电阻发热，不利于电路长时间工作。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
本发明的α伴随粒子中子管阳极直流电源电路，其特殊之处在于：包括启动变换电路、开关电路、DC-DC直流电源模块、蓄电池V1、主高压V4、限流电阻R0、操作箱、金属腔；
所述启动变换电路包括电池V2、开关K1以及第一光电变换模块；电池V2经开关K1与第一光电变换模块的输入端连接，电池V2的负极接地；第一光电变换模块的输出端与开关电路的控制端连接；第一光电变换模块包括由光缆连接的光电变换部分和电光变换部分；
所述蓄电池V1的负极接参考地，蓄电池V1的正极经开关电路与DC-DC直流电源的输入高端连接，DC-DC直流电源的输入低端接参考地，DC-DC直流电源的输出高端接中子管阳极；
所述开关电路根据启动变换电路的输出电压信号控制蓄电池V1与DC-DC直流电源输入高端的通断；
所述主高压V4的正极经过限流电阻R0后与中子管的阴极连接，并且接参考地，主高压V4的负极接地；
所述蓄电池V1、开关电路、DC-DC直流电源以及第一光电变换模块的光电变换部分均位于金属腔内，金属腔接参考地；
所述电池V2、开关K1以及第一光电变换模块的电光变换部分均位于操作箱内。
进一步地，所述DC-DC直流电源的输出低端连接有稳流电路单元；
所述稳流电路单元包括采样电阻RJ、第二光电变换模块以及IF自控模块；
所述采样电阻RJ的一端与DC-DC直流电源的输出低端连接，另一端与第二光电变换模块的输出端连接，第二光电变换模块的输入端连接有IF自控模块；
所述第二光电变换模块的结构与第一光电变换模块结构相同；
所述第二光电变换模块的电光变换部分和采样电阻RJ均位于所述金属腔内，第二光电变换模块的光电变换部分位于操作箱内。
进一步地，所述DC-DC直流电源的控制端连接有电压调节单元；
所述电压调节单元包括可调电源V3、第三光电变换模块；
所述可调电源V3与第三光电变换模块的输入端连接；第三光电变换模块的输出端与DC-DC直流电源模块的控制端连接并接参考地；
所述第三光电变换模块的结构与第一光电变换模块结构相同；
所述第三光电变换模块的光电变换部分位于所述金属腔内，第三光电变换模块的电光变换位于操作箱内。
进一步地，所述DC-DC直流电源的控制端连接有电压调节单元；
所述电压调节单元包括可调电源V3、第三光电变换模块；
所述可调电源V3与第三光电变换模块的输入端连接；第三光电变换模块的输出端与DC-DC直流电源模块的控制端连接并接参考地；
所述第三光电变换模块的结构与第一光电变换模块结构相同；
所述第三光电变换模块的光电变换部分位于所述金属腔内，第三光电变换模块的电光变换位于操作箱内。
进一步地，所述开关电路包括第一功率MOS管VT1、电阻R1，第二功率MOS管VT2、电阻R2；
所述第一功率MOS管VT1的源极接蓄电池V1的正极以及电阻R1的一端，第一功率MOS管VT1的栅极接VT2的源极以及电阻R1的另一端；第一功率MOS管VT1的漏极与DC-DC直流电源的输入高端连接；所述第二功率MOS管VT2的栅极接电阻R2的一端以及第一光电变换模块的输出端，VT2的漏极接参考地；R2的另一端接参考地。
进一步地，所述电光变换部分沿电信号传输方向依次包括V/F变换电路、LED发光二极管，V/F变换将直流电压变成方波电压信号，LED发光二极管将方波电压信号变换为光信号；
所述光缆用于传输光信号；
所述光电变换部分沿电信号传输方向依次包括光敏三极管和F/V变换电路，光敏三极管将光信号变换为同频率的电压信号，F/V变换电路再将电压信号转换为直流电压。
进一步地，所述稳流电路单元还包括Ia显示模块，所述Ia显示模块连接于第二光电变换模块的输入端且位于操作箱内。
进一步地，所述电压调节单元还包括Va显示模块，所述Va显示模块与第三光电变换模块的输入端连接且位于操作箱内。
进一步地，所述主高压V4为直流电压，其调节高度为150-180KV；
所述蓄电池V1为锂离子蓄电池，其电压为12V；
所述电池V2的电压为6-7V；
所述可调电源V3的电压可调范围为0-5V；
所述中子管的阳极电压Va为2-3KV；
所述蓄电池V1的容量为8Ah。
进一步地，所述金属腔为密封腔，所述密封腔内设置有蓄电池充电插孔。
本发明的有益效果是：
1.本发明的电路在通常情况下断开开关K1，主高压V4为中子管提供阴极电压，并给中子管的热丝加电流，使电离处于平衡状态，当需要出中子的时候，接通开关K1，通过启动变换电路使开关电路接通，进而导通蓄电池V1与DC-DC直流电源模块的连接，调节主高压V4，实现为中子管的阳极迅速加高压，同时中子管的阳极电压实现可单独调节。
2.本发明中包含有稳流电路单元，稳流电路单元中的第二光电变换模块中的光缆将中子管的高压进行了隔离，因此可以通过测量低端的电压信号，于Ia显示模块上显示中子管工作时的电流Ia，同时实现进行热丝电流If的自动控制。
3.本发明的电路中设置有电压调节单元，通过调节电压调节单元中可调电源V3，可单独调节DC-DC直流电源的输出电压Va的幅度，由于可调电源V3的电压与电压Va成比例，因此，通过测量可调电源V3的电压，即可得知电压Va，并显示于Va显示模块上。
4.本发明中的中子管阳极电压的输送与阴极电压输送进行了隔离，使得限流电阻R0的功耗小，不易发热，便于电路长时间工作。
附图说明
图1是本发明α伴随粒子中子管阳极直流电源电路的结构示意图。
图中，1、金属腔，2、启动变换电路，3、稳流电路单元，4电压调节单元，5开关电路。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的α伴随粒子中子管阳极直流电源电路作进一步详细说明。根据下面具体实施方式，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明α伴随粒子中子管阳极直流电源电路，如图1所示，包括启动变换电路2、蓄电池V1、开关电路5、主高压V4、稳流电路单元3、电压调节单元4、DC-DC直流电源模块、限流电阻R0、金属腔5以及操作箱；
启动变换电路2包括电池V2、开关K1以及第一光电变换模块；电池V2经开关K1与第一光电变换模块的输入端连接，电池V2的负极接地；电池V2的电压为6-7V；第一光电变换模块的输出端与开关电路5的控制端连接；第一光电变换模块包括由光缆连接的光电变换部分和电光变换部分；
蓄电池V1为锂离子蓄电池，其电压为12V，其容量为8Ah，蓄电池V1的负极接参考地，蓄电池V1的正极经开关电路5与DC-DC直流电源的输入高端连接，DC-DC直流电源的输入低端接参考地，DC-DC直流电源的输出高端接中子管阳极；DC-DC直流电源的输出低端接稳流电路单元3，DC-DC直流电源的控制端连接有电压调节单元；
开关电路5根据启动变换电路2的输出电压信号控制蓄电池V1与DC-DC直流电源输入高端的通断；开关电路5包括第一功率MOS管VT1、电阻R1，第二功率MOS管VT2、电阻R2；第一功率MOS管VT1的源极接蓄电池V1的正极以及电阻R1的一端，第一功率MOS管VT1的栅极接VT2的源极以及电阻R1的另一端；第一功率MOS管VT1的漏极与DC-DC直流电源的输入高端连接；第二功率MOS管VT2的栅极接电阻R2的一端以及第一光电变换模块的输出端，VT2的漏极接参考地；R2的另一端接参考地；
主高压V4的正极经过限流电阻R0后与中子管的阴极连接，并且接参考地，主高压V4的负极接地，主高压V4为直流电压，其调节高度为150-180KV；中子管靶极接地；中子管的阳极电压Va为2-3KV；稳流电路单元3包括采样电阻RJ、第二光电变换模块、Ia显示模块以及IF自控模块；采样电阻RJ的一端与DC-DC直流电源的输出低端连接，另一端与第二光电变换模块的输出端连接，第二光电变换模块的输入端连接IF自控模块和Ia显示模块；
电压调节单元4包括可调电源V3、第三光电变换模块以及Va显示模块；可调电源V3和Va显示模块均与第三光电变换模块的输入端连接；第三光电变换模块的输出端与DC-DC直流电源模块的控制端连接并接参考地；可调电源V3的电压可调范围为0-5V；
其中，第二光电变换模块和第三光电变换模块的结构均与第一光电变换模块结构相同；
蓄电池V1、开关电路5、DC-DC直流电源、采样电阻RJ、第二光电变换模块的电光变换部分以及第一光电变换模块和第三光电变换模块的光电变换部分均位于密封的金属腔内，金属腔接参考地，并且金属腔内设置有蓄电池充电插孔；
电池V2、开关K1、第二电变换模块的光电变换部分、第一光电变换模块和第三光电变换模块的电光变换部分均位于操作箱内；
上述的三个光电变换模块的电光变换部分沿电信号传输方向依次包括V/F变换电路、LED发光二极管，V/F变换将直流电压变成方波电压信号，LED发光二极管将方波电压信号变换为光信号；光缆用于传输光信号和电压隔离；光电变换部分沿电信号传输方向依次包括光敏三极管和F/V变换电路，光敏三极管将光信号变换为同频率的电压信号，F/V变换电路再将电压信号转换为直流电压。
本发明α伴随粒子中子管阳极直流电源电路，其工作过程如下：
主高压V4的最高调节范围为150-180KV，其经过限流电阻R0到达中子管阴极，由于中子管靶极接地，因此中子管便悬浮于高电压上；当操作箱内开关K1断开时，第一光电变换模块的输入端电压为0，则经第一光电变换模块后第二功率MOS管VT2的栅极电压为0，因此第二功率MOS管VT2截止，电阻R1上无压降，进而第一功率MOS管VT1截止，则DC-DC直流电源的供电电压为0，DC-DC直流电源的输出电压Va即为0；
当操作箱内开关K1闭合时，使得第二功率MOS管VT2饱和导通，电池V2的电压被传到第二功率MOS管VT2的栅极，蓄电池V1向DC-DC直流电源模块供电，由于蓄电池V1的电压为12V，因此电阻R1上有了约12V的压降，进而第一功率MOS管VT1进入饱和导通，则DC-DC直流电源得以供电约12V(第一功率MOS管VT1管饱和导通压降约50mV)。
电压调节单元4用于调节DC-DC直流电源的输出电压Va，当开关K1闭合后，电压Va的高低将由可调电源V3的电压决定，当可调电源V3的电压由0V升到5V时，则经过第三光电变换模块以及DC-DC直流电源后，电压Va由0V升到3KV，此时，中子管的阳极、阴极均得到电压，由于可调电源V3的电压和电压Va成比例，因此通过可调电源V3的电压即可得知电压Va的实际值。
稳流电路单元3实现了对电离电流Ia的采样和热丝电流If的自动控制；中子管靶极接地，为低电压电路。当给中子管的热丝供了适当热丝电流If，中子管进入电离，其阳极电流用Ia表示，该电流Ia便在采样电阻RJ上形成直流电压VJ＝Ia*RJ，VJ则通过第二光电变换模块传到Ia显示模块便实现了If自动控制，进而实现离子源控制功能。
该电路中使用了三个光电变换模块，蓄电池V1的容量为8Ah，如果光电变换模块的电流为0.2A，则充一次电可使用40H。用完后，可从蓄电池充电插孔处再充电。
其中，三个光电变换模块的输入端输入的直流电压经电光变换部分的V/F变换电路变成方波信号，再经过LED发光二极管把电信号变为断续闪光，闪光经光缆传至光电变换部分的光敏三极管，光敏三极管将断续闪光变成断续电流信号，最后由F/V变换电路做反变换，回到直流电压，实现了直流电压的转移。
Claims (10)
1.α伴随粒子中子管阳极直流电源电路，其特征在于：包括启动变换电路、开关电路、DC-DC直流电源模块、蓄电池V1、主高压V4、限流电阻R0、操作箱、金属腔；
所述启动变换电路包括电池V2、开关K1以及第一光电变换模块；电池V2经开关K1与第一光电变换模块的输入端连接，电池V2的负极接地；第一光电变换模块的输出端与开关电路的控制端连接；第一光电变换模块包括由光缆连接的光电变换部分和电光变换部分；
所述蓄电池V1的负极接参考地，蓄电池V1的正极经开关电路与DC-DC直流电源的输入高端连接，DC-DC直流电源的输入低端接参考地，DC-DC直流电源的输出高端接中子管阳极；
所述开关电路根据启动变换电路的输出电压信号控制蓄电池V1与DC-DC直流电源输入高端的通断；
所述主高压V4的正极经过限流电阻R0后与中子管的阴极连接，并且接参考地，主高压V4的负极接地；
所述蓄电池V1、开关电路、DC-DC直流电源以及第一光电变换模块的光电变换部分均位于金属腔内，金属腔接参考地；
所述电池V2、开关K1以及第一光电变换模块的电光变换部分均位于操作箱内。
2.根据权利要求1所述的α伴随粒子中子管阳极直流电源电路，其特征在于：所述DC-DC直流电源的输出低端连接有稳流电路单元；
所述稳流电路单元包括采样电阻RJ、第二光电变换模块以及IF自控模块；
所述采样电阻RJ的一端与DC-DC直流电源的输出低端连接，另一端与第二光电变换模块的输出端连接，第二光电变换模块的输入端连接有IF自控模块；
所述第二光电变换模块的结构与第一光电变换模块结构相同；
所述第二光电变换模块的电光变换部分和采样电阻RJ均位于所述金属腔内，第二光电变换模块的光电变换部分位于操作箱内。
3.根据权利要求2所述的α伴随粒子中子管阳极直流电源电路，其特征在于：所述DC-DC直流电源的控制端连接有电压调节单元；
所述电压调节单元包括可调电源V3、第三光电变换模块；
所述可调电源V3与第三光电变换模块的输入端连接；第三光电变换模块的输出端与DC-DC直流电源模块的控制端连接并接参考地；
所述第三光电变换模块的结构与第一光电变换模块结构相同；所述第三光电变换模块的光电变换部分位于所述金属腔内，第三光电变换模块的电光变换位于操作箱内。
4.根据权利要求1所述的α伴随粒子中子管阳极直流电源电路，其特征在于：所述DC-DC直流电源的控制端连接有电压调节单元；
所述电压调节单元包括可调电源V3、第三光电变换模块；
所述可调电源V3与第三光电变换模块的输入端连接；第三光电变换模块的输出端与DC-DC直流电源模块的控制端连接并接参考地；
所述第三光电变换模块的结构与第一光电变换模块结构相同；
所述第三光电变换模块的光电变换部分位于所述金属腔内，第三光电变换模块的电光变换位于操作箱内。
5.根据权利要求1至4任一所述的α伴随粒子中子管阳极直流电源电路，其特征在于：所述开关电路包括第一功率MOS管VT1、电阻R1，第二功率MOS管VT2、电阻R2；
所述第一功率MOS管VT1的源极接蓄电池V1的正极以及电阻R1的一端，第一功率MOS管VT1的栅极接VT2的源极以及电阻R1的另一端；第一功率MOS管VT1的漏极与DC-DC直流电源的输入高端连接；
所述第二功率MOS管VT2的栅极接电阻R2的一端以及第一光电变换模块的输出端，VT2的漏极接参考地；R2的另一端接参考地。
6.根据权利要求5所述的α伴随粒子中子管阳极直流电源电路，其特征在于：所述电光变换部分沿电信号传输方向依次包括V/F变换电路、LED发光二极管，V/F变换将直流电压变成方波电压信号，LED发光二极管将方波电压信号变换为光信号；
所述光缆用于传输光信号；
所述光电变换部分沿电信号传输方向依次包括光敏三极管和F/V变换电路，光敏三极管将光信号变换为同频率的电压信号，F/V变换电路再将电压信号转换为直流电压。
7.根据权利要求2所述的α伴随粒子中子管阳极直流电源电路，其特征在于：所述稳流电路单元还包括Ia显示模块，所述Ia显示模块连接于第二光电变换模块的输入端且位于操作箱内。
8.根据权利要求3所述的α伴随粒子中子管阳极直流电源电路，其特征在于：所述电压调节单元还包括Va显示模块，所述Va显示模块与第三光电变换模块的输入端连接且位于操作箱内。
9.根据权利要求8所述的α伴随粒子中子管阳极直流电源电路，其特征在于：所述主高压V4为直流电压，其调节高度为150-180KV；
所述蓄电池V1为锂离子蓄电池，其电压为12V；
所述电池V2的电压为6-7V；
所述可调电源V3的电压可调范围为0-5V；
所述中子管的阳极电压Va为2-3KV；
所述蓄电池V1的容量为8Ah。
10.根据权利要求9所述的α伴随粒子中子管阳极直流电源电路，其特征在于：所述金属腔为密封腔，所述密封腔内设置有蓄电池充电插孔。
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