應(yīng)用領(lǐng)域：
核測(cè)量
使用的產(chǎn)品：
PCI-6602，LabWindows 6.1
挑戰(zhàn)：
該系統(tǒng)要求實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)核脈沖信號(hào)的頻率，并能按照設(shè)定時(shí)間間隔連續(xù)監(jiān)測(cè)各時(shí)間間隔的核脈沖個(gè)數(shù)。由于核脈沖具有隨機(jī)性大、局部頻率高的特點(diǎn)，要求測(cè)量硬件具有較高的響應(yīng)速度，同時(shí)不能采用普通的測(cè)量周期信號(hào)的辦法來(lái)測(cè)量核脈沖的頻率，必須利用硬件的特點(diǎn)開(kāi)發(fā)新的測(cè)量算法。另外，要實(shí)現(xiàn)規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)的連續(xù)精確測(cè)量難度較大。以上都是研制該系統(tǒng)時(shí)遇到的重大挑戰(zhàn)。
應(yīng)用方案：
利用NI公司的PCI-6602硬件，充分發(fā)揮該硬件的技術(shù)特點(diǎn)，采用LabWindows 6.1開(kāi)發(fā)出符合用戶要求的軟件，最終實(shí)現(xiàn)三個(gè)核脈沖通道的計(jì)數(shù)率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)的連續(xù)精確測(cè)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(kāi)發(fā)環(huán)境研制的中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆物理啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本原理，實(shí)現(xiàn)了三個(gè)核脈沖通道的計(jì)數(shù)率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)的連續(xù)精確測(cè)量，克服了主要的技術(shù)難點(diǎn)，取得了滿意的技術(shù)指標(biāo)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
正文：
1． 設(shè)計(jì)要求
中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆物理啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是在中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆物理啟動(dòng)階段必不可少的系統(tǒng)，它通過(guò)安裝在堆芯中的中子探測(cè)器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)堆芯中子強(qiáng)度的變化來(lái)了解物理啟動(dòng)過(guò)程中的參數(shù)變化，從而為物理啟動(dòng)的有序控制提供重要依據(jù)。該系統(tǒng)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(jì)數(shù)率為5×106。以時(shí)間為橫坐標(biāo)，計(jì)數(shù)率為縱坐標(biāo)，以三種顏色曲線動(dòng)態(tài)顯示3路核脈沖計(jì)數(shù)通道的計(jì)數(shù)率實(shí)時(shí)變化。三個(gè)通道的曲線可以根據(jù)用戶意愿決定單獨(dú)顯示某一路，某兩路或三路同時(shí)顯示。要求用戶可以在軟件面板上設(shè)置計(jì)數(shù)時(shí)間間隔和采集計(jì)數(shù)的個(gè)數(shù)，可以隨時(shí)啟動(dòng)3路核脈沖輸入通道多個(gè)連續(xù)時(shí)間間隔內(nèi)脈沖個(gè)數(shù)的精確測(cè)量，其中前后兩次時(shí)間間隔測(cè)量要實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連結(jié)，即不允許有任何測(cè)量中斷。
2． 技術(shù)方案
考慮到該應(yīng)用主要是需要對(duì)核脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)處理，因此我們選擇NI公司的PCI-6022作為硬件，該計(jì)數(shù)卡具有8個(gè)計(jì)數(shù)通道，每個(gè)通道之間能夠通過(guò)內(nèi)部總線實(shí)現(xiàn)同步操作，各通道的最大計(jì)數(shù)頻率可以達(dá)到2×107，從硬件指標(biāo)上完全滿足該應(yīng)用的需求。我們選用LabWindows 6.1作為軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，它提供的Traditional DAQ函數(shù)庫(kù)支持對(duì)PCI-6022的操作，因此方便了程序設(shè)計(jì)。
該應(yīng)用主要需要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)主要功能，一是實(shí)現(xiàn)３路核脈沖輸入通道的計(jì)數(shù)率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，二是實(shí)現(xiàn)3路核脈沖輸入通道多個(gè)連續(xù)時(shí)間間隔內(nèi)脈沖個(gè)數(shù)的精確測(cè)量。其中第一個(gè)功能實(shí)際上是需要監(jiān)測(cè)３路核脈沖的頻率，而DAQ函數(shù)庫(kù)中提供了求脈沖寬度和脈沖周期的函數(shù)，似乎利用求得的脈沖周期很容易算出脈沖的頻率，第一個(gè)功能可以輕易的實(shí)現(xiàn)。但事實(shí)并非如此，測(cè)量脈沖周期的函數(shù)只適合周期信號(hào)測(cè)量，對(duì)于隨機(jī)性較大的核脈沖信號(hào)它的測(cè)量是不準(zhǔn)確的，這是因?yàn)樗饕揽孔罱鼉纱蚊}沖間隔來(lái)估計(jì)脈沖頻率的，利用隨機(jī)出現(xiàn)的最近兩次核脈沖間隔來(lái)估計(jì)核脈沖的計(jì)數(shù)率顯然會(huì)以偏概全。因此，必須設(shè)計(jì)新的測(cè)量原理。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，PCI-6022分別具有產(chǎn)生指定寬度的脈沖和在參考脈沖下計(jì)數(shù)的功能。如果能將這兩種功能很好的結(jié)合起來(lái)，利用一個(gè)通道產(chǎn)生寬度為1秒的脈沖，并將該脈沖引入另一個(gè)通道作為參考門信號(hào)，使該通道在該門信號(hào)范圍內(nèi)計(jì)數(shù)，則該計(jì)數(shù)結(jié)果即為該通道輸入的核脈沖的計(jì)數(shù)率。利用該原理監(jiān)測(cè)到的計(jì)數(shù)率能夠取得非常高的精度，因?yàn)樗侵苯痈鶕?jù)計(jì)數(shù)率的定義（單位時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)）來(lái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的。利用該測(cè)量原理監(jiān)測(cè)3路核脈沖的計(jì)數(shù)率一共需要4個(gè)計(jì)數(shù)通道，其中一個(gè)計(jì)數(shù)通道用于產(chǎn)生參考門信號(hào)，另外3個(gè)計(jì)數(shù)通道為3路核脈沖的輸入通道。下圖是實(shí)現(xiàn)該測(cè)量原理的時(shí)序圖。
圖1 PCI-6602產(chǎn)生脈寬和脈寬測(cè)量的時(shí)序原理圖
第二個(gè)功能是該系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的技術(shù)難點(diǎn)，需要實(shí)現(xiàn)多個(gè)連續(xù)時(shí)間間隔內(nèi)核脈沖計(jì)數(shù)的不間斷測(cè)量。上面介紹的測(cè)量原理可以實(shí)現(xiàn)一定時(shí)間間隔內(nèi)核脈沖計(jì)數(shù)的單次測(cè)量，但不能實(shí)現(xiàn)多個(gè)連續(xù)時(shí)間間隔內(nèi)的不間斷測(cè)量。因此，必須為第二個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)再一次尋找新的測(cè)量原理。下圖顯示的即是所采用的新的測(cè)量原理的時(shí)序圖。
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