Глава 2 блок предварительной обработки
БПО необходим для обработки сигнала, поступающего с ИК. К входу блока предварительной обработки (БПО) сигналов детекторного узла диверторного монитора нейтронного потока (ДМНП) подключается ионизационная камера деления (ИКД) с параметрами:
- номинальное напряжение питания ИКД – 300 В;
‑ средний заряд в импульсе – не менее 10-13 Кл;
- максимальный ток камер не более 2 мА.
Схема подключения ИКД к БПО – дифференциальная. БПО должен содержать три измерительных тракта: импульсный, флуктуационный и токовый. Блок-схема БПО представлена на рисунке 3.
Uвх
Рисунок 3 - Блок схема макета для отработки основных узлов БПО
Питание ионизационной камеры деления (ИКД) осуществляется от управляемого источника высоковольтного напряжения (ИВН). Выходной сигнал ИК подается на вход преобразователя тока в напряжение (ПТН). Токовая составляющая сигнала ИКД преобразуется в напряжение (Uт). Сигнал с выхода ПТН подается на дифференциальный усилитель (ДУ) с коэффициентом усиления К=10. Сигнал с дифференциального усилителя используются для расчета плотности нейтронного потока при работе во флуктуационном режиме, выходной сигнал ДУ приходит на вход операционного усилителя (ОУ) с коэффициентом усиления К=4. С выхода ОУ сигнал передается на инвертор. Выход инвертора идет на БАО и является частотным. Выход 1 – выход флуктационного тракта. Выход 2 –импульсный выход, так же можно использовать как выход флуктационного ракта с большим коэффициентом усиления. Выход 3 –частотный выход на БАО. Выход 4 – токовый выход.[3]
Согласно приведенной блок-схеме было выполнено моделирование электрической схемы в пакете Multisim. Результаты это моделирования приведены на рисунке 4,5
Рисунок 4 – Моделирование схемы в пакете Multisim
А А Б
Рисунок 5 – Результаты моделирования, осциллограмма выходных импульсов.
На рисунке 5 показана осциллограмма, полученная в результате моделирования в пакете Multisim. Канал А соответствует выходу флуктационного тракта, канал Б – не инвертированный импульсный выход. По оси х деление соответствует 50 нс, по оси у для канала А деление – 100 мВ, канал Б – 1 В.
Моделирование схемы показало, что преобразователь – усилитель импульсов в данном включении функционирует правильно и можно приступать к созданию принципиальной схемы и макета БПО.
В ходе данной работы была разработана принципиальная схема макета для отработки основных узлов блока предварительной обработки сигналов. Схема представлена на рисунках 6-10. Перечень элементов к этой схеме приведен в приложении А.
Рисунок 6. Принципиальная схема макета блока предварительной обработки
На рисунке 6 изображена часть схемы БПО. Высоковольтный преобразователь напряжения реализован на преобразователе MHV 12-0.5k6000P производства фирмы Traco Power. Выходное напряжение преобразователя настраивается переменным резистором RP1. Для обеспечения подавления помех от импульсных преобразователей использовались фильтры по питанию BNX016, обеспечивающие подавление 80 дБ на частоте 120 кГц (частота работы импульсных преобразователей). Питание схемы осуществляется от 12 В источника питания. Преобразователь напряжения UZ2 и линейные стабилизаторы DA3 и DA4 преобразуют входное напряжение в напряжения+5 В и -5В.
Рисунок 7. Принципиальная схема макета блока предварительной обработки
На рисунке 7 изображена часть схемы макета БПО с линейным преобразователем тока в напряжение, реализованном на двух микросхемах DA1 и DA2. Эта часть схемы преобразует дифференциальный импульс тока ионизационной камеры в дифференциальный импульс напряжения. Для согласования длинной линии связи используется делитель из двух резисторов по 100 Ом. Коэффициент преобразования тока в напряжение данной части схемы составляет 1500 В/А. Постоянная времени преобразователя τ = 9 нс.
Рисунок 8. Принципиальная схема макета блока предварительной обработки
На рисунке 8 представлена часть схемы маекта БПО. Дифференциальный усилитель DA5 с коэффициентом усиления К = 10 преобразует дифференциальный сигнал напряжения линейных преобразователей в одиночный. Выход микросхемы DA5 это «Выход 1» на блок-схеме. На микросхеме DA6 реализован инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления К = -4 и постоянной времени τ = 8 нс.
Рисунок 9. Принципиальная схема макета блока предварительной обработки
На рисунке 9 изображена часть схемы макета БПО. На микросхеме DA8 реализован инвертор импульса напряжения с постоянной времени τ = 10 нс. Выход «OUT2» это «Выход 2» на блок-схеме макета. На микросхемеDA9 реализован инвертирующий усилитель с коэффициентом К = -10 и постоянной времени τ = 100 нс. Выход «OUT3» данного каскада это «Выход 3» на блок-схеме макета.
Рисунок 10. Принципиальная схема макета блока предварительной обработки
На рисунке 10 изображен линейный преобразователь тока в напряжение. Предназначен для работы макета в токовым режиме ионизационной камеры. Преобразователь тока реализован на микросхеме DA7. Коэффициент преобразования 1*105В/А. Постоянная времени работы данного каналаτ = 0,1 мс. Выход линейного преобразователя токаLIN_OUTэто «Выход 4» на блок-схеме макета БПО.