本發(fā)明涉及信號采集技術領域，具體地，涉及一種電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)、方法及脈沖測量系統(tǒng)。

背景技術：

反應堆核儀表系統(tǒng)主要用于連續(xù)監(jiān)測反應堆功率、功率變化等情況，測量范圍從反應堆中子源水平啟動到滿功率(或更高)運行，一般需要在多個量程段使用不同的測量儀表分段測量。在反應堆啟動階段，通常選擇計數(shù)管探測器配脈沖計數(shù)裝置測量反應堆功率及其變化率。通常用最高線性計數(shù)率作為衡量脈沖測量系統(tǒng)性能的一個重要指標。對于源區(qū)脈沖信號的測量儀表，該指標越高，其測量范圍越大，與核儀表系統(tǒng)中其他量程段的測量銜接性越好。

脈沖信號的測量原理通常有電壓靈敏型、電荷靈敏型和電流靈敏型的放大方法。其中，電流靈敏型的輸出脈沖的上升時間短、寬度窄且頻帶寬，可獲得較高的計數(shù)率，有利于與反應堆在源量程段和中間量程段的量程銜接。

已有資料描述的電流靈敏型放大器其匹配的電纜長度有限，通常用作前置放大器，上述不能單獨應用于核探測器的信號測量。一旦儀器需要維修更換，維護人員需要進入離堆芯較近的場所施工。該區(qū)域的輻射劑量較高，影響人員身體健康以及維修時間。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點和不足，提供一種電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)，該系統(tǒng)可對長電纜輸出的脈沖信號進行放大，且放大后的信號穩(wěn)定，能夠支持脈沖計數(shù)裝置穩(wěn)定對脈沖信號的穩(wěn)定測量，可應用于核儀表系統(tǒng)以及其他需要長電纜傳輸?shù)南到y(tǒng)中；本發(fā)明還提供了電流靈敏脈沖快放大方法以及基于電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)的脈沖測量系統(tǒng)。

本發(fā)明解決上述問題所采用的技術方案是：

電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)，包括n級依次串聯(lián)的放大電路、與最后一級放大電路的輸出端相連的甄別電路，n為不小于3的自然數(shù)；所有放大電路均為電流靈敏放大電路；第一級放大電路包括運算放大器U0、輸入電阻R0、反饋電阻R1；運算放大器U0的一個輸入端接地或通過一個輸入電阻接地，另一個輸入端通過輸入電阻R0連接電纜；反饋電阻R1連接在運算放大器U0的反相輸入端與輸出端之間；所述輸入電阻R0與電纜電阻匹配。前述輸入電阻R0與電纜電阻匹配是指匹配電阻R0阻值與所用電纜的特性阻抗值相近，以降低信號反射。在核測量領域中，由于測量對象信號微弱，直接引用通用的放大電路是不可能實現(xiàn)測量的。在核測量領域常用的方法一是匹配較短的電纜進行試驗性質(zhì)的研究，不具備工程應用條件；二是在探測器附近使用一個前置放大器，將信號放大后再通過長電纜送到后續(xù)放大電路中，但是這種應用中，探測器、前置放大器需要配合連接，相較于電纜直接連接探測器，前置放大器本身、前置放大器和探測器的連接都增加了故障的幾率，一旦前置放大器或者與其連接的儀器需要維修更換，維護人員需要進入離堆芯較近的場所施工，該區(qū)域的輻射劑量較高，影響人員身體健康以及維修時間。而本技術方案中采用不小于3級依次串聯(lián)的放大電路對長電纜輸出的信號進行放大，不必在靠近堆芯的區(qū)域設置前置放大器，而是通過長電纜直接連接探測器輸出信號，輸出的信號經(jīng)本技術方案中的電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)進行放大，就提高了靠近堆芯區(qū)域的探測器連接可靠性；且放大電路采用電流靈敏放大電路，從而采用電流靈敏型快放大方法：在核測量領域，對脈沖信號在穩(wěn)定測量的前提下，希望得到更高的線性計數(shù)率，相比于電壓型與電荷型來說，電流靈敏型在這方面的特性是最優(yōu)的。由于在核測量領域，該系統(tǒng)的測量對象信號幅度微弱，而系統(tǒng)放大倍數(shù)大于1000倍，需要多級放大才能穩(wěn)定地測量，因此本技術方案中設置至少3級放大電路，以充分滿足放大要求。電纜長度越長對信號的影響越大，包括噪聲以及降低信號頻率等方面的影響，影響了信號的穩(wěn)定測量以及計數(shù)率指標，因此電纜長度是制約脈沖測量系統(tǒng)工程應用的重要因素，采用本技術方案中的電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)可以支持120m長的電纜輸出信號的測量，滿足工程應用的要求。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述輸入電阻R0與電纜之間還連接有隔直電容C1，用于阻止高壓信號流入信號輸入端。

進一步，所述運算放大器U0為低噪聲寬頻帶集成運放，所述運算放大器U0的帶寬不低于30MHz，并且輸入電壓噪聲不超過輸入電流噪聲不超過由于高計數(shù)率的頻率是MHz級別，運算放大器U0的高頻帶是為保證實現(xiàn)高計數(shù)率的測量。由于本系統(tǒng)測量的信號很微弱，傳輸過程中的各環(huán)節(jié)噪聲對信號影響很大，運放的噪聲指標過高則會導致信號不能測量；故本技術方案中，運算放大器U0采用前述參數(shù)的低噪聲寬頻帶集成運放。

進一步，所述第一級放大電路還包括反饋電容C0，反饋電容C0與反饋電阻R1并聯(lián)。

進一步，所述運算放大器U0的同相輸入端接地或通過一個匹配電阻接地，反相輸入端通過輸入電阻R0連接電纜。

優(yōu)選的，n的值為3。

進一步，n級放大電路的結構相同，后一級放大電路的輸入端連接前一級放大電路的輸出端，最后一級放大電路的輸出端連接甄別電路的輸入端。

電流靈敏脈沖快放大方法，采用上述技術方案中的任一電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)對電纜輸出的信號進行放大后再輸入脈沖計數(shù)裝置。

脈沖測量系統(tǒng)，包括探測器、放大裝置和脈沖計數(shù)裝置，所述探測器與放大裝置之間通過長電纜連接，所述長電纜的長度小于或等于120m；所述放大裝置為上述技術方案中的任一所述的電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)，該電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)的輸出端連接脈沖計數(shù)裝置。

綜上，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明的電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)對長電纜輸出的脈沖信號進行放大，且放大后的信號穩(wěn)定，能夠支持脈沖計數(shù)裝置穩(wěn)定對脈沖信號的穩(wěn)定測量，可應用于核儀表系統(tǒng)以及其他需要長電纜傳輸?shù)南到y(tǒng)中；

2、本發(fā)明適用于探測器輸出的100μV左右的脈沖信號，脈沖計數(shù)裝置能夠穩(wěn)定測量120m長同軸電纜發(fā)送至的經(jīng)電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)放大后的脈沖信號，其最高線性計數(shù)率達到5×10⁵cps，支持的電纜長度最長可達120m。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2是第一級放大電路的一個具體實施例的電路圖。

具體實施方式

為了解決現(xiàn)有技術中電流靈敏型放大器通常用作前置放大器但是匹配的電纜長度有限、不能應用于需要較長的傳輸電纜的系統(tǒng)中的問題，本發(fā)明中采用多級放大電路加甄別電路對電纜輸出的脈沖信號進行放大，并且每級放大電路均采用電流靈敏型的放大，第一級放大電路使用低噪聲寬頻帶特性的集成運放，選擇合適的電阻匹配長電纜，選擇反饋電阻調(diào)節(jié)第一級放大電路的增益，以此實現(xiàn)在連接長電纜的條件下脈沖信號的快放大，便于脈沖計數(shù)裝置對脈沖信號的穩(wěn)定測量。下面結合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步地的詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此，圖中的只是本發(fā)明應用的一個示例，對本發(fā)明的原理沒有本質(zhì)性的約束。

實施例1：

如圖1所示，電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)，包括A₁～A_n共n級依次串聯(lián)的放大電路、與最后一級放大電路的輸出端相連的甄別電路，各級放大電路均為電流靈敏放大電路；脈沖信號經(jīng)各級放大電路放大后送入甄別電路C_z比較輸出。

如圖2所示，第一級放大電路包括一個運算放大器U0、一個輸入電阻R0、一個反饋電阻R1和一個隔直電容C1。輸入電阻R0用于串接匹配探測器電纜，反饋電阻R1用于調(diào)節(jié)運算放大器U0信號放大的倍數(shù)，隔直電容C1用于阻止高壓信號流入信號輸入端，因此：所述運算放大器U0的同相輸入端接地(實際應用中運算放大器U0的同相輸入端也可以通過一個匹配電阻接地)，反相輸入端連接電阻R0，電阻R0與探測器電纜之間還連接有隔直電容C0；反饋電阻R1連接在運算放大器U0的反相輸入端與輸出端之間。上述運算放大器U0使用低噪聲寬頻帶特性的集成運放，上述輸入電阻R0與電纜電阻匹配，即輸入電阻R0的阻值與電纜特性阻抗相近，以降低信號反射。第一級放大電路的輸入端即為輸入電阻R0與電纜相連的一端，輸出端即為運算放大器U0的輸出端。

工作時，計數(shù)管探測器輸出脈沖信號，第一級放大電路中的運算放大器U0的正端(同相輸入端)接地，負端(反向輸入端)“虛地”，電荷流過R1后形成電壓信號。集成運放具有寬頻帶特性，信號直接作用在反饋電阻R1上，輸出脈沖信號的時間特性與輸入脈沖信號的基本相同，實現(xiàn)了第一級電路的脈沖快放大。

第一級電路放大后的信號再經(jīng)過后續(xù)的n-1級放大電路以及甄別電路輸出，最后甄別電路的輸出信號幅度為TTL電平，實現(xiàn)了電流靈敏脈沖快放大。

本實施例中，運算放大器U0的帶寬不低于30MHz、輸入電壓噪聲在幾左右(不超過)、輸入電流噪聲在幾十左右(不超過)。由于信號微弱，且信號頻率高，選用寬頻帶的放大器因為信號頻率高要求放大器本身頻率特性要求，30MHz是根據(jù)測量指標的要求，選用低噪聲放大器是為了降低噪聲對信號的影響，即提高信噪比。

本實施例中的n的值為3，實際應用中，根據(jù)放大需要，n的取值也可以做微調(diào)，取不小于3的自然數(shù)即可。

輸入電阻R0、反饋電阻R1、隔直電容C1、反饋電容C0的取值可根據(jù)具體的使用需要設定參數(shù)，本實施例中以選用特性阻抗50歐姆的電纜為例，R0的阻值選取47歐姆，R1的阻值選取470歐姆，隔直電容C1選取0.33uF，反饋電容C0選取3pF。

電流靈敏脈沖快放大方法，采用上述的電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)對電纜輸出的信號進行放大后再輸入脈沖計數(shù)裝置。

本實施例中的電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)和方法，能夠支持脈沖計數(shù)裝置穩(wěn)定對脈沖信號的穩(wěn)定測量，適用于探測器輸出的100μV左右的脈沖信號，脈沖計數(shù)裝置能夠穩(wěn)定測量120m長同軸電纜發(fā)送至的經(jīng)電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)放大后的脈沖信號，其最高線性計數(shù)率達到5×10⁵cps(count per second，每秒的計數(shù)個數(shù))，即每秒鐘計數(shù)5×10⁵個，可應用于核儀表系統(tǒng)以及其他需要長電纜傳輸?shù)南到y(tǒng)中。

實施例2：

在實施例1的基礎上，為了使運算放大器U0輸出的信號更穩(wěn)定，避免造成相位滯后，所述第一級放大電路還包括反饋電容C0，反饋電容C0與反饋電阻R1并聯(lián)。在反饋電阻R1較小時，反饋電容C0的作用可忽略。具體地：本實施例中的電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)工作時，計數(shù)管探測器輸出脈沖信號，第一級放大電路中的運算放大器U0的正端(同相輸入端)接地，負端(反相輸入端)“虛地”，電荷流過R1形成電壓信號。運算放大器U0具有寬頻帶特性，反饋電容C0作用可忽略，信號不經(jīng)過積分，直接作用在反饋電阻R1上，輸出脈沖信號的時間特性與輸入脈沖信號的基本相同，實現(xiàn)了第一級電路的脈沖快放大。

實施例3：

在實施例1或?qū)嵤├?的基礎上，本實施例中對電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)進行進一步改進：

n級放大電路中，每級放大電路的結構均相同，即第二級至第n級放大電路的結構均與第一級放大電路的結構相同，第二級放大電路的隔直電容連接第一級放大電路的運算放大器的輸出端，第三級放大電路的隔直電容連接第二級放大電路的運算放大器的輸出端，以此類推；第n級放大電路的輸出端連接甄別電路的輸入端。

本實施例中，甄別電路采用信號測量技術領域常用的甄別電路即可，為現(xiàn)有技術，本實施例中不再贅述其結構。

實施例4：

脈沖測量系統(tǒng)，包括探測器、放大裝置和脈沖計數(shù)裝置，所述探測器與放大裝置之間通過長電纜連接，所述長電纜的長度為120m；所述放大裝置為實施例1或?qū)嵤├?或?qū)嵤├?中的電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)，該電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)的輸出端連接脈沖計數(shù)裝置。實際應用中，所述長電纜的長度可以根據(jù)實際使用需要調(diào)整得更短，但其最長長度能夠達到120m，電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)都能對其輸出的脈沖信號進行快速放大，得到穩(wěn)定的放大后脈沖信號，共脈沖計數(shù)裝置進行技術。本實施例中的電流靈敏脈沖快放大系統(tǒng)中的電纜即本實施例中的長電纜。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，應視為本發(fā)明的保護范圍。