球床堆燃料元件装卸系统过球检测方法及外装式检测系统技术方案

球床堆燃料元件装卸系统过球检测方法及外装式检测系统属于球床式反应堆燃料元件检测技术领域。是以安装在过球管道外的外装式检测系统，利用远场涡流原理检测两个检测线圈的电压，并对该两个检测线圈的电压分别进行检幅和鉴相处理，得到包含有过球信息的检幅输出电压Ｕ↓［ＯＡ］和鉴相输出电压Ｕ↓［ＯＰ］，然后对该电压Ｕ↓［ＯＡ］和Ｕ↓［ＯＰ］进行进一步分析和处理，从而判断出过球管道内是否有球经过。本发明专利技术还提出了外装式检测系统。采用本发明专利技术，安装和维修无需破坏过球管道，保证装卸料管道的完整性和高压气密性，降低辐射污染；传感器线圈、骨架和其它附件直接与放射性燃料球接触，对整个检测传感器材料的抗辐射性要求较低，有利于提高传感器的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

球床堆燃料元件装卸系统过球检测方法及外装式检测系统属于球床式反应堆燃料元件检测

技术介绍
目前，能源短缺已成为困扰世界各国的主要难题之一，对我国的可持续发展也构成了严峻的挑战，合理有序地发展核能是解决能源危机的重要手段，受到了国家的高度重视。球床式高温气冷堆是一种先进的反应堆堆型，具有发电效率高，安全性好，能够在不停堆的情况下进行燃料装卸等优点。世界上已建成的球床式高温气冷堆有德国AVR堆和THTR堆、中国的HTR-10高温气冷实验堆，还有正在建设中的南非PBMR堆。 为了实现球床式高温气冷堆的连续运行，必须能够在不停堆的情况下实现燃料元件装卸的有效控制。为此，必须对装料管道、卸料管道和乏燃料管道中的石墨球和石墨为基体的燃料球进行准确检测和计数，这正是本专利的目的所在。 准确性、安全性和可靠性是对燃料元件检测装置的基本要求。目前在球床堆上使用的燃料元件检测装置有两种(都利用了导电的石墨对线圈感抗的影响原理)。一是内装式在不锈钢过球管道内预装检测线圈，燃料球通过时线圈的感抗会发生变化，通过检测线圈感抗的变化来得到过球信号，德国的AVR堆、THTR堆、我国的HTR-10高温气冷实验堆和在建中的南非PBMR堆采用的就是这种装置。二是侧壁打孔安装式在不锈钢过球管道侧壁打孔，在孔内安装检测线圈，这种装置类似于电磁式接近开关，德国曾采用这种传感器进行过200MW模块堆装卸料系统的设计。 以上两种传感器在使用时存在以下问题(1)传感器安装都破坏了过球管道的完整性，传感器结构和安装方式必须保证过球管道的高压气密性，因此传感器结构复杂，安装困难。 (2)传感器出现故障后，维修和更换传感器必须拆卸过球管道，施工时间长，容易造成辐射污染，影响反应堆的可利用性。 (3)传感器线圈、骨架和其它附件直接与放射性燃料球接触，对整个检测传感器材料的抗辐射性要求很高，影响了传感器的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有过球检测装置的不足，提出了一种利用利用外装式过球检测检测系统，采用远场涡流穿透不锈钢管道实现燃料元件检测的方法。该方法具有如下优点(1)传感器安装无需破坏过球管道，保证了装卸料管道的完整性和高压气密性，而且传感器结构简单，安装方便。 (2)传感器线圈、骨架和其它附件不直接与放射性燃料球接触(中间由不锈钢管壁分隔)，对整个检测传感器材料的抗辐射性要求较低，有利于提高传感器使用寿命。 (3)在传感器出现故障后，维修和更换传感器无需拆卸过球管道，施工时间短，辐射污染小。保证了装卸料管道的完整性和高压气密性；解决了传感器安装的方便性和使用可靠性；提高了传感器的使用寿命。 本专利技术的特征在于，是以安装在过球管道外的外装式检测系统，利用远场涡流原理检测两个检测线圈的电压，并对该两个检测线圈的电压分别进行检幅和鉴相处理，得到包含有过球信息的检幅输出电压UOA和鉴相输出电压UOP，然后对该电压UOA和UOP进行进一步分析和处理，从而判断出过球管道内是否有球经过。 在所述单片机中对经过检幅和鉴相处理的幅度检测电压UOA和相位检测电压UOP进行分析和处理，判断是否过球，其步骤如下1)初始化给定幅度电压检测阈值Uth1、Uth2；给定相位电压检测阈值Uth3、Uth4；给定单次过球信号处理的时间范围ΔT；给定幅度检测电压UOA的常态值，即无球通过时UOA的电压值；给定相位检测电压UOP的常态值，即无球通过时UOP的电压值；2)采集幅度检测电压UOA和相位检测电压UOP3)进行如下条件的判断条件(1)，进行幅度阈值判断UOA在ΔT时间内是否被Uth1和Uth2分别切割两次；条件(2)，进行相位阈值判断UOP在ΔT时间内是否被Uth3和Uth4分别切割两次；条件(3)，进行幅度波形判断双方向波形的形状是否具有相似性；条件(4)，进行相位波形判断双方向波形的形状是否具有相似性；在ΔT时间内，当条件(1)和(3)同时满足，或条件(2)和(4)同时满足，或条件(1)～(4)同时满足时，判断为有球通过，并将条件(1)～(4)全部复位，继续判断；否则继续判断。所述阈值Uth1、Uth2、Uth3、Uth4的确定方法如下Uth1＝(UOA的常态值+有球通过时UOA的最大值)/2； Uth2＝(UOA的常态值+有球通过时UOA的最小值)/2；Uth3＝(UOP的常态值+有球通过时UOP的最大值)/2；Uth4＝(UOP的常态值+有球通过时UOP的最小值)/2；所述单次过球信号处理的时间范围ΔT＝燃料球通过两个检测线圈中心的时间间隔。 所述对幅度波形的双方向波形的形状的相似性判断，是通过在区间[t1，t4]内对UOA进行积分，若积分值等于UOA的常态值，则表明波形具有相似性；所述t1是在ΔT时间内Uth1第一次切割UOA的时间，所述t4是在ΔT时间内Uth2第二次切割UOA的时间。 所述对相位波形的双方向波形的形状的相似性判断，是通过在区间[t5，t8]内对UOP进行积分，若积分值等于UOP的常态值，则表明波形具有相似性；所述t5是在ΔT时间内Uth3第一次切割UOP的时间，所述t8是在ΔT时间内Uth4第二次切割UOP的时间。 根据过球检测方法而设计的外装式检测系统，其特征在于，它含有传感器含有包覆在过球管道外的至少两个线圈，接收激励单元的激励信号，在空间产生稳定的交变电磁场，并检测反映过球信息的两个电压信号，输入信号检测与调理单元；激励单元接收单片机的控制信号，产生稳幅正弦交流激励信号，作用于传感器的激励线圈，在空间产生稳定的交变电磁场；信号检测与调理单元接收传感器两个检测线圈输出的正弦波电压信号，进行放大和相位处理，将处理后的信号分别输出到幅度鉴别单元和相敏检波单元；幅度鉴别单元接收信号检测与调理单元输出两个电压信号，检测这两个信号的幅度变化，输出反应幅度变化的电压信号UOA；相敏检波单元接收信号检测与调理单元输出两个电压信号，检测这两个信号的相位变化，输出反应相位变化的电压信号UOP；单片机输出控制信号到激励单元，同时接收幅度鉴别单元和相敏检波单元输出的信号，经过分析，确定是否有球经过。 所述传感器为包覆在过球管道外绕成半圆状的两个检测线圈，所述两个检测线圈紧挨过球管道外壁，且沿过球管道的长度方向排列，该两个检测线圈的绕制方法、所用材料和线圈匝数相同；还含有一个激励线圈，该激励线圈绕制的宽度大于所述检测线圈。 所述激励单元含有DDS正弦信号发生电路和功率放大电路，所述DDS正弦信号发生电路的控制信号输入端与所述单片机的激励电压控制信号输出端相连，其信号输出端连接所述功率放大电路的信号输入端；所述功率放大电路的信号输出端连接激励线圈，使激励线圈在空间产生稳定的交变电磁场。 所述信号检测与调理单元含有两个运算放大器，其输入端分别连接所述两个检测线圈，其输出端分别连接所述幅度鉴别单元和所述相敏检波单元。 所述幅度鉴别单元含有依次串联的减法器、放大器、加法器和整流电路，所述信号检测与调理单元的两个信号输出端连接所述减法器的两个信号输入端，所述激励单元输出的电压信号经过一个调整电路输入所述加法器的另一个输入端，所述整流器的输出端连接单片机的模拟信号输入端；述调整电路是一个运算放大器电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
球床堆燃料元件装卸系统过球检测方法，其特征在于，是以安装在过球管道外的外装式检测系统，利用远场涡流原理检测两个检测线圈的电压，并对该两个检测线圈的电压分别进行检幅和鉴相处理，得到包含有过球信息的检幅输出电压Ｕ↓［ＯＡ］和鉴相输出电压Ｕ↓［ＯＰ］，然后对该电压Ｕ↓［ＯＡ］和Ｕ↓［ＯＰ］进行进一步分析和处理，从而判断出过球管道内是否有球经过。

【技术特征摘要】
1.球床堆燃料元件装卸系统过球检测方法，其特征在于，是以安装在过球管道外的外装式检测系统，利用远场涡流原理检测两个检测线圈的电压，并对该两个检测线圈的电压分别进行检幅和鉴相处理，得到包含有过球信息的检幅输出电压UOA和鉴相输出电压UOP，然后对该电压UOA和UOP进行进一步分析和处理，从而判断出过球管道内是否有球经过。2.如权利要求1所述的球床堆燃料元件装卸系统过球检测方法，其特征在于，在所述单片机中对经过检幅和鉴相处理的幅度检测电压UOA和相位检测电压UOP进行分析和处理，判断是否过球，其步骤如下1)初始化给定幅度电压检测阈值Uth1、Uth2；给定相位电压检测阈值Uth3、Uth4；给定单次过球信号处理的时间范围ΔT；给定幅度检测电压UOA的常态值，即无球通过时UOA的电压值；给定相位检测电压UOP的常态值，即无球通过时UOP的电压值；2)采集幅度检测电压UOA和相位检测电压UOP；3)进行如下条件的判断条件(1)，进行幅度阈值判断UOA在ΔT时间内是否被Uth1和Uth2分别切割两次；条件(2)，进行相位阈值判断UOP在ΔT时间内是否被Uth3和Uth4分别切割两次；条件(3)，进行幅度波形判断双方向波形的形状是否具有相似性；条件(4)，进行相位波形判断双方向波形的形状是否具有相似性；在ΔT时间内，当条件(1)和(3)同时满足，或条件(2)和(4)同时满足，或条件(1)～(4)同时满足时，判断为有球通过，并将条件(1)～(4)全部复位，继续判断；否则继续判断。3.如权利要求2所述的球床堆燃料元件装卸系统过球检测方法，其特征在于，所述阈值Uth1、Uth2、Uth3、Uth4的确定方法如下Uth1＝(UOA的常态值+有球通过时UOA的最大值)/2；Uth2＝(UOA的常态值+有球通过时UOA的最小值)/2；Uth3＝(UOP的常态值+有球通过时UOP的最大值)/2；Uth4＝(UOP的常态值+有球通过时UOP的最小值)/2。4.权利要求2所述的球床堆燃料元件装卸系统过球检测方法，其特征在于，所述单次过球信号处理的时间范围ΔT＝燃料球通过两个检测线圈中心的时间间隔。5.如权利要求2所述的球床堆燃料元件装卸系统过球检测方法，其特征在于，所述对幅度波形的双方向波形的形状的相似性判断，是通过在区间[t1，t4]内对UOA进行积分，若积分值等于UOA的常态值，则表明波形具有相似性；所述t1是在ΔT时间内Uth1第一次切割UOA的时间，所述t4是在ΔT时间内Uth2第二次切割UOA的时间。6.如权利要求2所述的球床堆燃料元件装卸系统过球检测方法，其特征在于，所述对相位波形的双方向波形的形状的相似性判断，是通过在区间[t5，t8]内对UOP进行积分，若积分值等于UOP的常态值...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩赞东，刘继国，马庆贤，朱志明，张海泉，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]