大亚湾中微子实验站工业信号数据采集系统 (1).pdf

大亚湾中微子实验站工业信号数据采集系统 摘 要 中微子是宇宙中最基本的粒子，研究中微子有利于人类探索宇宙奥秘，对于推动人 类物理学发展有着重要的意义。目前我国建立了大亚湾中微子实验站对中微子进行测  量，通过核心部件“探测器”来精确地测量中微子的混合角 。为了保障实验过程的安 13 全性以及实验结果的准确性，实验站有着严格的环境要求，需要有多个监测系统对实验 站进行监测，有气体监测系统、水监测系统、白油监测系统等。而这些监测系统需要采 集温度、振动、电流等工业信号，为此需要开发一套工业信号数据采集系统将这些工业 信号进行测量采集，并且实时传送至实验站的EPICS 系统中。所以开展大亚湾中微子 实验站工业信号数据采集系统的设计与实现有着重要的意义与应用价值。 首先，根据系统的性能指标以及实验站现场环境，设计了大亚湾中微子实验站工业 信号数据采集系统的总体框架，将系统设计分为数据采集模块与通信模块两大部分，而 本人主要负责数据采集模块的设计与实现。然后，为数据采集模块选取了传感器以及关 键器件，介绍了系统软件设计规划。最后，根据系统总体设计框架以及选用的器件，对 数据采集模块进行了硬件设计与软件编程。其中，数据采集模块指的是前端现场的各个 信号采集单元，具体的采集单元如下： 第一，针对温度信号的采集，开发了一种基于PT 100 铂电阻温度传感器的温度信号 采集单元。以CPLD 为核心处理器，选用测温专用的24 位高精度模数转换芯片ADS 1248。 在硬件方面采用了三线制接法的电阻测量电路，以消除长导线电阻值所带来的误差，在 数据处理算法方面采用了最小二乘法对PT 100 阻值与温度进行了非线性校正。测试结果 表明，采集到的温度最大误差为±0.08℃，分辨力为±0.01℃，可测量范围为 0 ℃~ +50℃，满足于系统性能指标要求。 第二，针对振动信号的采集，开发了一种基于ICP 型加速度传感器的振动信号采集 单元。以CPLD 为核心处理器，选用 16 位模数转换芯片MAX 11168。在硬件方面设计 了三端可调恒流源为传感器提供激励源，设计了信号调理电路以消除无关信号的干扰。 测试结果表明，振动信号采集单元能够准确地采集到振动信号的变化，能够用于大亚湾 实验站工业信号数据采集系统中。 第三，针对电流信号的采集，开发了一种4 通道的0~100mA 电流信号采集单元。 以CPLD 为核心处理器，选用 16 位模数转换芯片MAX 11168。在硬件方面设计预留了 I 大亚湾中微子实验站工业信号数据采集系统 接入其他传感器的接口，适合输出 0~100mA 电流的传感器使用，在数据处理算法方面 采用了最小二乘法对采集的电流值进行拟合校正。测试结果表明，采集到的电流值误差 小于0.1%FS ，优于系统性能指标要求。 本文的大亚湾中微子工业信号数据采集系统经过长期测试与运行后，在中微子实验 站现场进行了调试与安装，目前已经在大亚湾中微子实验站正常运行，达到了设计预期 的效果，具有较好的应用价值。 关键词：大亚湾中微子实验; 工业信号数据采集系统; 信号采集单元 II Industrial Signal Data Acquisition System of Daya Bay N eutrino Experimental Station Abstract Neutrinos are the most basic particles in the universe. The study of neutrinos is conducive to the exploration of the mysteries of the universe, which is of great significance to the development