基于可控中子源的中子发生器束流控制系统及控制方法
1.本发明涉及中子剂量仪器的束流控制系统及方法，具体涉及一种基于可控中子源的中子发生器束流控制系统及控制方法。
背景技术：
2.基于可控中子源的中子剂量校准仪器的束流是通过中子发生器产生，以氘氘中子管为例，束流产生的过程为：密封在中子发生器内的中子管，通过加在离子源上的热丝电流和阳极高压使中子管管内的氘贮存器放出氘气后再电磁场的作用下电离成氘正离子，再通过加在中子管靶上的负高压将氘正离子在高电压场强下引出轰击在氘靶上，从而产生中子，热丝电流由热丝电源模块控制。产生中子的束流会在高压回路上产生靶流it(ua)。靶流的大小决定中子束流产额的高低，成递增/递减趋势。靶流的稳定性决定中子束流的稳定性。氘氘核反应方程式如下所示：
[0003][0004]
如何对中子束流进行实时的监测和调整，使中子发生器产生中子剂量校准仪器所需强度的中子束流是亟待解决的问题。
技术实现要素：
[0005]
本发明目的在于解决中子发生器中中子束流测量难度大，不易进行控制调节的技术问题，提出一种基于可控中子源的中子发生器束流控制系统及控制方法。
[0006]
本发明的技术方案为：
[0007]
一种基于可控中子源的中子发生器束流控制系统，其特殊之处在于：包括单片机和数模转换器；所述单片机上设置有pid控制算法，并接收目标靶流值；
[0008]
所述单片机的输入与中子发生器的中子管连接，用于采集中子管的实际靶流值；
[0009]
所述单片机的输出与数模转换器的输入连接，数模转换器的输出与中子发生器的热丝电源模块的输入连接，热丝电源模块用于控制热丝的电流；
[0010]
单片机用于将目标靶流值和实际靶流值通过pid控制算法进行运算，获得控制热丝电源模块输出的控制量，控制量通过数模转换器转换成模拟量后控制热丝电源模块的输出电流。
[0011]
进一步地，所述单片机为32位机，时钟频率为60-90mhz。
[0012]
进一步地，所述数模转换器设置在单片上，或者所数模转换器设置在单片机与热丝电源模块之间。
[0013]
同时，本发明还提供一种基于可控中子源的中子发生器束流控制方法，其特殊之处在于，基于上述基于可控中子源的中子发生器束流控制系统，包括以下步骤：
[0014]
s1、启动中子发生器；
[0015]
s2、单片机监测并采集中子管的实际靶流值it；
[0016]
s3、根据实际靶流值it和目标靶流值ad0，通过pid控制算法，计算热丝电源模块实
际输出电流的数字量cia，计算公式如下：
[0017]
eia＝it-ad0，
[0018]
pp＝kp
·
eia，pi＝ki
·
eia；
[0019]
cia＝pp+pi；
[0020]
其中，eia为实际靶流值与目标靶流值的差值；pp为粗调变量，kp为粗调系数，pi为微调变量，ki为微调系数；
[0021]
s4、将热丝电源模块实际输出电流的数字量cia经过数模转换器，转换成模拟量后输出给热丝电源模块，以控制热丝电源模块的输出电流，实现对中子管内中子束流的调节；
[0022]
s5、返回步骤s2，实时监测并调节中子管束流。
[0023]
进一步地，所述kp取值为16～22。
[0024]
进一步地，所述ki取值为0.1～1。
[0025]
本发明的有益效果：
[0026]
1、本发明提供的基于可控中子源的中子发生器束流控制系统通过设置单片机上的pid控制算法，实现对中子束流的调节，方便在可控中子源使用的辐射环境中，对中子束流进行调节。
[0027]
2、本发明提供的束流控制方法基于pid控制算法，对实际靶流值和目标靶流值进行比较计算，控制热丝电源模块的输出电流，通过热丝电流的改变实现对中子束流的调整，在对中子管的中子束流产额进行控制的同时还能监测中子束流的稳定性。
附图说明
[0028]
图1为本发明基于可控中子源的中子发生器束流控制系统实施例示意图；
[0029]
图2为本发明基于可控中子源的中子发生器束流控制方法流程图。
具体实施方式
[0030]
参见图1，本实施例提供一种基于可控中子源的中子发生器束流控制系统，其特征在于：包括单片机和数模转换器；本实施例中，数模转换器设置在单片上，在其他实施例中，数模转换器设置在单片机与热丝电源模块之间。
[0031]
单片机上设置有pid控制算法，并接收目标靶流值信号；具体的，本实施例中采用的单片机为32位机，时钟频率为60-90mhz。
[0032]
单片机与中子发生器的中子管连接，用于采集中子管的实际靶流值；单片机的输出与数模转换器的输入连接，数模转换器的输出与中子发生器的热丝电源模块的输入连接，热丝电源模块用于控制热丝的电流。
[0033]
参见图2，上述基于可控中子源的中子发生器束流控制系统的控制方法，包括以下步骤：
[0034]
s1、启动中子发生器；
[0035]
s2、单片机采集中子管的实际靶流值it；
[0036]
s3、根据实际靶流值it和目标靶流值ad0，通过pid控制算法，计算热丝电源模块实际输出电流的数字量，计算公式如下，
[0037]
eia＝it-ad0，
[0038]
pp＝kp
·
eia，pi＝ki
·
eia；
[0039]
cia＝pp+pi；
[0040]
其中，eia为实际靶流值与目标靶流值的差值；pp为粗调变量，kp为粗调系数，pi为微调变量，ki为微调系数，cia为热丝电源模块实际输出电流的数字量；优选的，kp取值为16～22，kp值太小，对热丝的调节比较平稳，但是调节时间较长，kp值过大，可以实现快速的调节，将实际靶流值调节至目标靶流值附近，但是会增加调节过程中中子束流的震荡幅度；ki优选取值为0.1～1，用于粗调变量将实际靶流值调节至目标靶流值附近时对实际靶流值进行微调。
[0041]
s4、将热丝电源模块实际输出电流的数字量cia经过数模转换器，转换成模拟量后输出到热丝电源模块，以控制热丝电源模块的输出电流，实现对中子管内中子束流的调节。
[0042]
s5、返回步骤s2，实时监测并调节中子管束流。
技术特征：
1.一种基于可控中子源的中子发生器束流控制系统，其特征在于：包括单片机和数模转换器；所述单片机上设置有pid控制算法，并接收目标靶流值；所述单片机的输入与中子发生器的中子管连接，用于采集中子管的实际靶流值；所述单片机的输出与数模转换器的输入连接，数模转换器的输出与中子发生器的热丝电源模块的输入连接，热丝电源模块用于控制热丝的电流；单片机用于将目标靶流值和实际靶流值通过pid控制算法进行运算，获得控制热丝电源模块输出的控制量，控制量通过数模转换器转换成模拟量后控制热丝电源模块的输出电流。2.根据权利要求1所述的基于可控中子源的中子发生器束流控制系统，其特征在于：所述单片机为32位机，时钟频率为60-90mhz。3.根据权利要求1或2所述的基于可控中子源的中子发生器束流控制系统，其特征在于：所述数模转换器设置在单片机上，或者所述数模转换器设置在单片机与热丝电源模块之间。4.一种基于可控中子源的中子发生器束流控制方法，其特征在于，基于权利要求1-3所述的基于可控中子源的中子发生器束流控制系统，包括以下步骤：s1、启动中子发生器；s2、单片机监测并采集中子管的实际靶流值it；s3、根据实际靶流值it和目标靶流值ad0，通过pid控制算法，计算热丝电源模块实际输出电流的数字量cia，计算公式如下：eia＝it-ad0，pp＝kp
·
eia，pi＝ki
·
eia，cia＝pp+pi；其中，eia为实际靶流值与目标靶流值的差值，pp为粗调变量，kp为粗调系数，pi为微调变量，ki为微调系数；s4、将热丝电源模块实际输出电流的数字量cia经过数模转换器，转换成模拟量后输出给热丝电源模块，以控制热丝电源模块的输出电流，实现对中子管内中子束流的调节；s5、返回步骤s2，实时监测并调节中子管束流。5.根据权利要求4所述的基于可控中子源的中子发生器束流控制方法，其特征在于：所述kp取值为16～22。6.根据权利要求5所述的基于可控中子源的中子发生器束流控制方法，其特征在于：所述ki取值为0.1～1。
技术总结
本发明涉及一种基于可控中子源的中子发生器束流控制系统及控制方法，以解决中子发生器中中子束流测量难度大，不易进行控制调节的技术问题。该系统包括单片机和数模转换器；单片机上设置有PID控制算法，并接收目标靶流值信号；单片机与中子发生器的中子管连接；单片机的输出与数模转换器的输入连接，数模转换器的输出与中子发生器的热丝电源模块的输入连接。该方法包括：1、采集中子管的实际靶流值；2、根据实际靶流值和目标靶流值，通过PID控制算法，计算热丝电源模块实际输出电流的数字量；3、热丝电源模块实际输出电流的数字量经过数模转换器，转换成模拟量后输出给热丝电源模块，直至实际靶流值和目标靶流值相同。直至实际靶流值和目标靶流值相同。直至实际靶流值和目标靶流值相同。
