JPH0442636B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は中性子源領域から中間出力領域までの
原子炉出力を同一の測定系で測定するワイドレン
ジモニタ装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

原子炉の起動停止時における中性子束の密度の
変化範囲は非常に広く、例えば沸騰水型原子炉
（BWR）の場合、11桁にも及ぶ。このような広
い測定範囲を１種類の測定系で測定することは非
常に困難であり、そのため、従来においては、こ
れをいくつかの範囲に分け、第１図および第２図
に示すような夫々に適した測定系を設けて測定を
行つていた。

第１図は中性子源領域（SRM領域）の測定系
の構成図、第２図は中間出力領域（IRM領域）
の測定系の構成図である。

SRM領域測定系は、中性子領域を測定対象と
し、検出器から出力される信号を単位時間当たり
のパルス数すなわち周波数として測定している。
この中性子源領域における検出器出力信号の周波
数は、パルスとして識別可能な０〜数百ＭHzの信
号であるため、パルス計数により計数率を求めて
中性子束レベルを測定するもので、第１図に示す
ように、SRM検出器１と、この検出器１の出力
パルス信号を受けるSRMプリアンプ２と、この
プリアンプ２の出力信号を受けてSRM測定出力
を与える対数計数率計回路３を有する。SRMプ
リアンプは、高周パルス信号の高計数率測定の観
点から、低入力インピーダンス・高利得のものが
用いられる。

一方、IRM領域測定系は、中間出力領域内で
あつて中性子源領域を越えるIRM領域を測定対
象としている。このIRM領域における検出器出
力信号は、パルスが密に重畳した波形を示すた
め、パルス計数を行うことが不可能である。この
ため、検出器出力信号に含まれる周波数成分のう
ち、数百ｋHzの特定周波数帯域の信号レベルを利
用するものとし、IRM領域測定系はキヤンベル
法に従い検出器出力信号（キヤンベル信号）のゆ
らぎ成分の自乗均値を求めてIRM領域の中性子
束レベルを測定するもので、第２図に示すよう
に、IRM検出器４と、この検出器４の出力信号
を受けるIRMプリアンプ５と、増幅減衰回路６
ａ，自乗平均回路６ｂおよびレンジスイツチ６ｃ
を備えプリアンプ５の出力信号を受けてIRM測
定出力を与えるリニアキヤンベル測定回路６を有
する。

IRMプリアンプ５は、約６桁の原子炉出力に
対応するキヤンベル信号の下限３桁の信号を入力
する低周波帯域増幅回路５ａと、上限３桁の信号
を入力する中間周波帯域増幅回路５ｂと、これら
増幅回路５ａまたは５ｂの出力をスイツチにより
選択的に入力してキヤンベル測定回路６に出力す
るバツフアアンプ５ｃを有する。

前記低周波、中間周波帯域増幅回路５ａ，５ｂ
は、IRM領域測定系のＳ／Ｎ向上の観点から、
前記低周波帯域増幅回路５ａについては高入力イ
ンピーダンス・低利得のものが用いられ、前記中
間周波帯域増幅回路５ｂについては前記低周波帯
域増幅回路５ａとSRMプリアンプ２（第１図）
との間の入力インピーダンスおよび利得を有する
ものが用いられる。

このように、SRM領域の測定においては、パ
ルスの時間当たりの密度としての周波数を用いる
のに対し、IRM領域の測定においては、検出信
号に含まれる周波数成分の特定周波数帯域の信号
の大きさ（レベル）を用いるという相違があるの
で、従来の核計装においては、上述のような
SRM領域測定系とIRM領域測定系とが夫々設け
られていた。

ところで、最近、１種類の測定系でSRM領域
からIRM領域までの約10桁の原子炉出力を連続
的に測定する、第３図および第４図に示すような
ワイドレンジモニタ装置が提案されている。

第３図において、７はSRM領域からIRM領域
の中性子束レベルを検出するワイドレンジモニタ
用検出器（WRM検出器）、８は検出器７の出力
信号を入力する低入力インピーダンス・低利得の
広帯域プリアンプ、９ａおよび９ｂはプリアンプ
８の出力信号に含まれる周波数成分の周波数に応
じてパルス信号成分とキヤンベル信号成分とに分
離増幅出力する高周波帯域増幅回路および低周波
帯域増幅回路、１０は高周波帯域増幅回路９ａの
出力を入力しIRM測定出力を与える対数計数率
計回路、１１は低周波帯域増幅回路９ｂの出力を
入力しIRM測定出力を与える対数キヤンベル回
路、１２は対数計数率回路１０のSRM測定出力
と対数キヤンベル回路１１のIRM測定出力を入
力しSRM領域からIRM領域まで連続的に中性子
束レベルの測定値（WRM測定出力）を与える結
合回路である。

このような構成のワイドレンジモニタ装置にお
いては、パルス計数の配慮からプリアンプ８が低
入力インピーダンスとされており、そのために低
周波帯域増幅回路９ｂおよび対数キヤンベル回路
１１からなるキヤンベル測定系のＳ／Ｎ比が悪化
し、また、キヤンベル計測の配慮からプリアンプ
８が低利得とされているので、プリアンプ８から
出力されるパルス信号波高が小さくなり、そのた
め、遠隔に設けられたモニタ装置本体への信号伝
送時にノイズの影響が問題となるなどの欠点があ
つた。

このような欠点を改善するものとして、第４図
に示すごときワイドレンジモニタ装置が提案され
ている。

第４図において、１３はワイドレンジモニタ用
検出器（WRM検出器）、１４は検出器１３の出
力信号を入力するワイドレンジモニタ用プリアン
プ（WRMプリアンプ）、１６はプリアンプ１４
の出力信号を２本の信号伝送ケーブル１５ａおよ
び１５ｂを介して入力する監視モニタである。

WRMプリアンプ１４は、検出器１３の出力側
に接続され検出器の出力信号をその出力信号に含
まれる周波数成分の特定周波数帯域に応じて分離
する入力回路１４ａを有する。

入力回路１４ａは、コンデンサC₁と抵抗R₁の
直列回路の抵抗側の一端を接地点にコンデンサ側
を入力端として検出器１３の出力信号のうちの高
周波信号成分を通過させる低入力インピーダンス
回路と、コンデンサC₂および抵抗R₂の直列回路
の抵抗側の一端を接地点にコンデンサ側を入力端
として検出器１３の出力信号のうちの低周波信号
成分を通過させる高入力インピーダンス回路から
なる。

低入力インピーダンス回路側にはバツフア１４
ｂを介して低入力インピーダンス・高利得のパル
ス帯域増幅回路１４ｃが接続され、その出力が、
一方の信号伝送ケーブル１５ａを介して監視モニ
タ１６に送られると共に、パルス帯域増幅回路１
４ｃより入力インピーダンスが高く利得の低い中
間周波帯域増幅回路１４ｄの入力に与えられる。

高入力インピーダンス回路側には、中間周波帯
域増幅回路１４ｄより入力インピーダンスが高く
利得の低い低周波数帯域増幅回路１４ｅが接続さ
れる。前述のパルス帯域増幅回路１４ｃは低入力
インピーダンスかつ高利得でパルス信号成分を増
幅し、中間周波帯域増幅回路１４ｄはパルス帯域
増幅回路１４ｃより高い入力インピーダンスかつ
低い利得でキヤンベル信号成分のうちの比較的信
号レベルの大きい上限３桁を増幅し、また、低周
波帯域増幅回路１４ｅは中間周波帯域増幅回路１
４ｄより更に高入力インピーダンスかつ更に低い
低利得でキヤンペル信号成分の下限３桁を増幅す
る。中間周波帯域増幅回路１４ｄの出力と低周波
帯域増幅回路１４ｅの出力はレベル切換スイツチ
SWにより選択的にバツフアアンプ１４ｆを介し
て他方の信号伝送ケーブル１５ｂにより監視モニ
タ１６に送られる。なお、スイツチSWの切換え
は、後述する監視モニタ１６のリニアキヤンベル
回路により行われる。

監視モニタ１６はプリアンプ１４とは別に遠隔
の中央制御室に設けられるもので、前述したよう
に２本の信号伝送ケーブル１５ａおよび１５ｂを
介してプリアンプ１４からパルス信号成分および
キヤンベル信号伝送ケーブル１５ａに接続され
SRM測定出力を与える対数計数率計回路１６ａ
と、他方の信号伝送ケーブル１５ｂに接続される
対数キヤンベル回路１６ｂと、対数計数率計回路
１６ａおよび対数キヤンベル回路１６ｂの出力を
入力してWRM測定出力を与える合成回路１６ｃ
と、他方の信号伝送ケーブル１５ｂに接続され
IRM測定出力を与えるリニアキヤンベル回路１
６ｄと、リニアキヤンベル回路１６ｄのレンジ切
換えを行うレンジスイツチ１６ｅとを有する。

このような構成によれば、高周波のパルス信号
は低入力インピーダンスかつ高利得で増幅され、
キヤンベル信号のうちの比較的信号レベルの大き
い上限３桁はより高い入力インピーダンスかつよ
り低い利得で増幅され、キヤンベル信号のうちの
信号レベルの低い下限３桁は更に高い入力インピ
ーダンスかつ更に低い利得で増幅されることにな
る。この結果、第４図の構成によれば、第３図で
述べた問題点を改善することができ、良好な測定
結果をもたらすワイドレンジモニタ装置が得られ
る反面、次のような欠点を生ずる。

ワイドレンジモニタ用プリアンプにおいて増
幅出力の切換えや利得の異なる複数の増幅回路
を設けなければならないのプリアンプの構成が
複雑になり、利得調整や保守点検に手間がかか
るばかりでなく、厳しい環境条件下での信頼性
に問題を生ずる。

ワイドレンジモニタ用プリアンプと監視モニ
タとの間の信号伝送ケーブルの本数が、第１図
および第２図に示すSRM領域測定系とIRM領
域測定系とを設ける場合と変りがない。

〔発明の目的〕

本発明は従来の技術の上記問題点を改善するも
ので、その目的は、増幅出力の切換えや利得調整
が不要の簡単な構成のプリアンプを有し、しかも
プリアンプと監視モニタとの間の信号伝送ケーブ
ルが１本で済むワイドレンジモニタ装置を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するための本発明の特徴は、中
性子検出器と、当該検出器の出力信号に含まれる
周波数成分の周波数に応じて入力インピーダンス
および利得が連続的に変化する広帯域プリアンプ
と、当該プリアンプの出力信号を伝送する単一の
信号伝送ケーブルと、当該ケーブルの伝送信号を
周波数帯域に応じて複数信号に分離出力する帯域
増幅回路とを有するごときワイドレンジモニタ装
置にある。

〔発明の実施例〕

第５図は本発明によるワイドレンジモニタ装置
の一実施例を示す構成図である。

図において、１７はワイドレンジモニタ用検出
器（WRM検出器）、１９はケーブル１８を介し
て検出器１７の出力信号を入力するワイドレンジ
モニタ用プリアンプ（WRMプリアンプ）、２１
は１本の信号伝送ケーブル２０を介してWRMプ
リアンプ１９の出力信号を入力する監視モニタで
ある。

WRMプリアンプ１９は、検出器１７の出力信
号に含まれる周波数の周波数帯域に応じて異なる
入力インピーダンスで受ける入力回路１９ａと、
その入力回路１９ａの出力を当該回路１９ａのイ
ンピーダンスに応じた可変利得で増幅する広帯域
増幅回路１９ｂとを有する。

上記入力回路１９ａは、抵抗R₁，R₂を直列接
続した回路の抵抗R₁側の一端を接地点に抵抗R₂
側の他端をWRMプリアンプ１９の入力端に入れ
て接続し、抵抗R₂に並列にコンデンサC₃を接続
してなる。抵抗R₁はパルス信号の反射を防止す
るためケーブル１８のインピーダンスとマツチン
グする抵抗値（例えば５Ω）とし、抵抗R₂はキ
ヤンベル信号をＳ／Ｎ良く増幅するため数ｋΩ程
度の抵抗値を有する。また、コンデンサC₃は数
千pFの容量を有し、高周波のパルス信号帯域に
おいては抵抗R₂をバイパスし、低周波のキヤン
ベル信号帯域においては抵抗R₂と同オーダのイ
ンピーダンスを与える。

入力回路１９ａがこのように構成される結果、
WRMプリアンプ１９の入力インピーダンスZin
は入力信号の周波数帯域の中心周波数を ｆ＝ω／2πとすれば、(1)式で与えられる。

Zin＝１／jωC₀＋１／jωC₃R₂＋R₁ ＝１／jωC₀＋R₂／１＋jωC₃＋R₁ ……(1) 従つて、WRMプリアンプ１９の入力インピー
ダンスZinは入力信号に含まれる周波数に応じて
第６図に示すような分布特性となる。すなわち、
WRMプリアンプ１９の入力インピーダンスZin
は、高周波帯域では抵抗R₁によつて決まり、周
波数が下がるにしたがつて大となる。この特性曲
線の低周波側は後述の高圧電源側の低周波インピ
ーダンスにより決定され、図示のごとく下降す
る。この特性曲線から明らかなように、検出器出
力信号中の高周波パルス信号は抵抗R₁によつて
決まる低入力インピーダンスでWRMプリアンプ
１９に入力され、キヤンベル信号は含まれる周波
数成分の周波数が下がるに従つて高くなる入力イ
ンピーダンスでWRMプリアンプ１９に入力され
ることになる。

WRMプリアンプ１９の増幅回路１９ｂは数十
ｋHzの低周波キヤンベル信号から数10MHz帯の高
周波パルス信号まで増幅可能な低ノイズ型広帯域
増幅回路で、第７図に示すように、初段に負帰還
増幅回路を含む。

第７図において、INはWRM検出器１７の出
力信号を入力する入力端子で、コンデンサC₀と
並列接続のコンデンサC₃を有する抵抗R₂と抵抗
R₁の直列回路を介して、広帯域増幅回路１９ｂ
の初段増幅回路１９ｂ−１の（−）入力端子に接
続される。初段増幅回路１９ｂ−１はその出力端
子OUTと（−）入力端子との間に帰還インピー
ダンスZfを有し、その（＋）入力端子が接地点に
接続される。

抵抗R₁，R₂、コンデンサC₃，C₀は第５図の同
符号の物と同一機能を果たす同一機能素子であ
る。このような構成によれば、初段増幅回路１９
ｂ−１の利得Ａは帰還インピーダンスZfと前述の
入力インピーダンスZinとにより(2)式で与えられ
る。

Ａ＝Zf／Zin ……(2) 従つて、Zfが一定の場合、検出器出力信号の周
波数に応じて利得Ａは第８図に示すような特性と
なる。すなわち、周波数が大きくなるにしたがつ
て利得が増大し、検出器出力信号に含まれる周波
数成分の周波数が低いキヤンベル信号に対しては
低利得、検出器出力信号に含まれる周波数成分の
周波数が高いパルス信号に対しては高利得の増幅
が可能となる。

なお、WRMプリアンプ１９のコンデンサC₀
は、後述の検出器用高圧電源からWRM検出器１
７に与えられる高圧バイアス電圧が増幅回路１９
ｂに入力することを防止するためのものである。

以上のごとき構成のWRMプリアンプ１９と単
一の信号伝送ケーブル２０を介して接続される監
視モニタ２１は、信号伝送ケーブル２０に接続さ
れる高周波帯域増幅回路２１ａおよび低周波帯域
増幅回路２１ｂと、高周波帯域増幅回路２１ａの
出力信号（パルス信号）を受けてSRM測定出力
を与える対数計数率計回路２１ｃと、低周波帯域
増幅回路２１ｂの出力信号（キヤンベル信号）を
受ける対数キヤンベル回路２１ｄと、前記対数計
数率計回路２１ｃおよび対数キヤンベル回路２１
ｄの各対数出力を受けてWRM測定出力を与える
合成回路２１ｅと、前記低周波帯域増幅回路２１
ｂの出力信号を受けてIRM測定出力を与えるリ
ニアキヤンベル回路２１ｆと、リニアキヤンベル
回路２１ｆのレンジ切換えを行うレンジスイツチ
２１ｇを有する。なお、２１ｈはWRMプリアン
プ１９に動作電源を供給する低圧電源、２１ｉは
WRM検出器１７に高圧バイアス電圧を供給する
検出器用高圧電源である。

以上述べた第５図の構成においては、上記の構
成説明から明らかなように、第４図の従来構成と
異なり、WRMプリアンプ１９が検出器出力信号
の当該検出器出力信号に含まれる周波数成分の周
波数に応じて最適な入力インピーダンスおよび利
得で入力し増幅出力するように構成され、また、
プリアンプ１９のパルス信号およびキヤベル信号
共に同一の信号伝送ケーブル２０で監視モニタ２
１に与えるように構成され、更に、監視モニタ２
１内で帯域増幅回路２１ａおよび２１ｂによりパ
ルス信号とキヤンベル信号とを分離するように構
成されている。

このような構成のワイドレンジモニタ装置によ
れば、WRM検出器１７の出力信号は、WRMプ
リアンプ１９によりその信号に含まれる周波数成
分の周波数に応じたインピーダンスで入力される
と共にこの入力インピーダンスに応じた利得で増
幅出力されることになる。すなわち、検出器出力
信号中の高周波パルス信号成分については低入力
インピーダンスかつ高利得で増幅出力され、中間
周波および低周波のキヤンベル信号成分について
はその周波数に応じた高入力インピーダンスかつ
低利得で増幅出力されて、単一の信号伝送ケーブ
ル２０により監視モニタ２１に送られる。監視モ
ニタ２１では、帯域増幅回路２１ａと２１ｂとに
よりパルス信号とキヤンベル信号とに分離され、
対数計数率計回路２１ｃ、対数キヤンベル回路２
１ｄおよび合成回路２１ｅによりWRM測定出力
が与えられる。

ところで、ワイドレンジモニタ装置を構成する
場合においては、パルス信号の計数率特性が良
く、しかもキヤンベル信号をＳ／Ｎ良く計測で
き、下限側の出力直線性が低中性子束レベルまで
延びており、SRM測定出力とIRM測定出力との
間に充分なオーバラツプのとれることが必要であ
る。

第９図は第５図の構成の各測定出力特性を示す
もので、ａは対数計数率計回路２１ｃのSRM測
定出力特性、ｂはリニアキヤンベル回路２１ｆの
IRM測定出力特性、ｃは対数キヤンベル回路２
１ｄのIRM測定出力特性、(d)は合成回路２１ｅ
のWRM測定出力特性である。

第９図から明らかなように、第５図の構成によ
れば、パルス信号の計数率特性が良くSRM測定
出力特性ａが高中性子束レベルまで延び、また
IRM対数測定出力特性ｃで示されるようにキヤ
ンベル信号の下限側が低中性子束レベルまで延び
ており、両者間に充分なオーバラツプのとれるこ
とがわかる。

このような特性が得られるのは、高周波帯域の
パルス信号成分に関してはSRMプリアンプ１９
により低入力インピーダンスかつ高利得で増幅さ
れ、キヤンベル信号成分に関してはその周波数帯
域に応じた高入力インピーダンスかつ低利得で増
幅されるためである。この結果、低周波帯域のキ
ヤンベル信号成分についてもＳ／Ｎ良く増幅する
ことが可能となる。すなわち、プリアンプのＳ／
Ｎ比は入力信号レベルＳが一定の場合、プリアン
プ入力換算ノイズNvによりほとんど決まり、Nv
は次式であらわされる。

Nv＝N_F・√4・・・_IN …(3) (3)式において、Ｋはボルツマン定数、Ｔは抵抗
の絶対温度、Ｂはアンプ帯増幅、R_INは入力抵抗、
N_Fはノイズフイギユアである。このときの入力
電流換算ノイズNiは(3)式を用いて次式で表わさ
れる。

Ni＝Nv／R_IN ＝N_F・√4・・_IN …(4) 従つて、アンプ帯域幅Ｂが一定の場合、入力抵
抗R_INが大きいほど入力電流換算ノイズは小さく
なり、低周波のキヤンベル信号成分をＳ／Ｎ良く
増幅することが可能となる。

以上述べた構成のワイドレンジモニタ装置によ
れば、WRMプリアンプにおいて第４図の従来構
成に示されるようなキヤンベル信号に関する増幅
出力の切換えを行う必要がないので、キヤンベル
信号の下限側と上限側の対数出力間でレベルシフ
トを行うことなく構成でき、対数キヤンベル回路
の構成が容易になる。なお、第４図の従来構成に
おいては、WRMプリアンプにおいてキヤンベル
信号の増幅出力の切換えを行つているので、キヤ
ンベル信号の下３桁と上限３桁とで対数出力のレ
ベルシフトを行わなければならない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、検出器出
力信号に含まれる周波数成分の周波数に応じて入
力インピーダンスおよび利得が連続的に変化する
WRMプリアンプを設け、パルス信号成分および
キヤンベル信号成分を単一の信号伝送ケーブルを
介して重畳的に監視モニタに送出するようにした
ので、WRMプリアンプにおいてレンジ切換えや
利得調整の用がなくなりプリアンプの構成が簡単
化され、また、WRMプリアンプと監視モニタと
の間の信号伝送ケーブルが１本で済みケーブル布
設が容易になるワイドレンジモニタ装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のSRM領域測定系の構成図、第
２図は従来のIRM領域測定系の構成図、第３図
は従来のワイドレンジモニタ装置の構成図、第４
図は従来のワイドレンジモニタ装置の別の構成
図、第５図は本発明によるワイドレンジモニタ装
置の一実施例を示す構成図、第６図は第５図の
WRMプリアンプの入力インピーダンス周波数依
存特性を示す図、第７図は第５図のWRMプリア
ンプの初段増幅回路の構成図、第８図は第７図の
増幅回路の利得周波数依存特性を示す図、第９図
は第５図の構成の各測定出力特性を示す図であ
る。 １７…ワイドレンジモニタ用検出器（WRM検
出器）、１９…ワイドレンジモニタ用プリアンプ
（WRMプリアンプ）、１９ａ…入力回路、１９ｂ
…広帯域増幅回路、２０…信号伝送ケーブル、２
１…監視モニタ、２１ａ…高周波帯域増幅回路、
２１ｂ…低周波帯域増幅回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中性子検出器と、 この中性子検出器の検出信号のうち高周波のパル
   スを測定対象とするSRM測定の場合は低入力イ
   ンピーダンスかつ高利得で、前記中性子検出器の
   検出信号に含まれる周波数成分のうち数百ｋHzの
   周波数帯域を測定対象とするIRM測定の場合は
   高入力インピーダンスかつ低利得となるよう、当
   該検出器の出力信号に応じて入力インピーダンス
   および利得が連続的に変化する広帯域プリアンプ
   と、 当該プリアンプの出力信号を伝送する単一の信
   号伝送ケーブルと、 当該ケーブルの伝送信号を周波数成分に応じて
   複数の信号に分離出力する帯域増幅回路と、 を備えたことを特徴とするワイドレンジモニタ装
   置。