中子发生器是一种小型加速器中子源,它具有产额高、单色性好、安全可控、体积小等优点,目前在石油测井、爆炸物检测、放射性治疗等领域有着重要的应用价值。由于国内的中子管中子发生器技术起步比较晚,中子发生器的自动化程度还不够高。在设备的运行过程中,常常需要操作人员的干预,而且还存在中子产额稳定性不高、异常处理机制欠缺的问题。本文针对上述问题,设计了一款新型中子发生器闭环控制系统,该控制系统以He-3中子探测器作为中子产额的监测设备,通过嵌入式硬件系统和中子闭环控制算法来自行调整中子发生器电参数,提高了中子产额的稳定性、节省了人力成本。并且控制系统具有错误诊断与自保护机制,一旦设备出现故障,系统通过分析电参数的变化情况,找出故障原因并开启相应的保护机制,将危险和损失降到最低。该中子发生器控制系统主要分为硬件设计和软件设计两部分。在硬件方面,系统包括主控电路、储存器电源、离子源电源、加速极电源、中子探测器和工控机。其中主控电路是硬件系统的核心,它由核心控制板和驱动板组成,核心控制板以TI公司的高性能DSP TMS320F2810控制芯片为核心,它控制着驱动板。驱动板由DA转换电路、AD采集电路、串口通信电路、数字信号隔离电路、逻辑门电路等组成,通过接收核心控制板的调控信号,实现对储存器电源、离子源电源和加速极电源的控制,从而启动中子发生器。与此同时,驱动板将采样到的电参数信息实时反馈给核心控制板,并在工控机上显示出来。为了提升系统硬件的可靠性,电路上集成了瞬态电压抑制二极管、数字隔离芯片等多种保护或防干扰器件,可以防止高压放电对控制器造成损伤或干扰。软件方面包含了下位机(TMS320F2810)软件和上位机LabVIEW监控软件。下位机软件实现AD采集、DA输出、计时和通信等功能。上位机软件是人机交互界面,配合下位机将中子发生器的重要参数显示出来,并将用户调控指令发送给下位机,实现对三路电源的调控。通信方面采用了Modbus通信协议,使数据传输更加稳定、可靠。整个系统具有手动和自动两个模式,手动模式方便专业人员对各种数据进行记录、分析。自动模式通过中子闭环控制算法,自行开启设备并稳定中子产额。实验结果表明:储存器电源、离子源电源、加速极电源参数与上位机调节步长接近线性调节,储存器电流调节精度为0.7mA,离子源电压调节精度为1V,加速极电压调节精度达到0.06KV;D-D中子发生器总体性能得到很大提升,中子产额可达1.0×10~7n/s,寿命达到1000小时,在闭环自动模式下,中子产额稳定性在±2%以内。该设备目前运用于中国工程物理研究院中子探雷项目中,运行良好,满足项目总体要求。