带有中子计数反馈的中子发生器控制系统的研制

发布时间：2020-12-09 02:00

　　中子发生器是一种小型加速器中子源,它具有产额高、单色性好、安全可控、体积小等优点,目前在石油测井、爆炸物检测、放射性治疗等领域有着重要的应用价值。由于国内的中子管中子发生器技术起步比较晚,中子发生器的自动化程度还不够高。在设备的运行过程中,常常需要操作人员的干预,而且还存在中子产额稳定性不高、异常处理机制欠缺的问题。本文针对上述问题,设计了一款新型中子发生器闭环控制系统,该控制系统以He-3中子探测器作为中子产额的监测设备,通过嵌入式硬件系统和中子闭环控制算法来自行调整中子发生器电参数,提高了中子产额的稳定性、节省了人力成本。并且控制系统具有错误诊断与自保护机制,一旦设备出现故障,系统通过分析电参数的变化情况,找出故障原因并开启相应的保护机制,将危险和损失降到最低。该中子发生器控制系统主要分为硬件设计和软件设计两部分。在硬件方面,系统包括主控电路、储存器电源、离子源电源、加速极电源、中子探测器和工控机。其中主控电路是硬件系统的核心,它由核心控制板和驱动板组成,核心控制板以TI公司的高性能DSP TMS320F2810控制芯片为核心,它控制着驱动板。驱动板由DA转换电路、AD采集电路、串... 

【文章来源】：东北师范大学吉林省 211工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

中子发生器整体结构框图

最终产生稳定的中子。中子发生器整体结构框图如图 2.1 所示。图 2.1 中子发生器整体结构框图2.2 密封中子管结构中子管是一种小型加速器中子源，它将储存器、离子源、高压加速电极和靶全部真空密封在一支玻璃或陶瓷等管内。相较于反应堆、大型加速器等中子源，它体积小、运输方便、产额稳定，在元素分析等领域有重要的应用[20]。其中 ZFD-1型自成靶中子管的结构如图 2.2 所示。图 2.2 中子管结构

11图 3.2 核心控制板结构图3.2.1 主控芯片的选型主控芯片是中子发生器控制系统的核心部件，其性能直接影响着整个中子发生器的工作性能，因此本文首先进行主控芯片的选型工作。现今流行的微控制器主要有 51 单片机系列、凌阳单片机系列、DSP 系列、ARM 系列、FPGA 系列。51 单片机系列、凌阳单片机系列虽然结构简单、价格低廉，但其 CPU 运行速度、可靠性等不高[22]。FPGA 是在 CPLD 的基础上进一步发展的产物，它依靠硬件描述语言来完成电路设计，电路结构没有固定，可以根据实际的要求进行更改，使用起来灵活、方便，用来实现复杂的时序逻辑设计，但没有集成的 ADC 外设、DAC 等外设，不适合作为控制器[23]。ARM 虽然外设较多、功耗低，但数据处理能力等方面不如 DSP，由于以后需要在主控芯片中加入一些稳定算法，进行大量数据运算，综合考虑，本文选用 DSP 芯片[24]。TMS320C2000 系列是 DSP 中的最适合工业控制领域的，本文选用 C2000 系列中小体积封装的 TMS320F2810PBKA 作为控制系统的核心控制器


本文编号：2906055