本文關(guān)鍵詞：電可控脈沖式中子發(fā)生器控制臺的設(shè)計與實現(xiàn)

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【摘要】：脈沖式中子發(fā)生器具有中子能量高、單色性好、產(chǎn)額可控和使用安全等特性,可產(chǎn)生脈沖中子對物質(zhì)進(jìn)行元素分析,主要應(yīng)用于爆炸物檢測、石油測井和煤質(zhì)分析等方面。為了提高元素分析精度,本文針對東北師范大學(xué)ZFD-1型自成靶陶瓷中子管,設(shè)計了一種電可控脈沖式中子發(fā)生器控制臺。本文分析了ZFD-1型自成靶陶瓷中子管結(jié)構(gòu)及工作原理,詳細(xì)介紹了電可控脈沖式中子發(fā)生器控制臺的硬件設(shè)計過程和軟件實現(xiàn)方法。硬件方面,在傳統(tǒng)控制臺儲存器驅(qū)動電源、離子源驅(qū)動電源和高壓源驅(qū)動電源的基礎(chǔ)上,以DSP為核心控制器,實現(xiàn)了DA輸出功能、AD數(shù)據(jù)采集功能、串口通信功能、無線通信功能和計時功能等;以CPLD為輔助控制器設(shè)計了脈沖時序控制電路,實現(xiàn)了離子源觸發(fā)脈沖及同步觸發(fā)脈沖的功能。軟件方面,主要完成了DSP的C語言編程,CPLD的Verilog程序設(shè)計和上位機(jī)軟件的開發(fā)。傳統(tǒng)的控制臺通信協(xié)議無校驗,工業(yè)場合可靠性差,本論文選取了Modbus-RTU協(xié)議,進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和容錯能力。電可控脈沖式中子發(fā)生器控制臺可工作在三種工作模式,直流模式、單一脈沖模式和復(fù)合脈沖模式。在相應(yīng)的工作模式下,中子發(fā)生器將會產(chǎn)生直流中子,單一脈沖中子和復(fù)合脈沖中子。直流模式下,中子發(fā)生器的中子產(chǎn)額穩(wěn)定性明顯提高。理論和實驗均已證明,中子發(fā)生器工作于脈沖模式可以使元素分析的精度進(jìn)一步提高。脈沖模式下,中子發(fā)生器可以工作在快-慢脈沖狀態(tài),在快脈沖期間,中子發(fā)射用于檢測適合于快中子非彈性散射(n,n')的物質(zhì),間隔用于檢測適合于慢中子輻射俘獲(n,?)的物質(zhì),在慢脈沖過后檢測適合于中子活化的物質(zhì)。電可控脈沖式中子發(fā)生器控制臺實際測試結(jié)果:儲存器電流的調(diào)整范圍和調(diào)整精度分別為0-1.2A和0.5mA,離子源電壓的調(diào)整范圍和調(diào)整精度分別為0-2500V和1V,高壓源電壓的調(diào)整范圍和調(diào)整精度分別為0-130kV和0.06kV。直流模式下,中子發(fā)生器的穩(wěn)定性達(dá)到2%;單脈沖模式下,最小脈沖寬度達(dá)到10us,最大脈沖頻率達(dá)到10kHz。該中子發(fā)生器目前已經(jīng)在國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項“工業(yè)物料成分實時在線檢測儀器的開發(fā)與應(yīng)用(2013YQ040861)”中使用,滿足項目總體的要求,運行良好。
【關(guān)鍵詞】：脈沖中子發(fā)生器 DSP CPLD 控制 電路設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O571.53;TP273
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 引言10-13
• 1.1 研究背景及意義10
• 1.2 國內(nèi)外的研究進(jìn)展10-11
• 1.3 論文研究的主要內(nèi)容11-12
• 1.4 本章小結(jié)12-13
• 第2章 中子發(fā)生器的結(jié)構(gòu)及原理13-16
• 2.1 中子發(fā)生器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)13
• 2.2 中子管結(jié)構(gòu)13-14
• 2.2.1 儲存器14
• 2.2.2 離子源14
• 2.2.3 高壓源14
• 2.2.4 靶14
• 2.3 中子發(fā)生器電路構(gòu)成14-15
• 2.3.1 中子發(fā)生器控制臺14
• 2.3.2 儲存器驅(qū)動電源14-15
• 2.3.3 離子源驅(qū)動電源15
• 2.3.4 高壓源驅(qū)動電源15
• 2.4 本章小結(jié)15-16
• 第3章 控制臺的硬件設(shè)計與實現(xiàn)16-30
• 3.1 控制臺硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計16-17
• 3.2 核心控制板設(shè)計17-26
• 3.2.1 DSP芯片選型18
• 3.2.2 供電電源模塊18-19
• 3.2.3 串口通信模塊19
• 3.2.4 藍(lán)牙模塊19-20
• 3.2.5 DA輸出模塊20-21
• 3.2.6 AD轉(zhuǎn)換模塊21
• 3.2.7 計時模塊21-22
• 3.2.8 CPLD模塊電路設(shè)計22-23
• 3.2.9 接口設(shè)計23-26
• 3.3 輔助電路板設(shè)計26-27
• 3.4 儲存器恒流源實現(xiàn)方法27
• 3.5 離子源驅(qū)動電源實現(xiàn)方法27-28
• 3.6 高壓源驅(qū)動電源實現(xiàn)方法28-29
• 3.7 本章小結(jié)29-30
• 第4章 控制臺的軟件設(shè)計與實現(xiàn)30-55
• 4.1 DSP程序設(shè)計30-40
• 4.1.1 集成開發(fā)環(huán)境32
• 4.1.2 AD轉(zhuǎn)換程序設(shè)計32-33
• 4.1.3 DA輸出程序設(shè)計33-35
• 4.1.4 工作模式選擇程序設(shè)計35-39
• 4.1.5 計時模塊程序設(shè)計39-40
• 4.2 CPLD程序設(shè)計40-48
• 4.2.1 CPLD譯碼模塊41-42
• 4.2.2 脈沖1模塊42-44
• 4.2.3 脈沖2模塊44-45
• 4.2.4 同步脈沖1模塊45-47
• 4.2.5 多路選擇器47-48
• 4.3 上位機(jī)監(jiān)控軟件的設(shè)計48-50
• 4.3.1 基于LabVIEW的虛擬儀器48-49
• 4.3.2 基于Android的移動終端監(jiān)控APP49-50
• 4.4 通信協(xié)議50-54
• 4.4.1 Modbus協(xié)議簡介50
• 4.4.2 通信協(xié)議的擬定50-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第5章 中子發(fā)生器系統(tǒng)測試55-57
• 5.1 直流模式下運行測試55-56
• 5.2 脈沖模式下運行測試56
• 5.3 本章小結(jié)56-57
• 第6章 總結(jié)與展望57-59
• 參考文獻(xiàn)59-61
• 附錄 161-62
• 附錄 262-63
• 致謝63-64
• 在學(xué)期間主要科研成果64

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號：723378