Усилители для нейтронных детекторов с цифровым управлением
2016, 2020
Заказчик
ИТЭР-Центр
Заказчик
ИТЭР-Центр
Измерительные усилители диагностического модуля деления диверторного монитора нейтронного потока для проекта ITER (Международный экспериментальный термоядерный реактор).
Задача
Международный экспериментальный термоядерный реактор (ITER) — это мегапроект по разработке коммерческого использования термоядерной реакции синтеза, в котором участвует более 30 стран. Планируется, что реактор начнёт работу в 2025 году. Россия изготовливает и поставляет для него высокотехнологичное оборудование, основные системы реактора. Нам удалось принять участие в разработке одной из подсистем этого грандиозного проекта.
Отдел научных разработок и исследований ИТЭР-Центра, который координирует работы по ITER в России, создал прототип усилителя импульсных сигналов с оптоволоконной линией передачи аналогового сигнала с пропускной способностью до 100 МГц. Учёные собрали и протестировали экспериментальную установку. Чтобы испытать образец в основном реакторе во Франции, нужно было концептуальный прототип доработать до специализированного электронного решения и реализовать удаленное цифровое управление. Эту инженерную задачу поручили нам.
Отдел научных разработок и исследований ИТЭР-Центра, который координирует работы по ITER в России, создал прототип усилителя импульсных сигналов с оптоволоконной линией передачи аналогового сигнала с пропускной способностью до 100 МГц. Учёные собрали и протестировали экспериментальную установку. Чтобы испытать образец в основном реакторе во Франции, нужно было концептуальный прототип доработать до специализированного электронного решения и реализовать удаленное цифровое управление. Эту инженерную задачу поручили нам.
Решение
Электронику для диагностического модуля мы разрабатывали в несколько итераций, параллельно с исследованиями научной группы заказчика.
Поскольку часть диагностического прибора стоит вблизи ионизационной камеры деления в зоне нейтронного излучения, людей у прибора быть не должно, и снимать аналоговые сигналы и управлять прибором нужно удалённо, за сотни метров или даже несколько километров. При этом необходимо было обеспечить гальваническую развязку — это требование заказчика. То есть просто по проводам передать сигналы было нельзя, по радио тоже нельзя, единственным приемлемым вариантом оставалось оптоволокно. Ключевой сложностью было сделать передачу аналогового сигнала именно по оптоволокну на сотни метров без искажений и шумов.
Мы разработали аналоговую оптоволоконную линию передачи на 100 МГц. Особенность этой оптической развязки в том, что напряжение в измерительной части может отличаться на сотни или тысячи вольт от напряжения в лаборатории.
Поскольку часть диагностического прибора стоит вблизи ионизационной камеры деления в зоне нейтронного излучения, людей у прибора быть не должно, и снимать аналоговые сигналы и управлять прибором нужно удалённо, за сотни метров или даже несколько километров. При этом необходимо было обеспечить гальваническую развязку — это требование заказчика. То есть просто по проводам передать сигналы было нельзя, по радио тоже нельзя, единственным приемлемым вариантом оставалось оптоволокно. Ключевой сложностью было сделать передачу аналогового сигнала именно по оптоволокну на сотни метров без искажений и шумов.
Мы разработали аналоговую оптоволоконную линию передачи на 100 МГц. Особенность этой оптической развязки в том, что напряжение в измерительной части может отличаться на сотни или тысячи вольт от напряжения в лаборатории.
Основная сложность была в передаче аналогового сигнала высокой частоты по оптоволокну без искажений и шумов, это сложно, получилось не сразу и пришлось много с этим разбираться.
Также проработали платы усилителя и управления питанием.
Плата питания изолирует входной источник питания от внутренних цепей питания усилителя и формирует напряжение питания всех плат усилителя постоянным током ±12 В и ±200 В. Мы подобрали систему преобразователей и добавили блок регулировки и измерения напряжений, чтобы отслеживать параметры в блоке управления.
Плату усилителя мы доработали и выбрали более подходящую для этой задачи элементную базу. Плата подключается дифференциально к камере деления, на выход передает сигнал тока, преобразованный в напряжение с повышающим коэффициентом усиления примерно 100 кВ/А или 100 В/мА.
Для удаленного управления усилителем и сопутствующим оборудованием добавили плату контроллера.
Получилась система из четырех микроэлектронных плат: платы питания, платы усилителя, платы оптоволоконного передатчика и платы контроллера усилителя.
Плата питания изолирует входной источник питания от внутренних цепей питания усилителя и формирует напряжение питания всех плат усилителя постоянным током ±12 В и ±200 В. Мы подобрали систему преобразователей и добавили блок регулировки и измерения напряжений, чтобы отслеживать параметры в блоке управления.
Плату усилителя мы доработали и выбрали более подходящую для этой задачи элементную базу. Плата подключается дифференциально к камере деления, на выход передает сигнал тока, преобразованный в напряжение с повышающим коэффициентом усиления примерно 100 кВ/А или 100 В/мА.
Для удаленного управления усилителем и сопутствующим оборудованием добавили плату контроллера.
Получилась система из четырех микроэлектронных плат: платы питания, платы усилителя, платы оптоволоконного передатчика и платы контроллера усилителя.
Дальше мы расширили комплекс развязкой, чтобы можно было подключить до 4 усилителей одновременно: мультиплицировали модуль оптоприёмника на 4 канала в отдельном корпусе, и прописали новый программный комплекс для независимого управления каждым усилителем и консолидации данных.
Результат
Заказчики получили готовый к готовый для применения комплект измерительного оборудования. Все конструкторские работы, выполненные на заказ, мы оформили в стандарте конструкторской документации и передали заказчикам.
Команда
Другие инженерные продукты TRDC