發布日期：2022-04-18 點擊率：75
應用領域：
核測量
使用的產品：
PCI-6602，LabWindows 6.1
挑戰：
該系統要求實時監測核脈沖信號的頻率，并能按照設定時間間隔連續監測各時間間隔的核脈沖個數。由于核脈沖具有隨機性大、局部頻率高的特點，要求測量硬件具有較高的響應速度，同時不能采用普通的測量周期信號的辦法來測量核脈沖的頻率，必須利用硬件的特點開發新的測量算法。另外，要實現規定時間間隔內的連續精確測量難度較大。以上都是研制該系統時遇到的重大挑戰。
應用方案：
利用NI公司的PCI-6602硬件，充分發揮該硬件的技術特點，采用LabWindows 6.1開發出符合用戶要求的軟件，最終實現三個核脈沖通道的計數率實時監測以及規定時間間隔內的連續精確測量。
文章摘要：
該文介紹了利用NI公司的PCI-6602硬件以及LabWindows 6.1開發環境研制的中國實驗快堆物理啟動數據采集系統的基本原理，實現了三個核脈沖通道的計數率實時監測以及規定時間間隔內的連續精確測量，克服了主要的技術難點，取得了滿意的技術指標，達到了設計要求。
正文：
1． 設計要求
中國實驗快堆物理啟動數據采集系統是在中國實驗快堆物理啟動階段必不可少的系統，它通過安裝在堆芯中的中子探測器實時監測堆芯中子強度的變化來了解物理啟動過程中的參數變化，從而為物理啟動的有序控制提供重要依據。該系統一共有3路核脈沖輸入通道，采用BNC插頭，接口電平為5V/TTL電平，核脈沖的最大計數率為5×106。以時間為橫坐標，計數率為縱坐標，以三種顏色曲線動態顯示3路核脈沖計數通道的計數率實時變化。三個通道的曲線可以根據用戶意愿決定單獨顯示某一路，某兩路或三路同時顯示。要求用戶可以在軟件面板上設置計數時間間隔和采集計數的個數，可以隨時啟動3路核脈沖輸入通道多個連續時間間隔內脈沖個數的精確測量，其中前后兩次時間間隔測量要實現無縫連結，即不允許有任何測量中斷。
2． 技術方案
考慮到該應用主要是需要對核脈沖進行計數處理，因此我們選擇NI公司的PCI-6022作為硬件，該計數卡具有8個計數通道，每個通道之間能夠通過內部總線實現同步操作，各通道的最大計數頻率可以達到2×107，從硬件指標上完全滿足該應用的需求。我們選用LabWindows 6.1作為軟件開發環境，它提供的Traditional DAQ函數庫支持對PCI-6022的操作，因此方便了程序設計。
該應用主要需要實現兩個主要功能，一是實現３路核脈沖輸入通道的計數率的實時監測，二是實現3路核脈沖輸入通道多個連續時間間隔內脈沖個數的精確測量。其中第一個功能實際上是需要監測３路核脈沖的頻率，而DAQ函數庫中提供了求脈沖寬度和脈沖周期的函數，似乎利用求得的脈沖周期很容易算出脈沖的頻率，第一個功能可以輕易的實現。但事實并非如此，測量脈沖周期的函數只適合周期信號測量，對于隨機性較大的核脈沖信號它的測量是不準確的，這是因為它主要依靠最近兩次脈沖間隔來估計脈沖頻率的，利用隨機出現的最近兩次核脈沖間隔來估計核脈沖的計數率顯然會以偏概全。因此，必須設計新的測量原理。經過分析發現，PCI-6022分別具有產生指定寬度的脈沖和在參考脈沖下計數的功能。如果能將這兩種功能很好的結合起來，利用一個通道產生寬度為1秒的脈沖，并將該脈沖引入另一個通道作為參考門信號，使該通道在該門信號范圍內計數，則該計數結果即為該通道輸入的核脈沖的計數率。利用該原理監測到的計數率能夠取得非常高的精度，因為它是直接根據計數率的定義（單位時間內的計數）來進行監測的。利用該測量原理監測3路核脈沖的計數率一共需要4個計數通道，其中一個計數通道用于產生參考門信號，另外3個計數通道為3路核脈沖的輸入通道。下圖是實現該測量原理的時序圖。
圖1 PCI-6602產生脈寬和脈寬測量的時序原理圖
第二個功能是該系統開發中的技術難點，需要實現多個連續時間間隔內核脈沖計數的不間斷測量。上面介紹的測量原理可以實現一定時間間隔內核脈沖計數的單次測量，但不能實現多個連續時間間隔內的不間斷測量。因此，必須為第二個功能的實現再一次尋找新的測量原理。下圖顯示的即是所采用的新的測量原理的時序圖。
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