3. Электронное оборудование для обработки сигналов

Для разделения сигнала, образованного в результате акта деления нейтрона, от шумового сигнала необходимы оптимальная фильтрация сигнала и обработка сигнала. Для обработки сигнала камеры деления ДМНП должно рассматриваться аналоговое электронное оборудование. Процессоры FPGA и DSP являются альтернативным подходом к обработке сигналов камер деления. Этот новый подход может улучшить ЭМ совместимость, повысить скорость проведения диагностики и расширить динамический диапазон. НИОКР должен быть проведён на этапе защиты предварительного проекта для исследования характеристик цифровой системы прототипа по сбору информации. Эта задача должна быть завершена до защиты окончательного проекта. Окончательное решение по типу системы сбора информации будет одним из вопросов, рассматриваемых на заседании по защите окончательного проекта.

Аналоговая система сбора данных

Блок-схема аналоговой электроники и система сбора данных, предлагаемые для ДМНП, представлены на рисунке 13. Для работы камер деления необходим высоковольтный источник питания. Основа составляет +300÷500В. Аналоговая система сбора данных состоит из внешней электроники (предусилители), блока обработки сигналов, делителя частоты, оцифровщика аналоговых сигналов и обслуживающей электроники. Предусилители должны быть установлены как можно ближе к камере деления для получения быстрого отзыва и лучшего соотношения сигнал/шум.

Рисунок 13: Блок-схема аналоговой системы сбора данных ДМНП

Импульсный сигнал камеры деления передаётся по кабелю с минеральной изоляцией (MI) до заднего фланца и через гибкий радиочастотный кабель – из порта к предусилителям. Предусилитель распространяет соответствующие сигналы на большие расстояния (~100m) к блоку обработки сигналов, размещённому в здании диагностики. Предусилитель является критическим компонентом для улучшения соотношения сигнал/шум, что обеспечивает передачу сигнала на большое расстояние от предусилителя к блоку обработки сигналов (SPU). Необходимо, чтобы выходящий из предусилителя импульс, был большим по амплитуде и достаточно быстрым. Более быстрый предусилитель (чувствительный к заряду или предусилитель импульсного тока) будет предпочтителен при определении высокого нейтронного потока в режиме скоростного счёта. Диаграмма соединения камеры деления (КД) с предусилителем с использованием линии передачи сигнала с двумя трёхпроводными кабелями представлена на рисунке 14. Дальнейшая передача сигнала от предусилителей к блоку обработки сигналов пройдёт по стандартным радиочастотным кабелям.

Рисунок 14: Соединение камеры деления с предусилителем посредством линии передачи сигналов, основанной на двух трёхпроводных кабелях (вверх) и витой паре (вниз)

Блок обработки сигналов состоит из усилителя, селектора или дискриминатора импульсов, усилителя Кэмпбелла и усилителя тока для обеспечения возможности счёта, системы сбора данных в режиме Кэмпбелла и в токовом режиме. Входной сигнал будет оцифрован, обработан и направлен в CODAC в реальном времени. Результаты измерений (необработанные данные) будут сохранены на локальном компьютере, затем полученные данные будут переданы в систему управления, сбора и обмена данными (CODAC).

Функциональная схема блока обработки данных представлена на рисунке 15. Выходной сигнал из предусилителя подается по радиочастотному/оптическому кабелю на вход усилителя. Из каждой камеры деления ДМНП получают два сигнала. Выходной сигнал усилителя включает в себя нейтронный сигнал, шум из-за α-частиц, гамма-лучи и электромагнитный шум. Нейтронный сигнал выбирается дискриминацией амплитуды и затем направляется в делитель частоты для счёта. Таким образом, чисто нейтронный сигнал можно считать. Временное разрешение делителя частоты можно настроить в соответствии с требованиями при работе с плазмой и при калибровке на месте.

Рисунок 15: Функциональная диаграмма блока обработки сигнала

В режиме Кэмпбелла (токовом) сигнал должен усиливаться формирующим усилителем, а затем оцифровываться аналогово-цифровым преобразователем (ADC). Вклад α-токового шума в каждую КД будет определён при калибровке на заводе-изготовителе и затем перепроверен при предварительной калибровке в нейтронной лаборатории. Шум, появившейся в результате ЭМ наводок и гамма лучей, будет определён с помощью камеры-макета. Затем вклад шума от электромагнитной наводки, гамма лучей и альфа-частиц будет вычтен из измерений КД при обработке данных с помощью быстрого контроллера. Обработанные данные будут переданы в систему CODAC. Исходные данные измерений будут сохраниться в локальном компьютере, где они будут обрабатываться и передаваться в базу данных (CODAC) после импульса.

Цифровая система сбора данных

Для ДМНП также предлагается цифровая система сбора данных, необходимая с точки зрения сравнительно простой заключительной обработки данных. Концептуальная блок-схема цифровой электроники и системы сбора данных представлена на рисунке 16. Сигнал из КД будет оцифрован системой, состоящей из усилителя и полевой программируемой вентильной матрицы (FPGA).

Шум, появившейся в результате ЭМ наводок и гамма лучей, будет вычтен из сигнала камеры деления при обработке данных с помощью быстрого контроллера. Обработанные данные будут переданы в систему CODAC. Исходные данные измерений будут сохраниться в локальном компьютере, где они будут обрабатываться и передаваться в базу данных (CODAC) после импульса

Рисунок 16: Блок-схема с цифровой обработкой сигнала