脉冲棒发射速度测量仪的研制

    脉冲棒发射速度测量仪提供了脉冲棒发射过程中各点瞬时速度的测量手段。整个测量系统以光电传感器作敏感元件, CMOS集成电路组成控制电路,在脉冲棒170mm的行程中分16个不等距的测量点,数字显示电路直接显示测量结果。该系统工作可靠、操作简便。在压力为0. 2MPa时,脉冲棒末端速度为2.34m/s,达到了预期的设计要求。

    1引言

    为了确保中国快中子脉冲堆-Ⅱ(CFBR-Ⅱ)堆爆发脉冲的品质,使脉冲棒的发射既准确又可靠,并为CFBR-Ⅱ堆爆发脉冲提供必要的脉冲棒发射速度,所以在CFBR-Ⅱ堆投入营运前必须对脉冲棒发射速度进行可靠而准确的测量。因此,设计用于测量脉冲棒发射速度的仪器是非常必要的。本文介绍了脉冲棒发射速度测量仪的设计指导思想、基本原理及测量结果。

    2设计原理

    脉冲棒快速插入堆芯时的运动速度是CFBR-Ⅱ堆的重要技术指标之一。从物理实验的要求和堆运行安全方面的考虑,希望脉冲棒发射速度能控制在一定范围内。因此, CFBR-Ⅱ堆在投入营运前,必须对脉冲棒的发射速度进行现场测试。该仪器的设计指导思想是简单、准确、可靠。通过测量规定距离S和运动物体经过S的时间T,并经简单数学计算可以求出在规定距离S内物体运动的平均速度v。因为距离取值为2cm、1cm、0.5cm,距离较短,所以可以认为测出的平均速度就是这点的瞬时速度。

    2.1光电传感器支架设计

    光电传感器作为测量时间的敏感元件,其支架由两部分组成:可动的 =1mm的光探针(在测量时固定在脉冲棒上)和固定光电传感器的支架(由聚乙烯材料制成,其结构见图1)。在支架上,加工有固定光敏三极管和发光二极管的 =5mm孔,每个孔都设有 =0.5mm的发光和接收针孔。

    2.2测量线路的组成及原理该线路由光电传感器和CMOS集成电路组成整形、门控、数字显示电路。石英晶体振荡器产生标准的时标信号。

    2.2.1时标电路选用100kHz石英晶体振荡器,经CMOS通用集成电路C217计数器进行二级十分频后,可获得标准频率为10kHz、1kHz的方波,经频段选择开关后可以分别输出0.01ms、0.1ms、1ms的时标信号。

    2.2.2光电转换装置光电转换装置由光电探头和支架组成。由于脉冲棒是直线运动,所以光电头选用直线式的。光源采用红外发光二极管HG413,光敏接收管采用3DU51光敏三极管[1]。

    2.2.3数字显示电路数字显示电路由CMOS-LED组合集成电路LCL102组成,每个测速点用三块LCL102显示测试结果[2]。

    2.2.4门控和整形电路门控电路由C066双与非门和C073双D触发器组成。C066用来控制时标脉冲的输出, C073双D触发器和C063用于计时开门和关门的电平转换。CH40106施密特触发器用于接收光电转换电平后的整形。