李響 賈月光 周常寶

中國(guó)原子能科學(xué)研究院 北京 102413

引言

中國(guó)先進(jìn)研究堆（CARR）是一座安全可靠、高性能、多用途的研究性反應(yīng)堆[1]，功率測(cè)量系統(tǒng)在反應(yīng)堆控制儀表中占十分重要地位，是反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)和反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)正確動(dòng)作的重要依據(jù)[2]。CARR現(xiàn)有核測(cè)量系統(tǒng)為模擬系統(tǒng)，已運(yùn)行近20年，市場(chǎng)上無(wú)滿足CARR要求的產(chǎn)品可替代，需重新設(shè)計(jì)研發(fā)，為此，聯(lián)合廠家研制了數(shù)字化和小型化的核測(cè)量系統(tǒng)樣機(jī)并對(duì)核測(cè)量樣機(jī)進(jìn)行了調(diào)試，以驗(yàn)證各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

1 核測(cè)量系統(tǒng)樣機(jī)介紹

CARR核測(cè)量系統(tǒng)啟動(dòng)量程監(jiān)測(cè)通道共設(shè)置2套，完成CARR啟動(dòng)階段中子注量率信號(hào)的測(cè)量及源量程核功率的指示。功率量程監(jiān)測(cè)通道完成CARR功率量程階段的中子注量率信號(hào)的監(jiān)測(cè)，共設(shè)置6套[3]，CARR核測(cè)量系統(tǒng)機(jī)柜布置圖如圖1所示：

核測(cè)量樣機(jī)選擇：1套啟動(dòng)量程監(jiān)測(cè)通道和1套功率量程監(jiān)測(cè)通道進(jìn)行研發(fā)。

啟動(dòng)量程通道包括：1塊低壓電源插件、1塊高壓電源插件、1塊脈沖放大器插件、1塊數(shù)字處理顯示組件及 1塊顯示單元。

功率量程通道包括：1塊低壓電源插件、1塊高壓電源插件、1塊補(bǔ)償電源插件、1塊電流放大器插件、1塊數(shù)字處理顯示組件及 1 塊顯示單元。顯示單元置于顯示單元機(jī)箱，其他模塊置于功率量程機(jī)箱。

功率轉(zhuǎn)換機(jī)箱包括：1塊低壓電源插件、1塊音響插件、1塊數(shù)字處理顯示組件、1塊顯示單元。顯示單元置于顯示單元機(jī)箱，其他模塊置于功率轉(zhuǎn)換機(jī)箱[4]。

2 核測(cè)量系統(tǒng)樣機(jī)測(cè)試

對(duì)核測(cè)量系統(tǒng)樣機(jī)進(jìn)行調(diào)試，是為了驗(yàn)證硬件安裝是否正確，檢查系統(tǒng)間接口、樣機(jī)功能和輸出精度是否滿足技術(shù)規(guī)格書(shū)的設(shè)計(jì)要求。主要采用單機(jī)箱功能調(diào)試，通過(guò)脈沖發(fā)生器交直流穩(wěn)壓源給出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，測(cè)量輸出值，并進(jìn)行比較計(jì)算，對(duì)系統(tǒng)機(jī)箱本身硬件和軟件進(jìn)行功能試驗(yàn)，判定結(jié)果滿足是否設(shè)計(jì)要求。

2.1 上電測(cè)試

對(duì)機(jī)柜進(jìn)行上電測(cè)試。機(jī)柜上電包括：上電前檢查和機(jī)柜上電測(cè)試。斷開(kāi)/閉合斷路器，觀察輸出電壓。

2.2 啟動(dòng)量程機(jī)箱測(cè)試

2.2.1 高壓輸出范圍測(cè)試。高壓可以輸出0～1500V的電壓。在顯示單元面板上，點(diǎn)擊高壓設(shè)置按鈕，分別使輸出電壓高壓達(dá)到0±15V、100±15V、300±15V、600±15V、900±15V、1200±15V，使用萬(wàn)用表監(jiān)測(cè)高壓模塊后端的輸出電壓并記錄，測(cè)量結(jié)束后將高壓恢復(fù)到250V。

2.2.2 高壓移除測(cè)試。高壓可以通過(guò)顯示單元關(guān)閉，閉鎖高壓輸出。通過(guò)顯示單元設(shè)置高壓輸出為600±15V，記錄顯示單元顯示的高壓電壓值；點(diǎn)擊顯示單元的高壓關(guān)閉按鈕，等待1min后記錄顯示單元的高壓電壓顯示值、高壓模塊后端的輸出電壓；點(diǎn)擊顯示單元的高壓打開(kāi)按鈕，等待1min后記錄顯示單元的高壓電壓顯示值、高壓模塊后端的輸出電壓。

綜上，集成K-K子網(wǎng)絡(luò)、P-P子網(wǎng)絡(luò)以及兩個(gè)子網(wǎng)絡(luò)間的映射關(guān)系，可以得到協(xié)同產(chǎn)品創(chuàng)新知識(shí)超網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)模型S-GP-K：

2.2.3 脈沖計(jì)數(shù)率范圍測(cè)試。使用信號(hào)源輸入不同的脈沖計(jì)數(shù)，記錄顯示單元的脈沖計(jì)數(shù)數(shù)值。

將脈沖幅度為1mV，脈沖寬度為60ns，上升時(shí)間40ns，下降時(shí)間40ns，脈沖頻率為1000Hz的負(fù)極性脈沖送入啟動(dòng)量程置脈沖放大器的探測(cè)器輸入，調(diào)節(jié)甄別閾值，使輸出頻率與輸入頻率一致，并記錄當(dāng)前甄別閾值、本底噪聲。

將頻率依次改為10Hz、100Hz、1kHz、10kHz、50kHz、100kHz、500kHz、1MHz的負(fù)極性脈沖送入，在不同頻率時(shí)分別記錄顯示單元的顯示數(shù)值。此項(xiàng)測(cè)試計(jì)數(shù)率精度100Hz以上時(shí)精度為±1%，100Hz以下時(shí)精度為±1Hz。

2.2.4 故障功能測(cè)試。觸發(fā)故障信號(hào)，測(cè)量顯示單元的故障狀態(tài)顯示。啟動(dòng)量程機(jī)箱拔出高壓電源卡件，顯示單元的故障指示由正常變?yōu)楣收?；恢?fù)高壓電源卡件至正常工作狀態(tài)，顯示單元的故障指示由故障變?yōu)檎?；拔出放大器卡件，顯示單元的故障指示由正常變?yōu)楣收?；恢?fù)放大器卡件至正常工作狀態(tài)，顯示單元的故障指示由故障變?yōu)檎！?/p>

2.3 功率量程通道測(cè)試

2.3.1 高壓輸出范圍測(cè)試。高壓可以輸出0～1000V的電壓。在顯示單元面板上，點(diǎn)擊高壓設(shè)置按鈕，分別使輸出電壓高壓達(dá)到0±15V、100±15V、300±15V、600±15V、900±15V、1000±15V，使用萬(wàn)用表監(jiān)測(cè)高壓模塊后端的輸出電壓并記錄，記錄顯示單元的高壓電壓。

2.3.2 補(bǔ)償高壓輸出測(cè)試。補(bǔ)償高壓的實(shí)際輸出與顯示單元的顯示數(shù)值對(duì)比，并記錄其數(shù)值。在顯示單元面板上，點(diǎn)擊補(bǔ)償高壓電壓設(shè)置按鈕，分別使輸出電壓高壓達(dá)到0±3V、-50±1.5V、-100±1.5V、-150±1.5V，用萬(wàn)用表監(jiān)測(cè)補(bǔ)償高壓模塊后端的輸出電壓，記錄顯示單元的電壓。

2.3.3 電流范圍測(cè)試。使用交直流穩(wěn)壓源輸入不同的電流，記錄顯示單元的電流數(shù)值。調(diào)節(jié)電流源分別輸出0.2nA、2nA、20nA、200nA、2uA、20uA、200uA送入功率量程電流放大模塊的電流輸入接口，記錄顯示單元的電流值，以及粗調(diào)，細(xì)調(diào)的功率、換擋精度。

2.3.4 故障信號(hào)測(cè)試。觸發(fā)故障信號(hào)，測(cè)量顯示單元的故障狀態(tài)顯示。功率量程機(jī)箱拔出高壓電源卡件，顯示單元的指示由正常變?yōu)楣收?；恢?fù)高壓電源至正常工作狀態(tài)，顯示單元的指示由故障變?yōu)檎?；功率量程機(jī)箱拔出補(bǔ)償高壓電源卡件，顯示單元的指示由正常變?yōu)楣收?；恢?fù)補(bǔ)償高壓電源至正常工作狀態(tài)，顯示單元的指示由故障變?yōu)檎?；功率量程機(jī)箱拔出放大器卡件，顯示單元的指示由正常變?yōu)楣收希换謴?fù)放大器至正常工作狀態(tài)，顯示單元的指示由故障變?yōu)檎！?/p>

使功率量程處于正常工作狀態(tài)，電流源輸入信號(hào)240uA，調(diào)節(jié)電流至310uA，測(cè)量換擋的測(cè)試電流及換擋時(shí)間，然后通過(guò)示波器/存儲(chǔ)記錄儀測(cè)量信號(hào)輸入到計(jì)數(shù)率輸出（AO）的響應(yīng)時(shí)間，響應(yīng)時(shí)間應(yīng)≤200ms。重復(fù)測(cè)試3次并記錄結(jié)果；電流源輸入信號(hào)240uA，調(diào)節(jié)電流至310uA，測(cè)量換擋的測(cè)試電流及換擋時(shí)間。

2.3.6 AO輸出測(cè)試。通過(guò)改變通道輸入的電流，觀察輸出的AO電壓變化。調(diào)節(jié)交直流穩(wěn)壓源分別輸出0.2nA、2nA、20nA、200nA、2uA、20uA、200uA送入功率量程電流放大模塊的電流輸入接口，記錄顯示單元的電流值，使用萬(wàn)用表測(cè)量AO輸出并記錄。

2.4 功率轉(zhuǎn)換機(jī)箱測(cè)試

2.4.1 輸入采集測(cè)試。通過(guò)輸入信號(hào)的變化，觀察顯示單元的顯示變化。

通過(guò)脈沖信號(hào)源設(shè)置輸出脈沖幅度5V，脈寬1us，頻率10Hz、100Hz、1kHz、10kHz、50kHz、100kHz、500kHz、1MHz的信號(hào)輸入至數(shù)字控制單元的脈沖計(jì)數(shù)通道，記錄功率轉(zhuǎn)換顯示單元的計(jì)數(shù)值和功率值。

調(diào)節(jié)電流源分別輸出0.2nA、2nA、20nA、200nA、2uA、20uA、200uA送入功率量程電流放大模塊的電流輸入接口，記錄顯示單元的電流值和功率值，以及粗調(diào)，細(xì)調(diào)的功率、換擋精度。

2.4.2 音響響度測(cè)試。通過(guò)調(diào)節(jié)音響的旋鈕，音響的響度發(fā)生變化。通過(guò)脈沖信號(hào)源設(shè)置輸入輸出脈沖幅度5V，脈寬1us，頻率 100Hz的信號(hào)輸入至數(shù)字控制單元，此時(shí)音響開(kāi)始工作。調(diào)節(jié)音響模塊的旋鈕，音響的響度發(fā)生變化。

2.4.3 音響分頻測(cè)試。通過(guò)在顯示單元調(diào)節(jié)音響的分頻，音響的鳴響周期發(fā)生變化。通過(guò)脈沖信號(hào)源設(shè)置輸入輸出脈沖幅度5V，脈寬1us，頻率1KHz，100Hz，10Hz的信號(hào)輸入至數(shù)字控制單元的脈沖輸入通道1，此時(shí)音響開(kāi)始工作。在顯示控制單元分別調(diào)節(jié)音響計(jì)數(shù)的分頻為1/10、1/100、1/1000、1/1000、1/10000此時(shí)音響模塊的鳴響頻率應(yīng)出現(xiàn)變化。

在脈沖輸入通道2脈沖，顯示單元選擇通道1，音響不鳴響。選擇通道2后，音響模塊開(kāi)始鳴響，在顯示控制單元分別調(diào)節(jié)音響計(jì)數(shù)的分頻為1/10、1/100、1/1000、1/1000、1/10000此時(shí)音響模塊的鳴響頻率應(yīng)出現(xiàn)變化。

3 調(diào)試出現(xiàn)的問(wèn)題

3.1 顯示單元優(yōu)化

3.1.1 功率超200kW報(bào)警改為超120MW報(bào)警。

3.1.2 增加了周期顯示。

3.1.3 顯示屏字體顏色太暗，看不清界面，通過(guò)改變字體顏色，增加亮度，字體清楚可見(jiàn)。

3.2 輸出錯(cuò)誤

3.2.1 功率量程的量程AO輸出多了一個(gè)量級(jí)，計(jì)算出功率也大了一個(gè)量級(jí)，通過(guò)軟件修改顯示正確。

3.2.2 功率量程的量值A(chǔ)O輸出和原保護(hù)系統(tǒng)功率值不同，要求按原功率計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，后續(xù)待完善。

3.2.3 功率轉(zhuǎn)換裝置輸出缺少全量程功率值，修改軟件增加了全量程功率值輸出。

3.3 功率量程沒(méi)有失壓報(bào)警功能，后續(xù)待完善，增加該功能

4 結(jié)束語(yǔ)

調(diào)試按照核測(cè)量系統(tǒng)樣機(jī)調(diào)試程序進(jìn)行，系統(tǒng)功能與性能測(cè)試正常，現(xiàn)階段核測(cè)量系統(tǒng)樣機(jī)達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，在設(shè)計(jì)正式產(chǎn)品時(shí)可進(jìn)一步完善軟硬件。