本發(fā)明涉及核測(cè)量?jī)x表領(lǐng)域，具體地，涉及一種模塊式數(shù)字化核測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

核測(cè)量?jī)x表是反應(yīng)堆控制保護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分，它用來(lái)測(cè)量從中子源水平起到滿功率的反應(yīng)堆核功率、功率分布及功率變化（周期和變化率等），監(jiān)督反應(yīng)堆的操作和運(yùn)行，為反應(yīng)堆的保護(hù)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等提供必要的信號(hào)。它的保護(hù)通道部分屬于核安全級(jí)（1E級(jí)）設(shè)備，要求具有高安全性、高可靠性。

反應(yīng)堆核測(cè)量?jī)x表通過測(cè)量布置在反應(yīng)堆周圍的中子探測(cè)器輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)堆功率的測(cè)量以及其他與功率相關(guān)參數(shù)的處理。由于反應(yīng)堆功率的量程范圍很寬，一般情況分為多個(gè)量程實(shí)現(xiàn)測(cè)試，因此反應(yīng)堆核測(cè)量?jī)x表通常集成了幾種不同的測(cè)量裝置。核測(cè)量?jī)x表測(cè)量的信號(hào)微弱，容易受到干擾，以往核測(cè)量裝置主要采用模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)量和信號(hào)處理，針對(duì)每種測(cè)量裝置設(shè)計(jì)開發(fā)一套產(chǎn)品；或者將信號(hào)測(cè)量與信號(hào)處理模塊布置在不同的裝置內(nèi)，避免信號(hào)處理電路對(duì)信號(hào)測(cè)量電路的干擾。

現(xiàn)在，隨著技術(shù)的發(fā)展，反應(yīng)堆核測(cè)量?jī)x表已逐步淘汰模擬技術(shù)，向數(shù)字化方向發(fā)展，并且對(duì)數(shù)字化核測(cè)量?jī)x表的低溫度漂移、抗干擾能力、通訊傳輸、數(shù)值計(jì)算等提出了較高要求。因此，現(xiàn)有模擬技術(shù)中，針對(duì)每種測(cè)量裝置設(shè)計(jì)開發(fā)一套產(chǎn)品；數(shù)字技術(shù)中將信號(hào)測(cè)量與信號(hào)處理模塊布置在不同的裝置內(nèi)都存在著一些模塊或產(chǎn)品的冗余，極大的浪費(fèi)了產(chǎn)品資源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種模塊式數(shù)字化核測(cè)量裝置，該模塊式數(shù)字化核測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)堆核測(cè)量裝置的模塊式結(jié)構(gòu)和數(shù)字化，并且能夠根據(jù)需要選用模塊，不會(huì)造成模塊冗余，節(jié)省資源。

本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案是：

模塊式數(shù)字化核測(cè)量裝置，包括 CPU、IO板卡、總線、核測(cè)量專用板卡和將220V交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源的低壓?jiǎn)卧?，所述IO板卡通過總線與CPU相連；所述核測(cè)量專用板卡與IO板卡相連；所述低壓?jiǎn)卧€與CPU、IO板卡和核測(cè)量專用板卡相連，向CPU、IO板卡和核測(cè)量專用板卡供電。

現(xiàn)有技術(shù)中進(jìn)行核測(cè)量時(shí)，模擬技術(shù)中針對(duì)每種測(cè)量裝置設(shè)計(jì)開發(fā)一套產(chǎn)品；數(shù)字技術(shù)中將信號(hào)測(cè)量與信號(hào)處理模塊布置在不同的裝置內(nèi)都存在著一些模塊或產(chǎn)品的冗余，極大的浪費(fèi)了產(chǎn)品資源。本申請(qǐng)的核測(cè)量專用板卡構(gòu)成了信號(hào)測(cè)量電路，CPU和IO板卡構(gòu)成了信號(hào)處理電路。本申請(qǐng)用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理電路的同時(shí)，將信號(hào)測(cè)量電路與信號(hào)處理電路放置在一個(gè)裝置內(nèi)，使用同一電源模塊供電，通過電源分隔和濾波技術(shù)降低數(shù)字電路對(duì)信號(hào)測(cè)量的干擾，并且減少冗余模塊；本發(fā)明采用模塊化設(shè)計(jì)思想，將核測(cè)量裝置模塊分為專用板卡（包括放大單元和高壓?jiǎn)卧┖屯ㄓ冒蹇ǎ–PU、IO板卡和低壓?jiǎn)卧?，不同測(cè)量裝置只需要設(shè)計(jì)專用板卡，通用模塊是相同的，可以應(yīng)用在不同的核測(cè)量中，簡(jiǎn)單更換專用板卡既可以，使得通用模塊可以被重復(fù)利用，間接實(shí)現(xiàn)了模塊的節(jié)省。總之，本申請(qǐng)實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)堆核測(cè)量裝置的模塊式結(jié)構(gòu)和數(shù)字化，滿足核測(cè)量?jī)x表低溫度漂移、抗干擾能力強(qiáng)、通訊傳輸、數(shù)值計(jì)算的要求，節(jié)省了冗余模塊。

進(jìn)一步，所述IO板卡包括輸入板卡、輸出板卡和通訊卡，所述輸入板卡、輸出板卡和通訊卡均通過總線與CPU相連，所述核測(cè)量專用板卡與輸入板卡相連。輸入板卡具有模擬量輸入和開關(guān)量輸入兩種輸入接口；所述輸出板卡具有模擬量輸出、開關(guān)量輸出兩種輸出接口；

進(jìn)一步，所述IO板卡還包括微處理器和雙口RAM，所述雙口RAM的左右兩個(gè)端口中一個(gè)端口通過一組數(shù)據(jù)總線和地址總線與微處理器相連，另一個(gè)端口通過另一組數(shù)據(jù)總線和地址總線連接到總線上。

進(jìn)一步，上述模塊式數(shù)字化核測(cè)量裝置還包括基地址編碼模塊和通用板卡，所述通用板卡與雙口RAM、微處理器以及AT96總線相連，所述基地址編碼模塊與通用板卡相連。

進(jìn)一步，所述通訊卡為CAN通訊卡。

進(jìn)一步，所述總線采用AT96總線。

進(jìn)一步，所述核測(cè)量專用板卡包括放大單元、用于向與模塊式數(shù)字化核測(cè)量裝置配合的一次儀表提供工作電源的高壓?jiǎn)卧糯髥卧透邏簡(jiǎn)卧B接到IO板卡上。

進(jìn)一步，所述放大單元包括脈沖計(jì)數(shù)卡、寬量程卡、對(duì)數(shù)電流卡、線性電流卡、核功率卡中的一種或幾種。

綜上，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)堆核測(cè)量裝置的模塊式結(jié)構(gòu)和數(shù)字化，滿足核測(cè)量?jī)x表低溫度漂移、抗干擾能力強(qiáng)、通訊傳輸、數(shù)值計(jì)算的要求。

本申請(qǐng)用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理電路的同時(shí)，將信號(hào)測(cè)量電路與信號(hào)處理電路放置在一個(gè)裝置內(nèi)，使用同一電源供電，通過電源分隔和濾波技術(shù)降低數(shù)字電路對(duì)信號(hào)測(cè)量的干擾，并且減少冗余模塊；本發(fā)明采用模塊化設(shè)計(jì)思想，將核測(cè)量裝置模塊分為專用板卡（包括放大單元和高壓?jiǎn)卧┖屯ㄓ冒蹇ǎ–PU、IO板卡和低壓?jiǎn)卧煌瑴y(cè)量裝置只需要設(shè)計(jì)專用板卡，通用模塊是相同的，可以應(yīng)用在不同的核測(cè)量中，簡(jiǎn)單更換專用板卡既可以，使得通用模塊可以被重復(fù)利用，間接實(shí)現(xiàn)了模塊的節(jié)省。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是實(shí)施例2中通用板卡與雙口RAM的連接示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1：

如圖1所示，

模塊式數(shù)字化核測(cè)量裝置，包括 CPU、IO板卡、AT96總線、核測(cè)量專用板卡和將220V交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源并向其他模塊供電的低壓?jiǎn)卧?/p>

所述IO板卡包括輸入板卡、輸出板卡、通訊卡，所述輸入板卡、輸出板卡、通訊卡均通過AT96總線與CPU相連，所述核測(cè)量專用板卡與輸入板卡相連。

所述低壓?jiǎn)卧€與CPU、IO板卡和核測(cè)量專用板卡相連，為這些模塊供電。

本實(shí)施例中，所述 CPU采用基于X86的CPU，所述通訊卡為CAN通訊卡，所述CPU具有以太網(wǎng)端口和CAN總線接口。

核測(cè)量專用板卡主要用于在核測(cè)量中進(jìn)行電流、脈沖個(gè)數(shù)或者核功率的測(cè)量，根據(jù)不同的測(cè)量類型可以配制不同的核測(cè)量專用板卡。

本實(shí)施例中，模塊式數(shù)字化核測(cè)量裝置采用“基于X86的CPU+AT96總線+智能IO板卡+專用板卡+低壓?jiǎn)卧钡慕Y(jié)構(gòu)，在安裝實(shí)施時(shí)，首先完成機(jī)箱級(jí)的硬件設(shè)備集成（即將模塊式數(shù)字化核測(cè)量裝置安裝到機(jī)箱內(nèi)），再將配置好的機(jī)箱安裝機(jī)柜中，機(jī)箱之間通過CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

本實(shí)施例中，核測(cè)量專用板卡構(gòu)成了信號(hào)測(cè)量電路， CPU和IO板卡構(gòu)成了信號(hào)處理電路。所述低壓?jiǎn)卧軌蜉敵?15V、-15V和+5V三路電源，其中+15V、-15V專門用于模擬電源、+5V專門用于數(shù)字電源；三路電源通過DC-DC（直流轉(zhuǎn)換電路）產(chǎn)生，DC-DC的輸出端隔離，DC-DC外圍設(shè)計(jì)低通濾波電路（電源分隔和濾波技術(shù)為現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)施例中不再贅述）。本申請(qǐng)用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理電路的同時(shí)，將信號(hào)測(cè)量電路與信號(hào)處理電路放置在一個(gè)裝置內(nèi)，使用同一電源供電，通過電源分隔和濾波技術(shù)降低數(shù)字電路對(duì)信號(hào)測(cè)量的干擾，并且減少冗余模塊；本發(fā)明采用模塊化設(shè)計(jì)思想，將核測(cè)量裝置模塊分為專用板卡（包括放大單元和高壓?jiǎn)卧┖屯ㄓ冒蹇ǎ–PU、IO板卡和低壓?jiǎn)卧?，不同測(cè)量裝置只需要設(shè)計(jì)專用板卡，通用模塊是相同的，可以應(yīng)用在不同的核測(cè)量中，簡(jiǎn)單更換專用板卡既可以，使得通用模塊可以被重復(fù)利用，間接實(shí)現(xiàn)了模塊的節(jié)省?？傊?，本申請(qǐng)實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)堆核測(cè)量裝置的模塊式結(jié)構(gòu)和數(shù)字化，滿足核測(cè)量?jī)x表低溫度漂移、抗干擾能力強(qiáng)、通訊傳輸、數(shù)值計(jì)算的要求，節(jié)省了冗余模塊。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)堆核測(cè)量裝置的模塊式結(jié)構(gòu)和數(shù)字化，滿足核測(cè)量?jī)x表低溫度漂移、抗干擾能力強(qiáng)、通訊傳輸、數(shù)值計(jì)算的要求。

實(shí)施例2：

在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例中對(duì)IO板卡進(jìn)一步進(jìn)行如下改進(jìn)：

如圖2所示，所述IO板卡包括微處理器、雙口RAM和通用板卡，所述雙口RAM的左右兩個(gè)端口中一個(gè)端口通過一組數(shù)據(jù)總線、控制總線和地址總線與微處理器相連，另一個(gè)端口也通過一組數(shù)據(jù)總線、控制總線和地址總線連接到AT96總線上；所述通用板卡與雙口RAM、微處理器以及AT96總線相連。

本實(shí)施例中通用板卡采用可編程邏輯器件（CPLD），其還連接有基地址編碼模塊；基地址編碼模塊用于處理器區(qū)分不同種類的通用板卡，并與其進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；不同的通用板卡在基地址編碼模塊中的基地址不同，處理器根據(jù)這個(gè)基地址就能區(qū)分通用板卡。

IO板卡在機(jī)箱內(nèi)通過背板AT96總線與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。雙口RAM作為CPU和IO板卡內(nèi)部的微處理器“公用”的擴(kuò)展存儲(chǔ)空間，其左、右端口通過數(shù)據(jù)總線、控制總線和地址總線與微處理器和AT96總線分別相連，AT96總線連接到CPU上，微處理器和CPU通過可編程邏輯器件（CPLD）進(jìn)行地址譯碼產(chǎn)生雙口RAM左、右端口控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)雙口RAM的讀寫操作。

本實(shí)施例中，模塊式數(shù)字化核測(cè)量裝置采用異步機(jī)制設(shè)計(jì)，IO板卡與CPU通過雙口RAM實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，IO板卡的微處理器與CPU無(wú)直接交互信號(hào)，提高了各模塊間的獨(dú)立性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)IO板卡與處理板卡間的流程互不影響。

實(shí)施例3：

用于核儀表設(shè)計(jì)用的專業(yè)卡件通常包括：放大、高壓等。因此在實(shí)施例1或?qū)嵤├?的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例中對(duì)模塊式數(shù)字化核測(cè)量裝置進(jìn)行如下改進(jìn)：

所述核測(cè)量專用板卡包括放大單元、高壓?jiǎn)卧邏簡(jiǎn)卧饕獙⒑藴y(cè)量裝置外部220V交流轉(zhuǎn)換為直流電源向裝置內(nèi)其他模塊供電；所述放大單元包括脈沖計(jì)數(shù)卡、寬量程卡、對(duì)數(shù)電流卡、線性電流卡、核功率卡中的一種或幾種，根據(jù)實(shí)際測(cè)量需要選配相應(yīng)的板卡，選用的板卡連接輸入板卡的自定義接口即可。

本實(shí)施例中放大單元、高壓?jiǎn)卧?、低壓?jiǎn)卧膮?shù)分別如下：

（1）放大單元

脈沖計(jì)數(shù)卡：計(jì)數(shù)頻率范圍為0Hz~10MHz，用于脈沖計(jì)數(shù)測(cè)量，可以配中子計(jì)數(shù)管使用；

寬量程卡：計(jì)數(shù)率范圍為0cps~10¹⁰cps，用于脈沖測(cè)量+坎貝爾測(cè)量，可以配中子裂變室使用，在反應(yīng)堆中子通量較低的范圍內(nèi)，應(yīng)用脈沖計(jì)數(shù)測(cè)量；在反應(yīng)堆中子通量較高的范圍內(nèi)，自動(dòng)轉(zhuǎn)成坎貝爾測(cè)量；

對(duì)數(shù)電流卡：電流測(cè)量范圍為1×10^-11A~5×10^-4A，用于對(duì)數(shù)測(cè)量電流，可以配中子電離室使用；

線性電流卡：電流測(cè)量范圍為1×10^-11A~1×10^-3A，用于測(cè)量電流，線性自動(dòng)換量程，可以配中子電離室使用；

核功率卡：反應(yīng)堆額定功率范圍為0.1%FP~150%FP，用于核功率測(cè)量，可以配中子電離室使用。

（2）高壓?jiǎn)卧?/p>

高壓?jiǎn)卧獮榕c模塊式數(shù)字化核測(cè)量裝置配合的一次儀表提供工作電源，其參數(shù)為：0—1500V單或雙路高壓輸出，正負(fù)高壓可選；電壓精度≤0.5%，紋波：VRMS≤5mV，VP-P≤15mV；單路輸出功率≤1.5W，過壓過流自動(dòng)保護(hù)；隔離監(jiān)測(cè)電壓輸出。

（3）低壓?jiǎn)卧?/p>

低壓?jiǎn)卧€與CPU、IO板卡和核測(cè)量專用板卡相連，為這些模塊供電，其參數(shù)設(shè)置為＋5V（8A）、±15V（各1A）三路獨(dú)立輸出；電壓精度：≤0.1%，紋波：VRMS≤1mV，VP-P≤10mV；

進(jìn)一步，低壓?jiǎn)卧€可以進(jìn)一步設(shè)置過壓過流自動(dòng)保護(hù)、交流電源控制開關(guān)、電源電壓監(jiān)測(cè)和報(bào)警功能。

實(shí)施例4：

在實(shí)施例1至3任一實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例中提供一種IO板卡的具體實(shí)施方式。

本實(shí)施例中，CPU、輸入板卡、輸出板卡、通訊卡的參數(shù)選擇如下：

（1）微處理器

采用AMD LX800 CPU（工作頻率500MHz）、在板表面貼裝256M RAM，具有2個(gè)10M/100M工業(yè)以太網(wǎng)端口、2路非智能隔離CAN總線接口、4路隔離數(shù)字量輸入、4路隔離數(shù)字量輸出、8路非隔離數(shù)字量輸入、8路非隔離數(shù)字量輸出，其驅(qū)動(dòng)IO板卡能力按AT96標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

（2）輸入板卡

智能型，內(nèi)存映射方式與主機(jī)通信；具有24bit高速脈沖計(jì)數(shù)器2個(gè)、非隔離16bitA/D采集4路、非隔離12bitA/D采集11路、隔離12bitA/D采集1路，具有故障自診斷能力。

（3）輸出板卡

智能型，內(nèi)存映射方式與主機(jī)通信，具有隔離高精度D/A模擬量輸出8路（0V~10V或4~20mA電流）、非隔離模擬量輸出2路（0V~10V）、隔離數(shù)字量輸出8路（繼電器型）、非隔離數(shù)字量輸出8路，具有故障自診斷能力。

（4）CAN通訊卡

智能型，內(nèi)存映射方式與主機(jī)通信，具有獨(dú)立的4路CAN通訊端口；CAN總線收發(fā)速率可編程設(shè)定，速率范圍5kb/s～1000kb/s，分11級(jí)；光電耦合隔離，自帶隔離電源，隔離電壓1500V；具有故障自診斷能力。

上述4個(gè)實(shí)施例提出的模塊式數(shù)字化核測(cè)量裝置已用于在反應(yīng)堆的實(shí)際工程中進(jìn)行了試驗(yàn)，并按照標(biāo)準(zhǔn)要求依次完成了功能性能、電源電壓波動(dòng)、低溫、高溫、交變濕熱、沖擊、振動(dòng)、電磁兼容和72h穩(wěn)定性等驗(yàn)證試驗(yàn)，所有試驗(yàn)結(jié)果均表明滿足設(shè)計(jì)要求。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。