模块式数字化核测量装置

摘要

本发明涉及核测量仪表领域，具体公开了一种模块式数字化核测量装置，包括CPU、IO板卡、总线、将220V交流电源转换为直流电源的低压单元和核测量专用板卡，所述IO板卡包括输入板卡、输出板卡、通讯卡，所述输入板卡、输出板卡、通讯卡均通过总线与CPU相连，所述核测量专用板卡与输入板卡相连；所述低压单元还与CPU、IO板卡和核测量专用板卡相连，向CPU、IO板卡和核测量专用板卡供电。本发明实现了反应堆核测量装置的模块式结构和数字化，满足核测量仪表低温度漂移、抗干扰能力强、通讯传输、数值计算的要求；还减少冗余模块，使得通用模块可以被重复利用，实现了模块的节省。

权利要求

1.模块式数字化核测量装置，其特征在于，包括 CPU、IO板卡、总线、将220V交流电源转换为直流电源的低压单元和核测量专用板卡，所述IO板卡通过总线与CPU相连；所述核测量专用板卡与IO板卡相连；所述低压单元还与CPU、IO板卡和核测量专用板卡相连，向CPU、IO板卡和核测量专用板卡供电；

所述IO板卡包括微处理器、双口RAM、基地址编码模块和通用板卡，所述双口RAM的左右两个端口中一个端口通过一组数据总线和地址总线与微处理器相连，另一个端口通过另一组数据总线和地址总线连接到总线上；

所述通用板卡与双口RAM、微处理器以及AT96总线相连，所述基地址编码模块与通用板卡相连。

2.根据权利要求1所述的模块式数字化核测量装置，其特征在于，所述IO板卡包括输入板卡、输出板卡和通讯卡，所述输入板卡、输出板卡和通讯卡均通过总线与CPU相连，所述核测量专用板卡与输入板卡相连。

3.根据权利要求2所述的模块式数字化核测量装置，其特征在于，所述通讯卡为CAN通讯卡。

4.根据权利要求1至3任一所述的模块式数字化核测量装置，其特征在于，所述总线采用AT96总线。

5.根据权利要求1至3任一所述的模块式数字化核测量装置，其特征在于，所述核测量专用板卡包括放大单元、用于向与模块式数字化核测量装置配合的一次仪表提供工作电源的高压单元，放大单元和高压单元均连接到IO板卡上。

6.根据权利要求5所述的模块式数字化核测量装置，其特征在于，所述放大单元包括脉冲计数卡、宽量程卡、对数电流卡、线性电流卡、核功率卡中的一种或几种。

说明书

模块式数字化核测量装置

技术领域

[0001] 本发明涉及核测量仪表领域，具体地，涉及一种模块式数字化核测量装置。

背景技术

[0002] 核测量仪表是反应堆控制保护系统的重要组成部分，它用来测量从中子源水平起到满功率的反应堆核功率、功率分布及功率变化（周期和变化率等），监督反应堆的操作和运行，为反应堆的保护系统和控制系统等提供必要的信号。它的保护通道部分属于核安全级（1E级）设备，要求具有高安全性、高可靠性。

[0003] 反应堆核测量仪表通过测量布置在反应堆周围的中子探测器输出信号，实现对反应堆功率的测量以及其他与功率相关参数的处理。由于反应堆功率的量程范围很宽，一般情况分为多个量程实现测试，因此反应堆核测量仪表通常集成了几种不同的测量装置。核测量仪表测量的信号微弱，容易受到干扰，以往核测量装置主要采用模拟技术实现测量和信号处理，针对每种测量装置设计开发一套产品；或者将信号测量与信号处理模块布置在不同的装置内，避免信号处理电路对信号测量电路的干扰。

[0004] 现在，随着技术的发展，反应堆核测量仪表已逐步淘汰模拟技术，向数字化方向发展，并且对数字化核测量仪表的低温度漂移、抗干扰能力、通讯传输、数值计算等提出了较高要求。因此，现有模拟技术中，针对每种测量装置设计开发一套产品；数字技术中将信号测量与信号处理模块布置在不同的装置内都存在着一些模块或产品的冗余，极大的浪费了产品资源。

发明内容

[0005] 本发明的目的就在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种模块式数字化核测量装置，该模块式数字化核测量装置实现了反应堆核测量装置的模块式结构和数字化，并且能够根据需要选用模块，不会造成模块冗余，节省资源。

[0006] 本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

[0007] 模块式数字化核测量装置，包括 CPU、IO板卡、总线、核测量专用板卡和将220V交流电源转换为直流电源的低压单元，所述IO板卡通过总线与CPU相连；所述核测量专用板卡与IO板卡相连；所述低压单元还与CPU、IO板卡和核测量专用板卡相连，向CPU、IO板卡和核测量专用板卡供电。

[0008] 现有技术中进行核测量时，模拟技术中针对每种测量装置设计开发一套产品；数字技术中将信号测量与信号处理模块布置在不同的装置内都存在着一些模块或产品的冗余，极大的浪费了产品资源。本申请的核测量专用板卡构成了信号测量电路，CPU和IO板卡构成了信号处理电路。本申请用数字技术实现信号处理电路的同时，将信号测量电路与信号处理电路放置在一个装置内，使用同一电源模块供电，通过电源分隔和滤波技术降低数字电路对信号测量的干扰，并且减少冗余模块；本发明采用模块化设计思想，将核测量装置模块分为专用板卡（包括放大单元和高压单元）和通用板卡（CPU、IO板卡和低压单元），不同测量装置只需要设计专用板卡，通用模块是相同的，可以应用在不同的核测量中，简单更换专用板卡既可以，使得通用模块可以被重复利用，间接实现了模块的节省。总之，本申请实现了反应堆核测量装置的模块式结构和数字化，满足核测量仪表低温度漂移、抗干扰能力强、通讯传输、数值计算的要求，节省了冗余模块。

[0009] 进一步，所述IO板卡包括输入板卡、输出板卡和通讯卡，所述输入板卡、输出板卡和通讯卡均通过总线与CPU相连，所述核测量专用板卡与输入板卡相连。输入板卡具有模拟量输入和开关量输入两种输入接口；所述输出板卡具有模拟量输出、开关量输出两种输出接口；

[0010] 进一步，所述IO板卡还包括微处理器和双口RAM，所述双口RAM的左右两个端口中一个端口通过一组数据总线和地址总线与微处理器相连，另一个端口通过另一组数据总线和地址总线连接到总线上。

[0011] 进一步，上述模块式数字化核测量装置还包括基地址编码模块和通用板卡，所述通用板卡与双口RAM、微处理器以及AT96总线相连，所述基地址编码模块与通用板卡相连。

[0012] 进一步，所述通讯卡为CAN通讯卡。

[0013] 进一步，所述总线采用AT96总线。

[0014] 进一步，所述核测量专用板卡包括放大单元、用于向与模块式数字化核测量装置配合的一次仪表提供工作电源的高压单元，放大单元和高压单元均连接到IO板卡上。

[0015] 进一步，所述放大单元包括脉冲计数卡、宽量程卡、对数电流卡、线性电流卡、核功率卡中的一种或几种。

[0016] 综上，本发明的有益效果是：

[0017] 本发明实现了反应堆核测量装置的模块式结构和数字化，满足核测量仪表低温度漂移、抗干扰能力强、通讯传输、数值计算的要求。

[0018] 本申请用数字技术实现信号处理电路的同时，将信号测量电路与信号处理电路放置在一个装置内，使用同一电源供电，通过电源分隔和滤波技术降低数字电路对信号测量的干扰，并且减少冗余模块；本发明采用模块化设计思想，将核测量装置模块分为专用板卡（包括放大单元和高压单元）和通用板卡（CPU、IO板卡和低压单元），不同测量装置只需要设计专用板卡，通用模块是相同的，可以应用在不同的核测量中，简单更换专用板卡既可以，使得通用模块可以被重复利用，间接实现了模块的节省。

附图说明

[0019] 图1是本发明的一个具体实施例的结构框图；

[0020] 图2是实施例2中通用板卡与双口RAM的连接示意图。

具体实施方式

[0021] 下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

[0022] 实施例1：

[0023] 如图1所示，

[0024] 模块式数字化核测量装置，包括 CPU、IO板卡、AT96总线、核测量专用板卡和将220V交流电源转换为直流电源并向其他模块供电的低压单元。

[0025] 所述IO板卡包括输入板卡、输出板卡、通讯卡，所述输入板卡、输出板卡、通讯卡均通过AT96总线与CPU相连，所述核测量专用板卡与输入板卡相连。

[0026] 所述低压单元还与CPU、IO板卡和核测量专用板卡相连，为这些模块供电。

[0027] 本实施例中，所述 CPU采用基于X86的CPU，所述通讯卡为CAN通讯卡，所述CPU具有以太网端口和CAN总线接口。

[0028] 核测量专用板卡主要用于在核测量中进行电流、脉冲个数或者核功率的测量，根据不同的测量类型可以配制不同的核测量专用板卡。

[0029] 本实施例中，模块式数字化核测量装置采用“基于X86的CPU+AT96总线+智能IO板卡+专用板卡+低压单元”的结构，在安装实施时，首先完成机箱级的硬件设备集成（即将模块式数字化核测量装置安装到机箱内），再将配置好的机箱安装机柜中，机箱之间通过CAN总线进行数据交换。

[0030] 本实施例中，核测量专用板卡构成了信号测量电路， CPU和IO板卡构成了信号处理电路。所述低压单元能够输出+15V、-15V和+5V三路电源，其中+15V、-15V专门用于模拟电源、+5V专门用于数字电源；三路电源通过DC-DC（直流转换电路）产生，DC-DC的输出端隔离，DC-DC外围设计低通滤波电路（电源分隔和滤波技术为现有技术，本实施例中不再赘述）。本申请用数字技术实现信号处理电路的同时，将信号测量电路与信号处理电路放置在一个装置内，使用同一电源供电，通过电源分隔和滤波技术降低数字电路对信号测量的干扰，并且减少冗余模块；本发明采用模块化设计思想，将核测量装置模块分为专用板卡（包括放大单元和高压单元）和通用板卡（CPU、IO板卡和低压单元），不同测量装置只需要设计专用板卡，通用模块是相同的，可以应用在不同的核测量中，简单更换专用板卡既可以，使得通用模块可以被重复利用，间接实现了模块的节省。总之，本申请实现了反应堆核测量装置的模块式结构和数字化，满足核测量仪表低温度漂移、抗干扰能力强、通讯传输、数值计算的要求，节省了冗余模块。

[0031] 本发明实现了反应堆核测量装置的模块式结构和数字化，满足核测量仪表低温度漂移、抗干扰能力强、通讯传输、数值计算的要求。

[0032] 实施例2：

[0033] 在实施例1的基础上，本实施例中对IO板卡进一步进行如下改进：

[0034] 如图2所示，所述IO板卡包括微处理器、双口RAM和通用板卡，所述双口RAM的左右两个端口中一个端口通过一组数据总线、控制总线和地址总线与微处理器相连，另一个端口也通过一组数据总线、控制总线和地址总线连接到AT96总线上；所述通用板卡与双口RAM、微处理器以及AT96总线相连。

[0035] 本实施例中通用板卡采用可编程逻辑器件（CPLD），其还连接有基地址编码模块；基地址编码模块用于处理器区分不同种类的通用板卡，并与其进行数据交互；不同的通用板卡在基地址编码模块中的基地址不同，处理器根据这个基地址就能区分通用板卡。

[0036] IO板卡在机箱内通过背板AT96总线与CPU进行数据交换。双口RAM作为CPU和IO板卡内部的微处理器“公用”的扩展存储空间，其左、右端口通过数据总线、控制总线和地址总线与微处理器和AT96总线分别相连，AT96总线连接到CPU上，微处理器和CPU通过可编程逻辑器件（CPLD）进行地址译码产生双口RAM左、右端口控制信号，从而实现双口RAM的读写操作。

[0037] 本实施例中，模块式数字化核测量装置采用异步机制设计，IO板卡与CPU通过双口RAM实现数据交互，IO板卡的微处理器与CPU无直接交互信号，提高了各模块间的独立性，进而实现IO板卡与处理板卡间的流程互不影响。

[0038] 实施例3：

[0039] 用于核仪表设计用的专业卡件通常包括：放大、高压等。因此在实施例1或实施例2的基础上，本实施例中对模块式数字化核测量装置进行如下改进：

[0040] 所述核测量专用板卡包括放大单元、高压单元，高压单元主要将核测量装置外部220V交流转换为直流电源向装置内其他模块供电；所述放大单元包括脉冲计数卡、宽量程卡、对数电流卡、线性电流卡、核功率卡中的一种或几种，根据实际测量需要选配相应的板卡，选用的板卡连接输入板卡的自定义接口即可。

[0041] 本实施例中放大单元、高压单元、低压单元的参数分别如下：

[0042] （1）放大单元

[0043] 脉冲计数卡：计数频率范围为0Hz 10MHz，用于脉冲计数测量，可以配中子计数管~使用；

[0044] 宽量程卡：计数率范围为0cps 1010cps，用于脉冲测量+坎贝尔测量，可以配中子裂~变室使用，在反应堆中子通量较低的范围内，应用脉冲计数测量；在反应堆中子通量较高的范围内，自动转成坎贝尔测量；

[0045] 对数电流卡：电流测量范围为1×10-11A 5×10-4A，用于对数测量电流，可以配中子~电离室使用；

[0046] 线性电流卡：电流测量范围为1×10-11A 1×10-3A，用于测量电流，线性自动换量~程，可以配中子电离室使用；

[0047] 核功率卡：反应堆额定功率范围为0.1%FP 150%FP，用于核功率测量，可以配中子~电离室使用。

[0048] （2）高压单元

[0049] 高压单元为与模块式数字化核测量装置配合的一次仪表提供工作电源，其参数为：0—1500V单或双路高压输出，正负高压可选；电压精度≤0.5%，纹波：VRMS≤5mV，VP-P≤15mV；单路输出功率≤1.5W，过压过流自动保护；隔离监测电压输出。

[0050] （3）低压单元

[0051] 低压单元还与CPU、IO板卡和核测量专用板卡相连，为这些模块供电，其参数设置为＋5V（8A）、±15V（各1A）三路独立输出；电压精度：≤0.1%，纹波：VRMS≤1mV，VP-P≤10mV；

[0052] 进一步，低压单元还可以进一步设置过压过流自动保护、交流电源控制开关、电源电压监测和报警功能。

[0053] 实施例4：

[0054] 在实施例1至3任一实施例的基础上，本实施例中提供一种IO板卡的具体实施方式。

[0055] 本实施例中，CPU、输入板卡、输出板卡、通讯卡的参数选择如下：

[0056] （1）微处理器

[0057] 采用AMD LX800 CPU（工作频率500MHz）、在板表面贴装256M RAM，具有2个10M/100M工业以太网端口、2路非智能隔离CAN总线接口、4路隔离数字量输入、4路隔离数字量输出、8路非隔离数字量输入、8路非隔离数字量输出，其驱动IO板卡能力按AT96标准设计。

[0058] （2）输入板卡

[0059] 智能型，内存映射方式与主机通信；具有24bit高速脉冲计数器2个、非隔离16bitA/D采集4路、非隔离12bitA/D采集11路、隔离12bitA/D采集1路，具有故障自诊断能力。

[0060] （3）输出板卡

[0061] 智能型，内存映射方式与主机通信，具有隔离高精度D/A模拟量输出8路（0V 10V或~4 20mA电流）、非隔离模拟量输出2路（0V 10V）、隔离数字量输出8路（继电器型）、非隔离数~ ~
字量输出8路，具有故障自诊断能力。

[0062] （4）CAN通讯卡

[0063] 智能型，内存映射方式与主机通信，具有独立的4路CAN通讯端口；CAN总线收发速率可编程设定，速率范围5kb/s～1000kb/s，分11级；光电耦合隔离，自带隔离电源，隔离电压1500V；具有故障自诊断能力。

[0064] 上述4个实施例提出的模块式数字化核测量装置已用于在反应堆的实际工程中进行了试验，并按照标准要求依次完成了功能性能、电源电压波动、低温、高温、交变湿热、冲击、振动、电磁兼容和72h稳定性等验证试验，所有试验结果均表明满足设计要求。

[0065] 以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。