基于振动信号处理的近等径球流管路过球检测系统及方法技术方案

基于振动信号处理的近等径球流管路过球检测系统及方法，属于检测设备技术领域。该系统包括信号传感单元、信号调理单元和信号采集及处理单元。利用传感器获取球在管路内输送时与管路碰撞激发的振动信号，进而对该信号进行时频联合分析，得到球分别在目标管段中和非目标管段中与管路碰撞时，管路振动信号的频率特征。在开始检测任务时，系统根据该频率特征对管路振动信号进行滤波，再通过整流、滤波和加权求和，得到处理后信号；通过将处理后信号的幅值与设定阈值进行比较，即可检测球是否到达目标管段，并记录到达目标管段的时间。实验表明，该系统结构简单，易于控制，检测结果准确可靠，满足功能要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于球料输送
，特别设及基于振动信号处理的近等径球流管路过 球检测系统及方法。
技术介绍
球料输送目前主要应用于球床高溫气冷堆。球床高溫气冷堆具有固有安全性、高 效率等优点，被认为是第四代核反应堆的优选堆型。此反应堆的特点是采用球形石墨燃料 元件，且在反应堆运行期间由燃料装卸系统实现不停堆燃料装卸。在反应堆正常运行过程 中，球形燃料元件逐一从堆忍中卸出，随后经过燃耗测量环节，达到目标燃耗的燃料元件被 输送至乏燃料系统，未达到目标燃耗的燃料元件被返回至堆忍，同时还要向堆忍中加入一 定量的新燃料元件。燃料元件在堆忍外的输送是在管道中依靠高压气流的推力实现的。为 了提高输送效率，燃料元件的直径与管道的内径非常接近，因此运种输送模式被称为"近等 径球流管路气动力输送"。在燃料元件输送过程中，需要实时检测燃料元件是否到达了反应 堆中的某些管段并记录到达时间，主要有W下原因： 首先，燃料装卸系统有数百台装置，运些装置用于控制燃料元件的输送、检测燃料 元件的燃耗等，而燃料元件输送位置是运些装置运行的重要基础，例如，当燃料元件到达燃 耗测量装置所在管段时，才能够开始测量其燃耗； 其次，反应堆需要对输送的燃料元件的数量进行精确的统计，而检测燃料元件是 否到达反应堆中的目标管段可W直接用于统计燃料元件的数量。例如，反应堆每天要加入 400个新燃料元件，通过检测燃料元件是否到达了入堆管段，可W准确的统计加入的新燃料 元件的数量；[000引再次，由于燃料元件的直径和管道的内径非常接近，因此在反应堆运行过程中可 能会发生卡球事故。而通过检测燃料元件所经过的管段和未经过的管段W及经过的时间， 可W及时发现卡球事故，并记录卡球的位置，为之后事故解除提供重要依据； 此外，燃料元件是否到达目标管段W及到达的时间是反应堆调试的重要基础，也 是反应堆运行的重要记录参数。 基于W上四点原因，需要对管路内燃料元件的输送位置进行准确的检测和记录， W保证反应堆的安全可靠运行。 目前，球床堆中使用的过球检测装置包括贯穿件式、侧壁打孔式W及外装式Ξ种。 其中，贯穿件式检测装置采用外部绕制有两个线圈的陶瓷管段替代反应堆中的一段输送管 路，利用燃料元件通过时的满流信号来检测是否过球。侧壁打孔式是在输球钢管侧壁上打 孔，将两个绕有线圈的V形铁忍伸入孔内，利用电磁式接近开关来实现过球检测。专利 CN200510136309.4及专利CN101719387则提出了外装式的基于满流检测的过球检测装置， 避免了贯穿件式检测装置及侧壁打孔式检测装置对管路完整性和密封性的不利影响，降低 了安装与维护的难度。然而，上述检测装置依旧具有W下不足： (1)检测装置传感器需要特制的线圈骨架W及绕制特殊的内凹形线圈，结构较为 复杂，成本较高； (2)上述传感器受线圈骨架W及线圈制作水平制约，只能够安装在直管段上，只适 用于检测相应直管段内的过球信号。对于球床高溫气冷堆中广泛存在的弯头，无法检测燃 料元件的输送位置； (3)由于远场满流信号强度较低，不同传感器线圈的物理参数存在细微差别，W及 传感器安装时两侧线圈距离管壁距离难W保持一致，导致在同一位置更换传感器或者同一 传感器在同一位置拆装后，其信号调理电路均需要人工调节参数W保证可靠检测。因此传 感器的替换和维护很不方便。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对已有技术的不足之处，提供一种系统结构简单、易于控制、检 测结果准确可靠，且能满足功能要求的基于振动信号处理的近等径球流管路过球检测系统 及方法。 本专利技术的技术方案如下： 本专利技术提供的基于振动信号处理的近等径球流管路过球检测系统，其特征在于： 本系统包括信号传感单元、信号调理单元和信号采集及处理单元;所述的信号传感单元包 括传感器和安装附件;所述的信号调理单元包括激励电源和信号放大及滤波模块;所述的 信号采集及处理单元包括信号采集模块、时频联合分析模块、整流前滤波模块、整流模块、 整流后滤波模块、加权求和模块和阔值比较及过球判断模块； 所述的安装附件用于将传感器安装在目标管段上;所述的传感器用于拾取管路振 动信号，并将该信号转换为电信号输出给信号调理单元;所述的激励电源为传感器提供激 励电流;所述的信号放大及滤波模块对信号传感单元输出的电信号进行滤波并提取有效带 宽振动信号，进而将有效带宽振动信号输出给信号采集及处理单元;所述的信号采集模块 对信号调理单元的输出信号进行信号采集;所述的时频联合分析模块采用时频联合分析技 术，分析不同部位球-管碰撞振动信号的特征，并为整流前滤波模块提供滤波参数;所述的 整流模块和整流后滤波模块通过整流和滤波，将振动信号转换为振动幅值信号;所述的加 权求和模块对不同的振动幅值信号添加不同权值并相加，得到处理后信号;所述的阔值比 较及过球判断模块通过将处理后信号的幅值和设定阔值进行比较，对球是否到达目标管段 进行判断。 本专利技术提供的基于振动信号处理的近等径球流管路过球检测方法，其特征在于该 方法包括如下步骤： 1)利用安装附件将传感器安装在需要检测过球信息的目标管段上； 2)开启检测系统，传感器拾取管路振动信号，并通过信号调理单元输出原始混合 信号;所述的管路振动信号包括目标管段球-管碰撞振动信号、非目标管段球-管碰撞振动 信号和背景噪声信号;所述的目标管段球-管碰撞振动信号是指球到达目标管段时与管路 碰撞所激发的振动信号;所述的非目标管段球-管碰撞振动信号是指球在除目标管段W外 的其他管段中与管路碰撞所激发的振动信号； 3)信号调理单元对原始混合信号进行放大和滤波，输出有效带宽振动信号； 4)信号采集模块对有效带宽振动信号进行采集调理后，输出模拟量信号； 5)时频联合分析模块对模拟量信号进行时频联合分析，获取目标管段球-管碰撞 振动信号W及非目标管段球-管碰撞振动信号的各自集中频段； 6)整流前滤波模块根据集中频段，对模拟量信号进行整流前滤波，获得混合信号A 与混合信号B;所述的混合信号A包含大部分的目标管段球-管碰撞振动信号和少部分的非 目标管段球-管碰撞振动信号，而背景噪声信号则被抑制;所述的混合信号B则包含少部分 的目标管段球-管碰撞振动信号和大部分的非目标管段球-管碰撞振动信号，且背景噪声信 号也被抑制； 7)整流模块对混合信号A及混合信号B进行整流，将交变的振动信号转换为直流信 号，得到整流信号A和整流信号B; 8)整流后滤波模块对整流信号A和整流信号B再次进行滤波，得到反映振动幅值信 息的混合信号A的幅值信号及混合信号B的幅值信号； 9)加权求和模块分别对混合信号A的幅值信号及混合信号B的幅值信号赋予相应 的权值，并进行求和，得到处理后信号； 10)阔值比较及过球判断模块将处理后信号的幅值与设定阔值化reshoW比较，若 超过设定阔值化reshold则认为球经过了目标管段，并输出过球信号；同时，输出过球信号 后，所述的信号采集及处理单元在锁定时间A T内不再对信号调理单元传来的任何信号进 行响应，防止同一管段内存在多次球-管碰撞而导致误检;所述的ΔΤ由操作员根据实际工 况进行设定。 本专利技术提供的基于振动信号处理的近等径球流管路过球检测方法，其特征在于： 在检测系统正式开始检测任务之前，根据过球本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于振动信号处理的近等径球流管路过球检测系统，其特征在于：本系统包括信号传感单元(100)、信号调理单元(200)和信号采集及处理单元(300)；所述的信号传感单元包括传感器(101)和安装附件(102)；所述的信号调理单元包括激励电源(201)和信号放大及滤波模块(202)；所述的信号采集及处理单元包括信号采集模块(301)、时频联合分析模块(302)、整流前滤波模块(303)、整流模块(304)、整流后滤波模块(305)、加权求和模块(306)和阈值比较及过球判断模块(307)；所述的安装附件用于将传感器安装在目标管段上；所述的传感器用于拾取管路振动信号，并将该信号转换为电信号输出给信号调理单元；所述的激励电源为传感器提供激励电流；所述的信号放大及滤波模块对信号传感单元输出的电信号进行滤波并提取有效带宽振动信号(405)，进而将有效带宽振动信号输出给信号采集及处理单元；所述的信号采集模块对信号调理单元的输出信号进行信号采集；所述的时频联合分析模块采用时频联合分析技术，分析不同部位球‑管碰撞振动信号的特征，并为整流前滤波模块提供滤波参数；所述的整流模块和整流后滤波模块通过整流和滤波，将振动信号转换为振动幅值信号；所述的加权求和模块对不同的振动幅值信号添加不同权值并相加，得到处理后信号；所述的阈值比较及过球判断模块通过将处理后信号的幅值和设定阈值进行比较，对球是否到达目标管段进行判断。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：都东，刘洪冰，贺阿亚达，韩赞东，常保华，黄岸，王力，潘际銮，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11