CN101794628A - 基于误差带校正方法的棒位测量系统 - Google Patents

Abstract

基于误差带校正方法的棒位测量系统属于棒位测量技术领域，尤其涉及反应堆测控技术领域，其特征在于，在感应式棒位测量系统中，采用了各测量线圈串联连接且共同使用一组测量激励信号的形式，解决了各测量线圈长期工作条件下的无规则相对参数漂移，采用误差带校正方法进行各测量线圈状态的判断，克服了线圈阻抗温度效应和线圈绕制误差等因素带来的错判问题，同时还采用了用于棒位零点误差带校正的校正线圈组，解决了由于反应堆温度变化而导致的棒位初始零点误差变化而带来的错判问题。

Description

基于误差带校正方法的棒位测量系统

技术领域

本发明属于棒位测控技术领域，涉及一种反应堆的棒位测量系统，尤其涉及一种基于误差带校正方法的棒位测量系统。

背景技术

控制棒及其驱动机构是保证反应堆安全运行的重要组成部分。正常工况下，通过调节控制棒棒位，可以实现反应堆的正常启动、停闭，以及维持反应堆在某一给定功率水平运行和进行功率调节；在事故工况下，通过快速将控制棒插入反应堆堆芯，实现紧急停堆。棒位测量装置是该组成部分中的最重要的装置之一，其可靠性和安全性直接关系到整个反应堆的正常运行与安全。

目前已有的反应堆控制棒棒位测量装置主要包括角度式、超声式、电涡流式和感应式等几种。

其中感应式是最常见，也是应用最广泛的反应堆控制棒棒位测量装置。感应式棒位测量装置又分为互感式和自感式两大类，互感式大量存在于早期的感应式棒位测量装置设计中，设计将由导磁材料组成的测量芯棒连接在控制棒一端并与控制棒同步运行；测量芯棒在一根空心孔道内部运动，初级激励线圈和测量次级线圈套装在空心孔道外部，当测量芯棒在线圈内部运动是，改变电感线圈的磁感应强度是测量次级线圈输出信号幅度发生变化，其缺点是结构复杂，线圈绕制难度大，连接复杂。在中国专利92103620.5-“自编码数字式棒位测量系统”和中国专利95116462.9-“地址码反应堆控制棒棒位测量系统”中对于线圈结构进行了改进。但是由于其依旧采用互感形式的电感式棒位测量装置，仍然存在体积较大，初级线圈功率大和线圈工艺一致性要求高等不足。而自感式棒位测量装置，则对缺点进行有效的改进，如本申请人2005年1月21日申请的中国专利200510011225.8-“一种基于线圈自感原理的控制棒棒位测量系统”和中国专利200510011226.2-“一种基于自感式原理的单级线圈控制棒棒位测量传感器”中，对于棒位测量装置的感应形式进行了改进，采用了自感形式的电感式棒位测量原理，达到了简化棒位测量装置结构，提供可靠性的目的。但是，所述以上各种设计中仍存在以下不足：1、每个自感测量线圈由独立对应的辅助信号电路产生放大了的激励信号，由于多个放大电路长期运行存在温度漂移等物理现象，各个自感测量线圈信号长期工作存在相对参数漂移。2、多个放大电路之间存在参数差异，使用和维护中各电路之间一致性调试难度大。3、由于使用参比线圈，使得整个棒位测量系统的传感器部分必须完全处于近似环境中，而造成传感器安装高度较大，增大了反应堆舱室布置和设计的难度。4、由于使用参比线圈，使得在参比线圈由于长期工作和工作环境条件波动而导致的参数变化后，整个棒位测量系统的测量精度受到明显影响。5、由于温度影响，以及线圈绕制影响造成线圈的信号电平差异可能导致信号产生错误判断。6、由于反应堆系统温度变化造成的整体热膨胀会导致棒位测量装置初始的零点位置产生变化，进而导致可能的控制棒位置指示偏差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种解决上述棒位测量装置存在问题，特别特别是解决常见的感应式棒位测量装置存在问题的新型棒位测量系统。

本发明的特征在于，是一种反应堆的棒位测量系统，含有：测量线圈组、校正副边线圈组、校正原边线圈、校正激励信号发生单元、测量激励信号发生单元、现场测量单元、测量芯棒以及信息处理单元，其中：

测量线圈组，第1个到第n个共n个同向串联的测量线圈A1～An，各测量线圈的绕制方式相同，在空间上各测量线圈的共轴地安装，各测量线圈两端输入测量激励信号；

校正线圈组，其中包括：一个校正原边线圈C0，第1个到第m个共m个校正副边线圈C1～Cm，m＝4，所述一个校正原边线圈C0和m个校正副边线圈共磁轴安装，所述四个校正副边线圈C1，C2，C3，C4从下到上地顺次紧密排列，其中，中间两个校正副边线圈C2，C3的缠绕方向相反，且两者串联连接；两端两个校正副边线圈C1，C4缠绕方向相反，且两者串联连接；所述偏下方的两个校正副边线圈C1，C2安装后线圈螺旋方向与所述校正原边线圈C0的线圈螺旋方向相同，所述偏上方的两个校正副边线圈C3，C4安装后的线圈螺旋方向与所述校正原边线圈C0的线圈螺旋方向相反，所述校正线圈组用于棒位测量的零点误差带校正；

测量芯棒，由导磁材料段与非导磁材料段间隔排列组成，该测量芯棒的一端与控制棒的驱动轴直接连接，并在所述各测量线圈A1～An及校正线圈组内部上下往复运动，所述n个测量线圈安装于所述测量芯棒顶端面的行程范围内，在控制棒没有运动前，且所述反应堆没有加热前的冷态初始条件下，所述测量芯棒中某个固定的导磁材料段顶端面位于所述中间两个串联连接的校正副边线圈C2，C3中靠下方的一个所述校正副边线圈C2的上下端面之间，所述冷态初始条件下测量芯棒中固定的导磁材料段顶端面的位置与所述中间两个串联反接的校正副边线圈C2，C3中靠上方一个所述校正副边线圈C3的上端面间的距离大于所述反应堆控制棒驱动轴部分整体在所述反应堆达到最高工作温度时，以冷态初始条件下的所述测量芯棒中固定的导磁材料段顶端面的位置为起点开始，由于包括热膨胀在内的各种因素而导致的的伸长总长度，同时在所述控制棒开始运动前的冷态初始条件下，位于两端的两个串联反接的所述校正副边线圈C1，C4中，始终保持其中一个内部有所述测量芯棒的导磁材料段存在，而另一个内部只有测量芯棒的非导磁材料段部分存在或者没有测量芯棒存在；

测量激励信号发生单元，由测量激励信号发生器和测量激励信号放大器依次串联构成，所述测量激励信号发生器产生的固定频率的交流激励信号经测量激励信号放大器功率放大后输入到所述测量线圈组的两个输入端；

校正激励信号发生单元，由校正激励信号发生器和校正激励信号放大器依次串联构成，所述校正激励信号发生器产生的固定频率的交流激励信号经激励信号放大器进行功率放大后输入到所述校正线圈组中校正原边线圈的两个输入端；

现场测量单元，由现场棒位信号测量子单元和现场零点误差带校正信号测量子单元构成，其中：

现场棒位信号测量子单元由p路现场棒位信号测量电路和一路测量激励信号测量电路组成，p＝n，其中，每一路现场棒位信号测量电路依次由差分信号放大器，低通滤波器和转换模块串联而成，所述转换模块把对应测量线圈产生且经过放大了的线圈自感电压信号滤波后对应的直流电压信号成比例地转换为便于通过电缆远程传输的直流电流信号，所述每一路现场棒位信号测量电路中的差分信号放大器的两个输入端分别与所述测量线圈组中对应的一个测量线圈的两个输出端相连；测量激励信号测量电路组成也由差分信号放大器，低通滤波器和转换模块串联而成；所述转换模块把对应测量激励信号发生单元产生的经过放大器调整的测量激励信号滤波后对应的直流电压信号成比例地转换为便于通过电缆远程传输的直流电流信号，所述测量激励信号测量电路中的差分信号放大器的两个输入端分别与所述测量激励信号发生单元中激励信号放大器对应的两个输出端相连；

现场零点误差带校正信号测量子单元由两路现场零点误差带校正信号测量电路构成，其中，每一路现场零点误差带校正信号测量电路由差分信号放大器，低通滤波器和转换模块串联而成，第一路现场零点误差带校正信号测量电路中的差分信号放大器的两个输入端分别与所述校正副边线圈C2的下方输出端和所述校正副边线圈C3的上方输出端相连，所述校正副边线圈C2的上方输出端和所述校正副边线圈C3的下方输出端相互连接；第二路现场零点误差带校正信号测量电路中的差分信号放大器的两个输入端分别与所述校正副边线圈C1的下方输出端和所述校正副边线圈C4的上方输出端相连，所述校正副边线圈C1的上方输出端和所述校正副边线圈C4的下方输出端相互连接；所述转换模块把对应两个串联的校正副边线圈产生且经过放大了的感应电压信号滤波后对应的直流电压信号成比例地转换为便于通过电缆远程传输的直流电流信号；

信息处理单元，依次由一组信号接收电路，一个A/D转换电路及一台工业计算机依次串联构成，所述信号接收电路是一个电阻式的采样电路，在所述信息处理单元中：

一组信号接收电路，由q个棒位测量信号接收电路和两个零点误差带校正信号接收电路，以及一个测量激励信号接收电路构成，q＝p＝n，其中：

每一个棒位测量信号接收电路的输入端与所述现场测量单元中的所述棒位信号测量电路中对应的一个所述转换模块的输出端经过电缆相连；

两个零点误差带校正信号接收电路中每一个的输入端分别与所述两路现场零点误差带校正信号测量电路中对应一路的所述转换模块的输出端经过电缆相连；

一个测量激励信号接收电路的输入端与所述测量激励信号测量电路中对应的一个转换模块的输出端经过电缆相连；

A/D转换电路输入所述信息处理单元中各信号接收电路输出的对应表示所述各测量线圈产生的信号的直流电压信号，对应表示所述两路串联反接的校正副边线圈产生的信号的直流电压信号以及对应表示所述测量激励信号的直流电压信号，并经过A/D转换电路处理后得到对应使用数字直流电压信号表示的所述各个信号并进一步将所述用数字直流电压信号表示的各个信号送给所述工业计算机；

工业计算机，按以下步骤实现具有测量误差带校正特性的棒位测量功能：

步骤(1)：对从所述A/D转换电路输入的各个对应于所述各个测量线圈输出的自感电压信号有效值大小的数字直流电压信号按照由小到大方式进行排序；

步骤(2)：分别比较步骤(1)中所述的各个数字直流电压信号和从所述A/D转换电路输入的对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号；

若：对应某个所述测量线圈输出的自感电压信号的数字直流电压信号等于对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号，或者与对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号之间的差值在小于5％的对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号有效值大小的范围内，而同时其他各个测量线圈输出自感电压信号所对应的数字直流电压信号与零值的差值在小于5％的对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号有效值大小的范围内，则判断对应所述的测量线圈发生断路，输出报警信号；

若：对应某个所述测量线圈输出的自感电压信号的数字直流电压信号与零值的差值在小于5％的对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号有效值大小的范围内，而同时其他各个测量线圈输出的自感电压信号的数字直流电压信号与对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号之间的差值在大于5％的对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号有效值大小的范围内，则判断对应所述的的测量线圈发生短路，输出报警信号；

步骤(3)：把步骤(1)中所述的排序后的对应于本次各个所述测量线圈输出的自感电压信号有效值大小的数字直流电压信号中的较高电平信号中的极大值和较低电平信号中的极小值取出，进行平均后得到一个一阶比较阈值FTA；

步骤(4)：把步骤(1)中所述的排序后的对应于本次各个所述测量线圈输出的自感电压信号有效值大小的数字直流电压信号与步骤(3)中所述的一阶比较阈值FTA进行比较；对应大于所述一阶比较阈值FTA的所述对应于本次各个所述测量线圈输出的自感电压信号有效值大小的数字直流电压信号中的极大值和极小值求取平均值TAA，并对小于所述一阶比较阈值FTA的所述对应于本次各个所述测量线圈输出的自感电压信号有效值大小的数字直流电压信号中的极大值和极小值求取平均值TAB；

步骤(5)：把步骤(4)中所述平均值TAA和平均值TAB再次求取平均值，并将所得到的平均值作为二阶比较阈值STA；

步骤(6)：把对应于本次各个所述测量线圈输出的自感电压信号有效值大小的数字直流电压信号与所述二阶比较阈值STA进行比较，大于所述二阶比较阈值STA的数字直流电压信号对应的测量线圈的状态记为“1”，小于所述二阶比较阈值STA的数字直流电压信号对应的测量线圈的状态记为“0”；

步骤(7)：把步骤(6)中表示对应于各个测量线圈状态的二进制值组合后与预先存储的“各测量线圈状态的二进制值组合与控制棒位置关系表”中的对应于控制棒各个位置的二进制值组合进行比较，即可获得对应测试条件状态下控制棒位置信息；

所述工业计算机在进行所述具有测量误差带校正特性的棒位测量工作前，有一个零点误差带校正过程，其步骤如下：

步骤(1’)：在控制棒工作前的反应堆没有加热前的冷态初始条件下，分别采集并记录对应表示所述串联反接的校正副边线圈C2和校正副边线圈C3输出的感应电压信号有效值大小的数字直流电压信号，以及对应表示所述串联反接的校正副边线圈C1和校正副边线圈C4输出的感应电压信号有效值大小的数字直流电压信号；

步骤(2’)：用步骤(1’)中所述的表示校正校正副边线圈C2和校正副边线圈C3输出的感应电压信号有效值大小的数字直流电压信号，除以对应表示所述串联反接的校正副边线圈C1和校正副边线圈C4输出的感应电压信号有效值大小的数字直流电压信号，得到控制棒初始零点偏移修正系数ZC1；再把所述控制棒初始零点偏移修正系数ZC1乘以单个所述校正副边线圈的轴向高度，得到控制棒初始零点偏移距离X1；

步骤(3’)：在反应堆工作条件下，重复步骤(1’)；

步骤(4’)：在所述反应堆工作条件下，重复步骤(2’)得到控制棒零点偏移校正系数ZC2；

步骤(5’)：用步骤(4’)得到的所述控制棒零点偏移校正系数ZC2减去步骤(2’)得到的控制棒初始零点偏移修正系数ZC1，并把所得的差值乘以单个所述校正副边线圈的轴向高度，得到控制棒零点偏移距离X2；

步骤(6’)：当所述控制棒初始零点偏移距离X1小于所述棒位测量系统所能够区分的一个最小单位长度S，且所述控制棒初始零点偏移距离X1与控制棒零点偏移距离X2之和大于所述棒位测量系统所能够区分的一个最小单位长度S时，则该条件下的工业计算机经过测量误差带校正方法判断得到的用距离控制棒运动起始位置为最小单位长度S整数倍长度表示的控制棒位置减去所述一个最小单位长度S表示的控制棒移动距离后，就得到了再经过零点误差带校正后的控制棒有效的实际位置；当所述控制棒初始零点偏移距离X1小于所述棒位测量系统所能够区分的一个最小单位长度S，且所述控制棒初始零点偏移距离X1与控制棒零点偏移距离X2之和小于所述棒位测量系统所能够区分的一个最小单位长度S时，则该条件下的工业计算机经过测量误差带校正方法判断得到的用距离控制棒运动起始位置为最小单位长度S整数倍长度表示的控制棒位置即可以作为再经过零点误差带校正后的控制棒有效的实际位置；

所述的测量线圈个数n大于等于3，并且各测量线圈中任意两个相邻测量线圈之间的距离相等且为控制棒步距的整数倍，所述控制棒步距是预先设定的。

本发明的效果在于，所述基于误差带校正方法的棒位测量系统基于测量误差带校正和零点误差带校正方法工作，与原有各种棒位测量技术相比，特别是感应式棒位测量技术相比，具有以下优点及突出性效果：1、由于采用了误差带校正方法进行测量线圈状态的判断，克服了温度影响和线圈绕制误差影响等随机因素可能导致的对线圈状态的错误判断问题；2、由于采用了用于控制棒位置零点误差带校正的校正线圈组，解决了由于反应堆工作中温度变化而导致结构热膨胀伸长进而造成的棒位初始零点位置误差以及可能导致的控制棒位置错误判断问题；3、由于本发明采用了各测量线圈串联连接，共同使用一组测量激励信号发生单元的结构形式，从根本上解决了原有设计中存在的多个测量线圈之间，长期工作条件下可能存在的参数无规则相对漂移；4、降低了测量激励信号发生单元调试和维护的难度；5、由于去除了参比线圈，不但可以有效缩短棒位测量系统的整体高度，更完全解决了可能的由于参比线圈与测量线圈工作温度差异导致的测量误差。

附图说明

图1是基于误差带校正方法的棒位测量系统的结构原理示意图

图2是基于误差带校正方法的棒位测量系统的一个实施例的示意图

图3是图2实施例中各步位置测量线圈信号变化，测量误差带及判断阈值的示意图

图4A是图2实施例在冷态初始条件下状态的示意图

图4B是图2实施例在加热后工作条件下状态的示意图

对附图中各标号说明如下：

图1中标号说明

图中标号	标号说明	图中标号	标号说明
				A1	测量线圈	A2	测量线圈
An	测量线圈	B	测量芯棒
				C0	校正原边线圈	C1	校正副边线圈
C2	校正副边线圈	C3	校正副边线圈
				C4	校正副边线圈	D	校正激励信号发生单元
D1	校正激励信号发生器	D2	校正激励信号放大器
				E	测量激励信号发生单元	E1	测量激励信号发生器
E2	测量激励信号放大器	F	现场测量单元
				GZ1	差分信号放大器	GZ2	差分信号放大器
F1	现场棒位信号测量子单元	F2	现场零点误差带校正信号测量子单元
				GC1	差分信号放大器	GC2	差分信号放大器
GCp	差分信号放大器	GP	差分信号放大器
				HZ1	低通滤波器	HZ2	低通滤波器
HC1	低通滤波器	HC2	低通滤波器
				HCp	低通滤波器	HP	低通滤波器
JZ1	转换模块	JZ2	转换模块

图中标号	标号说明	图中标号	标号说明
				JC1	转换模块	JC2	转换模块
JCp	转换模块	JP	转换模块
				KZ1	信号接收电路	KZ2	信号接收电路
KC1	信号接收电路	KC2	信号接收电路
				KCq	信号接收电路	KP	信号接收电路
L	A/D转换电路	R	工业计算机
				T	信息处理单元	Z	控制棒驱动轴
C	校正线圈组

图2中标号说明

图中标号	标号说明	图中标号	标号说明
				A1	测量线圈	A2	测量线圈
A3	测量线圈	B	测量芯棒
				C0	校正原边线圈	C1	校正副边线圈
C2	校正副边线圈	C3	校正副边线圈
				C4	校正副边线圈	D	校正激励信号发生单元
D1	校正激励信号发生器	D2	校正激励信号放大器
				E	测量激励信号发生单元	E1	测量激励信号发生器
E2	测量激励信号放大器	F	现场测量单元

F1	现场棒位信号测量子单元	F2	现场零点误差带校正信号测量子单元
				GZ1	差分信号放大器	GZ2	差分信号放大器
GC1	差分信号放大器	GC2	差分信号放大器
				GC3	差分信号放大器	GP	差分信号放大器
HZ1	低通滤波器	HZ2	低通滤波器
				HC1	低通滤波器	HC2	低通滤波器
HC3	低通滤波器	HP	低通滤波器
				JZ1	转换模块	JZ2	转换模块
JC1	转换模块	JC2	转换模块
				JC3	转换模块	JP	转换模块
KZ1	信号接收电路	KZ2	信号接收电路
				KC1	信号接收电路	KC2	信号接收电路
KC3	信号接收电路	KP	信号接收电路
				L	A/D转换电路	R	工业计算机
T	信息处理单元	Z	控制棒驱动轴
				C	校正线圈组

图3中标号说明

图中标号	标号说明	图中标号	标号说明
				A1	测量线圈	A2	测量线圈
A3	测量线圈	FTA	一阶比较阈值

图中标号	标号说明	图中标号	标号说明
				STA	二阶比较阈值

图4a中标号说明

图中标号	标号说明	图中标号	标号说明
				B	测量芯棒	C0	校正原边线圈
C1	校正副边线圈	C2	校正副边线圈
				C3	校正副边线圈	C4	校正副边线圈
Y1	冷态条件下测量芯棒与校正线圈组之间相对位置	Y2	加热后工作条件下测量芯棒与校正线圈组之间相对位置

图4b中标号说明

图中标号	标号说明	图中标号	标号说明
				B	测量芯棒	C0	校正原边线圈
C1	校正副边线圈	C2	校正副边线圈
				C3	校正副边线圈	C4	校正副边线圈
Y1	冷态条件下测量芯棒与校正线圈组之间相对位置	Y2	加热后工作条件下测量芯棒与校正线圈组之间相对位置

具体实施方式

本发明通过恰当的原理和结构设计，并采用基于测量误差带校正方法和零点误差带校正方法的测量方法实现棒位测量，具有长期工作的稳定性和可靠性，抗干扰能力较原有设计大为增强，解决了由于棒位测量系统工作环境参数变化等因素而导致的测量线圈状态错判问题和棒位测量系统整体热膨胀导致起点漂移而可能出现的棒位误判问题，具有工作可靠，便于维护的特点。本发明提供了一种基于误差带校正方法的棒位测量系统包括：

一组用于位置测量的测量线圈，所述各个测量线圈绕制方式与安装方向相同，在空间上各测量线圈的轴线相互平行地安装，相邻测量线圈之间的引线相互连接，所有测量线圈在电路上构成串联的连接方式，所述各个测量线圈共用一组测量激励信号发生单元，所述各个测量线圈每个分别独立对应一个差分信号放大器，以及连接所述差分信号放大器输出的低通滤波器，还有将所述低通滤波器输出的与对应测量线圈产生的线圈自感电压信号成比例变化的直流电压信号转换为便于经过电缆远程传输的直流电流信号的转换模块，所述差分信号放大器、低通滤波器和转换模块共同构成现场测量单元中现场棒位信号测量子单元中的现场棒位信号测量电路；

一组用于棒位测量系统零点误差带校正的校正线圈组，所述校正线圈组包括一个校正原边线圈，四个相同结构的校正副边线圈，所述四个校正副边线圈以及校正原边线圈共磁轴安装，四个校正副边线圈从下到上顺次紧密排列，安装时需保证中间两个校正副边线圈缠绕方向相反并串联连接后引出两个引线端，并同时保证两端两个校正副边线圈也缠绕方向相反并串联连接后引出两个引线端，所述校正原边线圈独立使用一组校正激励信号发生单元，所述校正激励信号发生单元包括一个校正激励信号发生器，和连接所述校正激励信号发生器输出激励信号并进行放大后输出给所述校正原边线圈的校正激励信号放大器。所述中间两个反向串联的校正副边线圈输出的两个引线端，以及两端两个反向串联的校正副边线圈输出的两个引线端分别独立对应连接到现场零点误差带校正信号测量子单元的两路现场零点误差带校正信号测量电路中对应一路的差分信号放大器，各差分信号放大器将放大后的对应两对反向串联校正副边线圈输出的感应电压信号传送给对应的低通滤波器，经所述低通滤波器滤波后输出与对应两个感应电压信号成比例变化的直流电压信号，并经过对应的转换模块转换为便于远程传输的直流电流信号并进行传输；

一根由导磁材料与非导磁材料间隔排列组成的测量芯棒，所述测量芯棒底端与控制棒驱动轴直接连接，并在所述各测量线圈及校正线圈组所属各线圈内部运动，所述各测量线圈安装于测量芯棒顶端端面的行程范围之内，在控制棒没有运动前，且反应堆没有加热前的冷态条件初始状态下，所述测量芯棒的顶端端面位于中间两个串联反接的校正副边线圈中靠下方的一个校正副边线圈的上下端面之间，同时所述测量芯棒的顶端端面与中间两个串联反接的校正副边线圈中靠上方一个的上端面之间的距离大于反应堆控制棒驱动轴整体在反应堆达到最高工作温度时，以冷态初始条件下的所述测量芯棒中固定的导磁材料段顶端面的位置为起点开始，由于包括热膨胀在内各种因素而导致伸长的总长度；并同时保证在控制棒开始运动前的冷态初始状态条件下，位于两端的两个串联反接的副边线圈始终保持一个内部有测量芯棒的导磁材料部分，另一个内部只有测量芯棒的非导磁材料部分或者没有测量芯棒存在；

所述测量激励信号发生单元由测量激励信号发生器和测量激励信号放大器依次串联构成，测量激励信号放大器的两个输出端连接各测量线圈串联连接后的引出的两个输入端，测量激励信号放大器的两个输出端还同时分别对应连接到测量激励信号测量电路的差分信号放大器的两个输入端，经过放大器调整后的测量激励信号经过顺次连接的低通滤波器得到对应滤波后的直流电压信号，并经过顺次连接的转换模块转换为便于通过电缆远程传输的直流电流信号经过电缆远传；

一组与所述各个测量线圈，两组反向串联的校正副边线圈以及一个与测量激励信号发生单元分别对应的转换模块之间分别独立对应的信号接收电路，采集所述信号接收电路输出的与对应测量线圈的自感电压信号，两组反向串联的校正副边线圈的感应信号以及测量激励信号分别对应成比例变化的直流电压信号，并转换为对应数字直流电压信号输出的A/D转换电路，以及接收A/D转换电路输出的各数字直流电压信号，并经过分析处理，得到控制棒位置信息的工业计算机。所述信号接收电路、A/D转换电路和工业计算机共同构成信息处理单元。工业计算计将处理得到的控制棒位置信息可以做进一步输出；

还包括所述棒位测量系统使用的用于判断所述各测量线圈状态并借以获得控制棒位置信息的测量误差带校正方法和用于分析校正线圈组输出信号并经过分析实现控制棒零位校正的零点误差带校正方法。

所述测量误差带校正方法包括如下处理步骤：

1.从所述A/D转换电路一次采集并记录对应表示各个测量线圈输出自感电压信号有效值大小的数字直流电压信号；

2.对上述各个对应测量线圈的数字直流电压信号进行从大到小排序；

3.分别比较对应表示各测量线圈输出自感电压信号的数字直流电压信号与对应表示测量激励信号的数字直流电压信号，若对应某个测量线圈输出自感电压信号的数字直流电压信号与对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号之间的差值在小于5％的对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号有效值大小的范围内，而同时其他测量线圈对应的数字直流电压信号与零值的差值在小于5％的对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号有效值大小的范围内，则判断对应测量线圈发生断路；若某个测量线圈输出自感电压信号对应的数字直流电压信号与零值的差值在小于5％的对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号的数字直流电压信号有效值大小的范围内，而同时其他测量线圈输出自感电压信号对应的数字直流电压信号与对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号之间的差值在大于5％的对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号有效值大小的范围内，则判断对应测量线圈发生短路；输出报警信号，并指出存在故障的测量线圈；

4.将上述排序后的对应本次各个测量线圈输出自感电压信号的数字直流电压信号中的较高电平信号中的极大值和较低电平信号中的极小值取出，将上述极大值和极小值求平均值作为一阶比较阈值FTA；

5.将上述排序后的对应各各个测量线圈输出的数字直流电压信号与上述一阶比较阈值FTA进行比较，对大于一阶比较阈值的各数字直流电压信号中的极大值和极小值求平均值TAA，并对小于一阶比较阈值的各数字直流电压信号的极大值和极小值求平均值TAB；

6.将所述平均值TAA和平均值TAB求平均值，并作为二阶比较阈值STA；

7.将各个对应测量线圈的数字直流电压信号与二阶比较阈值STA进行比较，大于二阶比较阈值STA的数字直流电压信号所对应的测量线圈状态记为二进制状态“1”，小于二阶比较阈值STA的数字直流电压信号所对应的测量线圈状态记为二进制状态“0”。

8.将上述表示对应的测量线圈状态的二进制值组合与预先存储的“各测量线圈状态的二进制值组合与控制棒位置关系表”中的对应各个控制棒位置的二进制值组合进行比较，即可获得对应测试条件状态下的控制棒位置信息。

所述零点误差带校正方法包括如下步骤：

i.控制棒工作前的反应堆没有加热前冷态条件初始状态下，采集并记录分别对应表示中间两个串联反接校正副边线圈，和两端两个串联反接校正副边线圈输出感应电压信号有效值大小的两个数字直流电压信号；

ii.用步骤i中表示中间两个串联反接校正副边线圈产生的感应电压信号的数字直流电压信号，除以两端两个串联反接校正副边线圈产生感应电压信号的数字直流电压信号，得到控制棒初始零点偏移修正系数ZC1，并用控制棒初始零点偏移修正系数ZC1乘以单个所述校正副边线圈的轴向高度(即单个校正副边线圈上下端面之间的距离)得到控制棒初始零点偏移距离X1；

iii.在反应堆工作条件下采集并记录分别对应表示中间两个串联反接校正副边线圈，和两端两个串联反接校正副边线圈输出感应电压信号有效值大小的两个数字直流电压信号；

iv.用步骤iii中表示中间两个串联反接校正副边线圈产生感应电压信号的数字直流电压信号，除以表示两端两个串联反接校正副边线圈产生感应电压信号的数字直流电压信号，得到控制棒零点偏移修正系数ZC2；

v.用所述控制棒零点偏移修正系数ZC2减去控制棒初始零点偏移修正系数ZC1，并乘以单个所述校正副边线圈的轴向高度(即单个校正副边线圈上下端面之间的距离)得到控制棒零点偏移距离X2；

所述控制棒初始零点偏移距离X1和控制棒零点偏移距离X2即可以用于控制棒初始零点的校正，所述控制棒初始零点偏移距离X1小于所述棒位测量系统所能够区分的一个最小单位长度S，且所述控制棒初始零点偏移距离X1与控制棒零点偏移距离X2之和大于所述棒位测量系统所能够区分的一个最小单位长度S时，则该条件下的工业计算机经过测量误差带校正方法判断得到的用距离控制棒运动起始位置为最小单位长度S整数倍长度表示的控制棒位置减去所述一个最小单位长度S表示的控制棒移动距离后，就得到了再经过零点误差带校正后的控制棒有效的实际位置；当所述控制棒初始零点偏移距离X1小于所述棒位测量系统所能够区分的一个最小单位长度S，且所述控制棒初始零点偏移距离X1与控制棒零点偏移距离X2之和小于所述棒位测量系统所能够区分的一个最小单位长度S时，则该条件下的工业计算机经过测量误差带校正方法判断得到的用距离控制棒运动起始位置为最小单位长度S整数倍长度表示的控制棒位置即可以作为再经过零点误差带校正后的控制棒有效的实际位置。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种基于误差带校正方法的棒位测量系统，包括一组n个用于位置测量的测量线圈A1～An，所述各个测量线圈A1～An绕制方式相同，在空间上各测量线圈A1～An的轴线相互平行地安装，相邻测量线圈之间的引线相互连接，所有所述测量线圈A1～An在电路上构成串联的连接方式，所述各个测量线圈A1～An共用一组测量激励信号发生单元E，所述各个测量线圈A1～An中每个的输出端分别独立对应连接到现场棒位信号测量电路的差分信号放大器GC1～GCp，p＝n，中对应一路的输入端，所述各差分信号放大器GC1～GCp中每个顺次连接分别独立对应的各低通滤波器HC1～HCp中的一个的输入端，所述各低通滤波器HC1～HCp中每个再顺次分别独立对应连接各转换模块JC1～JCp中的一个的输入端，将放大了的线圈自感电压信号滤波后对应的直流电压信号成比例地转换为便于通过电缆远程传输的直流电流信号，所述各差分信号放大器GC1～GCp，各低通滤波器HC1～HCp和各转换模块JC1～JCp共同组成p路现场棒位信号测量电路，p＝n。所述测量激励信号发生单元E包括顺次连接的测量激励信号发生器E1和测量激励信号放大器E2，测量激励信号放大器E2的输出端连接到串联连接的各个测量线圈A1～An引出的两个输入端，为串联连接的各个测量线圈A1～An提供测量激励信号；同时测量激励信号放大器E2的输出端还连接到测量激励信号测量电路的差分信号放大器GP的输入端，经过差分信号放大器GP进行幅度调整后的连接到低通滤波器HP的输入端，经过低通滤波器HP滤波后得到的对应测量激励信号有效值大小的直流电压信号再接入到转换模块JP的输入端，将所述经过低通滤波器HP滤波后得到的对应测量激励信号有效值大小的直流电压信号成比例地转换为便于通过电缆远程传输的直流电流信号，所述差分信号放大器GP，低通滤波器HP和转换模块JP共同组成测量激励信号测量电路。所述n个测量线圈对应的p路，p＝n，现场棒位信号测量电路和一路测量激励信号测量电路共同组成现场棒位信号测量子单元F1。

一组用于棒位测量系统零点误差带校正的校正线圈组C，所述校正线圈组C包括一个校正原边线圈C0，四个相同结构的校正副边线圈C1、C2、C3和C4，所述四个校正副边线圈C1、C2、C3和C4以及校正原边线圈C0共磁轴安装，四个校正副边线圈C1、C2、C3和C4从下到上顺次紧密排列，其中，中间两个校正副边线圈C2和C3缠绕方向相反并串联连接后引出两个引线端，同时两端两个校正副边线圈C1和C4也缠绕方向相反并串联连接后引出两个引线端，所述校正原边线圈C0独立使用一组校正激励信号发生单元D，所述校正激励信号发生单元D包括一个校正激励信号发生器D1，和连接校正激励信号发生器D1输出的激励信号并进行放大后输出给所述校正原边线圈C0的校正激励信号放大器D2。所述中间两个反向串联的校正副边线圈C2和C3输出的两个引线端，以及两端两个反向串联的校正副边线圈C1和C4输出的两个引线端分别独立对应连接到各自对应的差分信号放大器GZ1和差分信号放大器GZ2，差分信号放大器GZ1和差分信号放大器GZ2将放大后的对应两个反向串联的校正副边线圈C2和C3，或者C1和C4输出感应信号传送给分别独立对应的低通滤波器HZ1和低通滤波器HZ2，经所述低通滤波器HZ1和低通滤波器HZ2滤波后输出与对应两组反向串联的校正副边线圈C2和C3，或者C1和C4输出感应信号成比例变化的直流电压信号并再经过独立对应的转换模块JZ1和转换模块JZ2转换为便于经过电缆远传的直流电流信号并进行传输；所述差分信号放大器GZ1和差分信号放大器GZ2，低通滤波器HZ1和低通滤波器HZ2以及转换模块JZ1和转换模块JZ2共同组成现场零点误差带校正信号测量子单元F2。

所述现场棒位信号测量子单元F1和现场零点误差带校正信号测量子单元F2共同组成现场测量单元F。

一根由导磁材料与非导磁材料间隔排列组成的测量芯棒B，所述测量芯棒B底端与控制棒驱动轴Z直接连接，并在所述各测量线圈A1～An及校正线圈组C所属各线圈内部运动，所述各测量线圈A1～An安装于测量芯棒B顶端端面的行程范围之内，在控制棒没有运动前且反应堆没有加热前的冷态条件初始状态下，所述测量芯棒B的顶端端面位于中间两个串联反接的校正副边线圈C2和C3中靠下方的一个校正副边线圈C2的上下端面之间，同时所述测量芯棒B的顶端端面位置与中间两个串联反接的校正副边线圈C2和C3中靠上方一个校正副边线圈C3的上端面之间的距离大于反应堆控制棒驱动轴整体在反应堆达到最高工作温度时比反应堆没有加热前冷态条件初始状态时由于热膨胀等因素而导致伸长的总长度；同时，在控制棒开始运动前的初始状态条件下，位于两端的两个串联反接的校正副边线圈C1和C4始终保持其中校正副边线圈C1内部有测量芯棒B的导磁材料部分存在，另一个校正副边线圈C4内部没有测量芯棒B或者只有测量芯棒B的非导磁材料部分存在；

一组与所述现场测量单元F中转换模块JZ1，JZ2，JC1～JCp以及JP分别独立对应的信号接收电路KZ1，KZ2，KC1～KCq，q＝p＝n，以及KP，采集所述各信号接收电路输出的与对应测量线圈A1～An的自感电压信号，两组反向串联的校正副边线圈C2和C3，C1和C4的感应电压信号以及测量激励信号分别对应成比例变化的直流电压信号，并转换为对应数字直流电压信号输出的A/D转换电路L，以及接收A/D转换电路L输出的各个数字直流电压信号，并经过分析处理，得到控制棒位置信息的工业计算机R。所述信号接收单元信号接收电路KZ1，KZ2，KC1～KCq，q＝p＝n以及KP、A/D转换电路L和工业计算机R共同构成信息处理单元T。工业计算计R将处理得到的控制棒位置信息做进一步输出；

所述棒位测量系统使用的用于判断所述各测量线圈A1～An状态并获得控制棒位置信息的测量误差带校正方法和用于分析校正线圈组C输出感应电压信号并经过分析实现控制棒零位校正的零点误差带校正方法包括如下处理步骤。

所述测量误差带校正方法包括如下处理步骤：

1.从所述A/D转换电路L一次采集并记录对应表示各个测量线圈A1～An输出自感电压信号有效值大小的数字直流电压信号；

2.对上述各个对应测量线圈A1～An的数字直流电压信号进行从大到小排序；

3.分别比较对应表示各测量线圈A1～An输出自感电压信号的数字直流电压信号与对应表示测量激励信号的数字直流电压信号，若对应某个测量线圈输出自感电压信号的数字直流电压信号与对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号之间的差值在小于5％的对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号有效值大小的范围内，而同时其他测量线圈对应的数字直流电压信号与零值的差值在小于5％的对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号有效值大小的范围内，则判断对应测量线圈发生断路；若某个测量线圈输出自感电压信号对应的数字直流电压信号与零值的差值在小于5％的对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号的数字直流电压信号有效值大小的范围内，而同时其他测量线圈输出自感电压信号对应的数字直流电压信号与对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号之间的差值在大于5％的对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号有效值大小的范围内，则判断对应测量线圈发生短路；输出报警信号，并指出存在故障的测量线圈；

4.将上述排序后的对应本次各个测量线圈A1～An输出自感电压信号的数字直流电压信号中的较高电平信号中的极大值和较低电平信号中的极小值取出，将上述极大值和极小值求平均值作为一阶比较阈值FTA；

5.将上述排序后的对应各各个测量线圈A1～An输出的数字直流电压信号与上述一阶比较阈值FTA进行比较，对大于一阶比较阈值的各数字直流电压信号中的极大值和极小值求平均值TAA，并对小于一阶比较阈值的各数字直流电压信号的极大值和极小值求平均值TAB；

6.将所述平均值TAA和平均值TAB求平均值，并作为二阶比较阈值STA；

7.将各个对应测量线圈A1～An的数字直流电压信号与二阶比较阈值STA进行比较，大于二阶比较阈值STA的数字直流电压信号所对应的测量线圈状态记为二进制状态“1”，小于二阶比较阈值STA的数字直流电压信号所对应的测量线圈状态记为二进制状态“0”。

8.将上述表示对应的测量线圈A1～An状态的二进制值组合与预先存储的“各测量线圈状态的二进制值组合与控制棒位置关系表”中的对应各个控制棒位置的二进制值组合进行比较，即可获得对应测试条件状态下的控制棒位置信息。

所述零点误差带校正方法包括如下步骤：

i.控制棒工作前的反应堆没有加热前冷态条件初始状态下，采集并记录分别对应表示中间两个串联反接校正副边线圈C2和C3，和两端两个串联反接校正副边线圈C1和C4输出感应电压信号有效值大小的两个数字直流电压信号；

ii.用步骤i中表示中间两个串联反接校正副边线圈C2和C3产生的感应电压信号的数字直流电压信号，除以两端两个串联反接校正副边线圈C1和C4产生感应电压信号的数字直流电压信号，得到控制棒初始零点偏移修正系数ZC1，并用控制棒初始零点偏移修正系数ZC1乘以单个所述校正副边线圈的轴向高度(即单个校正副边线圈上下端面之间的距离)得到控制棒初始零点偏移距离X1；

iii.在反应堆工作条件下采集并记录分别对应表示中间两个串联反接校正副边线圈C2和C3，和两端两个串联反接校正副边线圈C1和C4输出感应电压信号有效值大小的两个数字直流电压信号；

iv.用步骤iii中表示中间两个串联反接校正副边线圈C2和C3产生感应电压信号的数字直流电压信号，除以表示两端两个串联反接校正副边线圈C1和C4产生感应电压信号的数字直流电压信号，得到控制棒零点偏移修正系数ZC2；

v.用所述控制棒零点偏移修正系数ZC2减去控制棒初始零点偏移修正系数ZC1，并乘以单个所述校正副边线圈的轴向高度(即单个校正副边线圈上下端面之间的距离)得到控制棒零点偏移距离X2；

所述控制棒初始零点偏移距离X1和控制棒零点偏移距离X2即可以用于控制棒初始零点的校正，所述控制棒初始零点偏移距离X1小于所述棒位测量系统所能够区分的一个最小单位长度S，且所述控制棒初始零点偏移距离X1与控制棒零点偏移距离X2之和大于所述棒位测量系统所能够区分的一个最小单位长度S时，则该条件下的工业计算机经过测量误差带校正方法判断得到的用距离控制棒运动起始位置为最小单位长度S整数倍长度表示的控制棒位置减去所述一个最小单位长度S表示的控制棒移动距离后，就得到了再经过零点误差带校正后的控制棒有效的实际位置；当所述控制棒初始零点偏移距离X1小于所述棒位测量系统所能够区分的一个最小单位长度S，且所述控制棒初始零点偏移距离X1与控制棒零点偏移距离X2之和小于所述棒位测量系统所能够区分的一个最小单位长度S时，则该条件下的工业计算机经过测量误差带校正方法判断得到的用距离控制棒运动起始位置为最小单位长度S整数倍长度表示的控制棒位置即可以作为再经过零点误差带校正后的控制棒有效的实际位置。

图2显示了基于误差带校正方法的棒位测量系统的一个具体实施例的示意图，在该实施例中，所述棒位测量系统共使用了三个等间隔布置的测量线圈A1，测量线圈A2和测量线圈A3，该三个测量线圈中任意相邻两个之间的间隔为2倍控制棒步距，所述控制棒步距是预先设定的。测量芯棒B由两段导磁及非导磁材料组成，上端布置的是导磁部分，下端的是非导磁材料部分，两段材料等长，且均等于3倍控制棒步距长度。位于下方的测量芯棒B的非导磁材料部分下端与控制棒驱动轴Z顶端直接连接。各测量线圈A1～A3同向安装并串联连接后引出两个输入端分别对应连接至测量激励信号放大器E2的两个输出端，测量激励信号放大器E2的两个输入端分别对应连接到测量激励信号发生器E1的两个输出端。各测量线圈A1～A3两端分别对应连接各自独立对应的差分信号放大器GC1～GC3，并经过顺次连接的低通滤波器HC1～HC3和顺次连接的转换模块JC1～JC3转换为与各测量线圈A1～A3产生的自感电压信号成比例地变化并便于通过电缆远程传输的直流电流信号。测量激励信号放大器E2的两个输入端还分别独立连接到对应的差分信号放大器GP的两个输入端，差分信号放大器GP的输出端再连接到对应的低通滤波器HP的输入端，低通滤波器HP的输出端连接到对应转换模块JP的输入端，测量激励信号经过上述电路后在转换模块JP输出端转换产生与测量激励信号成比例地变化并便于通过电缆远程传输的直流电流信号。所述各差分信号放大器GC1～GC3，各低通滤波器HC1～HC3和各转换模块JC1～JC3，以及差分信号放大器GP，低通滤波器HP和转换模块JP共同组成现场棒位信号测量子单元。

校正线圈组C由校正副边线圈C1、校正副边线圈C2、校正副边线圈C3、校正副边线圈C4和校正原边线圈C0组成，上述各校正副边线圈C1～C4自下而上顺序紧密排列，校正原边线圈C0与所述四个校正副边线圈C1～C4共磁轴安装。所述校正副边线圈C1和校正副边线圈C2安装后线圈螺旋方向与校正原边线圈C0的线圈螺旋方向相同，校正副边线圈C3和校正副边线圈C4安装后线圈螺旋方向与校正原边线圈C0的线圈螺旋方向相反。校正副边线圈C1与校正副边线圈C4串联反接后引出两个引线端至差分信号放大器GZ2，并经低通滤波器HZ2滤波后得到的与对应两个串联反接校正副边线圈C1与校正副边线圈C4的输出感应信号成比例变化的直流电压信号经转换模块JZ2转换为便于通过电缆远程传输的直流电流信号远传；校正副边线圈C2与校正副边线圈C3串联反接后引出两个引线端至差分信号放大器GZ1，并经低通滤波器HZ1滤波后得到的与对应两个串联反接校正副边线圈C2与校正副边线圈C3的输出感应信号成比例变化的直流电压信号经转换模块JZ1转换为便于通过电缆远程传输的直流电流信号远传。校正原边线圈C0使用独立对应的校正激励信号发生器D1和对应顺次连接的校正激励信号放大器D2。

各转换模块JZ1，JZ2，JC1～JC3和JP将对应输入的直流电压信号转换为便于通过电缆远程传输的4-20mA直流电流信号，经信号电缆传输至位于控制室内的各分别独立对应的信号接收电路KZ1，KZ2，KC1～KC3和KP，各信号接收电路将对应接收到的直流电流信号重新转换为与对应各转换模块输入信号成比例变化的直流电压信号，并输出给A/D转换电路L，经A/D转换电路L转换为工业计算机R可以接收和处理的与所述各个直流电压信号对应的各个数字直流电压信号并传送给工业计算机R。工业计算机R对接收到的各数字直流电压信号分别采用基于测量误差带校正方法和零点误差带校正方法工作的软件进行处理，得到对应的控制棒位置信息并做进一步输出。

在该实施例中，测量激励信号发生器E1及校正激励信号发生器D1均采用PCI-MIO-16XE-10型多功能信号采集/输出板的DIO端口产生固定频率的交流信号，测量激励信号放大器E2和校正激励信号放大器D2均采用由9013型和9012型晶体管组成的OTL互补对称功率放大电路，差分信号放大器GZ1，GZ2，GC1～GC3，GP均采用THS452x构成的差分放大电路，各低通滤波器HZ1，HZ2，HC1～HC3和HP均采用二阶Chebyshev低通滤波器，各转换模块JZ1，JZ2，JC1～JC3和JP均采用XTR110构成的转换电路，各信号接收电路KZ1，KZ2，KC1～KC3和KP均采用250欧姆标准采样电阻构成的采样电路，A/D转换电路L采用PIO-MIO-16XE-10型多功能信号采集/输出板的模拟量采集通道，工业计算机R采用SIEMENS工控机。

上述实施例中的举例仅是说明性的，而非限制性的，在实际使用中根据具体的使用要求，如各测量线圈的位置和相对位置关系可以进行调节，测量芯棒的材料段数及布置方式可根据线圈布置方式做相应的修改。现场测量单元和信息处理单元也可以分别采用其他形式或结构的内部组成模块构成等。

本发明所述棒位测量系统的工作原理如下：

与控制棒驱动轴Z直接连接的测量芯棒B与控制棒同步沿竖直方向移动，测量芯棒B在各测量线圈A1，A2和A3，以及校正线圈组C内部运动。测量芯棒B的上端面在反应堆运行前安装完毕后的初始冷态条件下处于校正副边线圈C2的上下端面之间范围内。

测量激励信号发生器E1产生设定频率的交流信号，经过测量激励信号放大器E2进行功率放大后，送入同向串联连接的测量线圈A1，A2和A3中，各差分信号放大器GC1～GC3测量分别独立对应的测量线圈上的自感电压信号并放大后输出至对应低通滤波器HC1～HC3，再进一步经过低通滤波器HC1～HC3转换为与所述自感电压信号有效值大小具有线性变化关系的直流电压信号，所述直流电压信号经过转换模块JC1～JC3和信号接收电路KC1～KC3以及之间连接的电缆传输给A/D转换电路L，测量激励信号经过与测量激励信号放大器E2输出端对应独立连接的信号放大器GP，以及顺次连接的低通滤波器HP，转换模块JP和信号接收电路KP，也传输给A/D转换电路L。A/D转换电路L将所述对应各测量线圈A1～A3产生自感电压信号和测量激励信号的各直流电压信号转为对应的数字直流电压信号并传输给工业计算机R进行分析处理，得到控制棒位置信息。

当测量芯棒B的导磁材料部分进入所述测量线圈内部时，由于材料磁导率较非导磁材料部分大，在相应测量线圈上感应得到一个较大的自感电压值；反之，当测量芯棒B的非导磁材料部分进入所述测量线圈内部时，由于材料磁导率较导磁材料部分小，在相应测量线圈上感应得到一个较小的自感电压值。由于各个测量线圈采用同向串联连接形式，而测量芯棒的位置变化又会导致各个测量线圈内部有导磁材料部分存在或者没有导磁材料部分存在的状态不断发生变化，因此测量线圈串联电路中的阻抗值会不断发生变化，再考虑环境状况变化以及线圈参数分布变化等因素影响，所述的较大的自感电压值和较小的自感电压值在不同状态下会发生幅值的随机变化而不具有某个确定的数值，实施例中三个测量线圈的输出自感电压信号有效值变化示意图如图3所示。

如图3中，控制棒运动第1步位置时的测量线圈A1，A2和A3中输出的自感电压信号情况下，测量线圈A1输出为较大的自感电压值，测量线圈A2和测量线圈A3均输出为较小的自感电压值，但是由于所述因素影响，测量线圈A2和测量线圈A3输出的较小的自感电压值之间又存在一个误差带分布。由图中所示可知，对应控制棒运行每一步位置的与误差带分布有关的测量线圈编号均可能不同，且其误差带分布宽度及幅值范围均可能不同，因此需要采用所述测量误差带校正方法进行分析处理，确定每一步位置评价自感电压信号有效值大小的比较阈值。

所述测量误差带校正方法包括如下处理步骤：

1.一次采集并记录A/D转换电路输出的对应表示三个测量线圈A1～A3输出自感电压信号有效值大小的数字直流电压信号；

2.对对应上述各个测量线圈A1～A3的数字直流电压信号进行从大到小排序；

3.分别比较各测量线圈输出自感电压信号对应的数字直流电压信号与测量激励信号对应的数字直流电压信号，若对应某个测量线圈输出自感电压信号的数字直流电压信号等于对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号，或者与对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号之间的差值在小于5％的对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号有效值大小的范围内，而同时其他各个测量线圈输出自感电压信号所对应的数字直流电压信号与零值的差值在小于5％的对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号有效值大小的范围内，则判断对应所述的测量线圈发生断路，输出报警信号并指出发生故障的测量线圈；若对应某个所述测量线圈输出的自感电压信号的数字直流电压信号与零值的差值在小于5％的对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号有效值大小的范围内，而同时其他各个测量线圈输出的自感电压信号的数字直流电压信号与对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号之间的差值在大于5％的对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号有效值大小的范围内，则判断对应所述的的测量线圈发生短路，输出报警信号，并指出发生故障的测量线圈；

4.将上述排序后的对应本次各个测量线圈输出自感电压信号的数字直流电压信号中的较高电平信号中的极大值和较低电平信号中的极小值取出，将上述极大值和极小值求平均值作为一阶比较阈值FTA；

5.将上述排序后的各数字直流电压信号与上述一阶比较阈值FTA进行比较，对大于一阶比较阈值的各数字直流电压信号中的极大值和极小值求平均值TAA，并对小于一阶比较阈值的各数字直流电压信号的极大值和极小值求平均值TAB；

6.将所述平均值TAA和平均值TAB求平均值并作为二阶比较阈值STA；

7.将对应各个测量线圈输出自感电压信号的数字直流电压信号与二阶比较阈值STA进行比较，大于二阶比较阈值STA的数字直流电压信号所对应的测量线圈状态记为二进制状态“1”，小于二阶比较阈值STA的数字直流电压信号所对应的测量线圈状态记为二进制状态“0”。得到的各个测量线圈在不同控制棒位置处的对应二进制状态见表1。

表1

(对应二进制状态)	第1步	第2步	第3步	第4步	第5步
						测量线圈A1的状态	1	1	0	0	0
测量线圈A2的状态	0	1	1	1	0
						测量线圈A3的状态	0	0	0	1	1

8.将上述表示对应各个测量线圈状态的二进制值组合后与预先存储的“各测量线圈状态的二进制值组合与控制棒位置关系表”中的对应于各个控制棒位置的二进制值组合进行比较，即可获得对应测试条件状态下的控制棒位置信息。

此外，由于反应堆运行过程中的温度变化，反应堆结构，包括棒位测量系统均会发生不同程度的线性尺度变化，即热胀冷缩现象。此时会造成控制棒测量的零点位置发生变化，而导致测量的的控制棒位置可能表示的与实际控制棒位置具有一定偏差的结果。为了克服上述测量误差，采用零点误差带校正方法对控制棒初始的零点位置进行校正。

所述零点误差带校正方法包括如下步骤：

a)在控制棒工作前的反应堆没有加热前冷态条件初始状态下，采集并记录分别对应表示串联反接校正副边线圈C2和C3，以及串联反接校正副边线圈C1和C4输出感应电压信号有效值大小的两个数字直流电压信号；

b)用a)中表示串联反接校正副边线圈C2和C3产生感应电压信号的数字直流电压信号，除以表示串联反接校正副边线圈C1和C4产生感应电压信号的数字直流电压信号，得到控制棒初始零点偏移修正系数ZC1，并用控制棒初始零点偏移修正系数ZC1乘以单个校正副边线圈的轴向高度(即单个校正副边线圈上下端面之间的距离)得到控制棒初始零点偏移距离X1；

c)在反应堆工作条件下采集并记录分别对应表示串联反接校正副边线圈C2和C3，和串联反接校正副边线圈C1和C4输出感应电压信号有效值大小的两个数字直流电压信号；

d)用c)中表示串联反接校正副边线圈C2和C3产生感应电压信号的数字直流电压信号，除以表示串联反接校正副边线圈C1和C4产生感应电压信号的数字直流电压信号，得到控制棒零点偏移修正系数ZC2；

e)用所述控制棒零点偏移修正系数ZC2减去控制棒初始零点偏移修正系数ZC1，并乘以单个校正副边线圈的轴向高度(即单个校正副边线圈上下端面之间的距离)得到控制棒零点偏移距离X2；

f)所述控制棒初始零点偏移距离X1和控制棒零点偏移距离X2即可以用于控制棒初始零点的校正，当所述控制棒初始零点偏移距离X1小于所述棒位测量系统所能够区分的一个最小单位长度S，且所述控制棒初始零点偏移距离X1与控制棒零点偏移距离X2之和大于所述棒位测量系统所能够区分的一个最小单位长度S时，则该条件下的工业计算机经过测量误差带校正方法判断得到的用距离控制棒运动起始位置为最小单位长度S整数倍长度表示的控制棒位置减去所述一个最小单位长度S表示的控制棒移动距离后，就得到了再经过零点误差带校正后的控制棒有效的实际位置；当所述控制棒初始零点偏移距离X1小于所述棒位测量系统所能够区分的一个最小单位长度S，且所述控制棒初始零点偏移距离X1与控制棒零点偏移距离X2之和小于所述棒位测量系统所能够区分的一个最小单位长度S时，则该条件下的工业计算机经过测量误差带校正方法判断得到的用距离控制棒运动起始位置为最小单位长度S整数倍长度表示的控制棒位置即可以作为再经过零点误差带校正后的控制棒有效的实际位置。

如图4A和图4B所示，图4A表示反应堆工作前冷态状态下的棒位零点位置情况，图4B表示反应堆工作状态下的棒位零点位置情况。

图4A中，测量芯棒B的顶端端面位于校正副边线圈C2轴向高度的一半高度处位置Y1，此时校正副边线圈C1内部的整个校正副边线圈轴向高度范围内均有测量芯棒导磁材料部分存在，输出校正副边线圈信号的极大值U，校正副边线圈C2内部的一半校正副边线圈轴向高度范围内有测量芯棒导磁材料部分存在，输出校正副边线圈信号的极大值的一半，即U/2，而校正副边线圈C3和校正副边线圈C4内部整个校正副边线圈轴向高度范围均没有测量芯棒存在，输出校正副边线圈信号的极小值V。由于校正副边线圈C1与校正副边线圈C4串联反接，校正副边线圈C2和校正副边线圈C3串联反接，因此校正副边线圈C1与校正副边线圈C4对外输出的感应电压信号为(U-V)；而校正副边线圈C2和校正副边线圈C3对外输出的感应电压为((U/2)-V)。对应计算得到的控制棒初始零点偏移距离X1为

(W为单个校正副边线圈上下端面之间的距离)；

图4B中，测量芯棒B的顶端端面位于校正副边线圈C2的上端面处位置Y2，此时校正副边线圈C1和校正副边线圈C2内部整个校正副边线圈轴向高度范围内均有测量芯棒导磁材料部分存在，输出校正副边线圈信号的极大值U，而校正副边线圈C3和校正副边线圈C4内部整个校正副边线圈轴向高度范围内均没有测量芯棒存在，输出校正副边线圈信号的极小值V。由于校正副边线圈C1与校正副边线圈C4串联反接，校正副边线圈C2和校正副边线圈C3串联反接，因此校正副边线圈C1与校正副边线圈C4对外输出的感应电压为(U-V)；而校正副边线圈C2和校正副边线圈C3对外输出的感应电压为(U-V)。对应计算得到的控制棒零点偏移距离X2为(W为单个校正副边线圈上下端面之间的距离)。

若所述控制棒初始零点偏移距离X1小于所述棒位测量系统所能够区分的一个最小单位长度S(在本实施例中即为一倍控制棒步距长度)，且所述控制棒初始零点偏移距离X1与控制棒零点偏移距离X2之和大于所述棒位测量系统所能够区分的一个最小单位长度S时，则该条件下的工业计算机R经过测量误差带校正方法判断得到的用距离控制棒运动起始位置为最小单位长度S整数倍长度表示的控制棒位置减去所述一个最小单位长度S表示的控制棒移动距离后，就得到了再经过零点误差带校正后的控制棒有效的实际位置；若所述控制棒初始零点偏移距离X1小于所述棒位测量系统所能够区分的一个最小单位长度S，且所述控制棒初始零点偏移距离X1与控制棒零点偏移距离X2之和小于所述棒位测量系统所能够区分的一个最小单位长度S时，则该条件下的工业计算机经过测量误差带校正方法判断得到的用距离控制棒运动起始位置为最小单位长度S整数倍长度表示的控制棒位置即可以作为再经过零点误差带校正后的控制棒有效的实际位置。

如此，就完成整个所述棒位测量系统的工作过程，实现了控制棒位置测量的目的。

Claims (3)

1.基于误差带校正方法的棒位测量系统，其特征在于，是一种反应堆的棒位测量系统，含有：测量线圈组、校正副边线圈组、校正原边线圈、校正激励信号发生单元、测量激励信号发生单元、现场测量单元、测量芯棒以及信息处理单元，其中：

测量线圈组，第1个到第n个共n个同向串联的测量线圈(A1～An)，各测量线圈的绕制方式相同，在空间上各测量线圈的共轴地安装，各测量线圈两端输入测量激励信号；

校正线圈组，其中包括：一个校正原边线圈(C0)，第1个到第m个共m个校正副边线圈(C1～Cm)，m＝4，所述一个校正原边线圈(C0)和m个校正副边线圈共磁轴安装，所述四个校正副边线圈(C1，C2，C3，C4)从下到上地顺次紧密排列，其中，中间两个校正副边线圈(C2，C3)的缠绕方向相反，且两者串联连接；两端两个校正副边线圈(C1，C4)缠绕方向相反，且两者串联连接；所述偏下方的两个校正副边线圈(C1，C2)安装后线圈螺旋方向与所述校正原边线圈(C0)的线圈螺旋方向相同，所述偏上方的两个校正副边线圈(C3，C4)安装后的线圈螺旋方向与所述校正原边线圈(C0)的线圈螺旋方向相反，所述校正线圈组用于棒位测量的零点误差带校正；

测量芯棒，由导磁材料段与非导磁材料段间隔排列组成，该测量芯棒的一端与控制棒的驱动轴直接连接，并在所述各测量线圈(A1～An)及校正线圈组内部上下往复运动，所述n个测量线圈安装于所述测量芯棒顶端面的行程范围内，在控制棒没有运动前，且所述反应堆没有加热前的冷态初始条件下，所述测量芯棒中某个固定的导磁材料段顶端面位于所述中间两个串联连接的校正副边线圈(C2，C3)中靠下方的一个所述校正副边线圈(C2)的上下端面之间，所述冷态初始条件下测量芯棒中固定的导磁材料段顶端面的位置与所述中间两个串联反接的校正副边线圈(C2，C3)中靠上方一个所述校正副边线圈(C3)的上端面间的距离大于所述反应堆控制棒驱动轴部分整体在所述反应堆达到最高工作温度时，以冷态初始条件下的所述测量芯棒中固定的导磁材料段顶端面的位置为起点开始，由于包括热膨胀在内的各种因素而导致的的伸长总长度，同时在所述控制棒开始运动前的冷态初始条件下，位于两端的两个串联反接的所述校正副边线圈(C1，C4)中，始终保持其中一个内部有所述测量芯棒的导磁材料段存在，而另一个内部只有测量芯棒的非导磁材料段部分存在或者没有测量芯棒存在；

测量激励信号发生单元，由测量激励信号发生器和测量激励信号放大器依次串联构成，所述测量激励信号发生器产生的固定频率的交流激励信号经测量激励信号放大器功率放大后输入到所述测量线圈组的两个输入端；

校正激励信号发生单元，由校正激励信号发生器和校正激励信号放大器依次串联构成，所述校正激励信号发生器产生的固定频率的交流激励信号经激励信号放大器进行功率放大后输入到所述校正线圈组中校正原边线圈的两个输入端；

现场测量单元，由现场棒位信号测量子单元和现场零点误差带校正信号测量子单元构成，其中：

现场棒位信号测量子单元由p路现场棒位信号测量电路和一路测量激励信号测量电路组成，p＝n，其中，每一路现场棒位信号测量电路依次由差分信号放大器，低通滤波器和转换模块串联而成，所述转换模块把对应测量线圈产生且经过放大了的线圈自感电压信号滤波后对应的直流电压信号成比例地转换为便于通过电缆远程传输的直流电流信号，所述每一路现场棒位信号测量电路中的差分信号放大器的两个输入端分别与所述测量线圈组中对应的一个测量线圈的两个输出端相连；测量激励信号测量电路组成也由差分信号放大器，低通滤波器和转换模块串联而成；所述转换模块把对应测量激励信号发生单元产生的经过放大器调整的测量激励信号滤波后对应的直流电压信号成比例地转换为便于通过电缆远程传输的直流电流信号，所述测量激励信号测量电路中的差分信号放大器的两个输入端分别与所述测量激励信号发生单元中激励信号放大器对应的两个输出端相连；

现场零点误差带校正信号测量子单元由两路现场零点误差带校正信号测量电路构成，其中，每一路现场零点误差带校正信号测量电路由差分信号放大器，低通滤波器和转换模块串联而成，第一路现场零点误差带校正信号测量电路中的差分信号放大器的两个输入端分别与所述校正副边线圈(C2)的下方输出端和所述校正副边线圈(C3)的上方输出端相连，所述校正副边线圈(C2)的上方输出端和所述校正副边线圈(C3)的下方输出端相互连接；第二路现场零点误差带校正信号测量电路中的差分信号放大器的两个输入端分别与所述校正副边线圈(C1)的下方输出端和所述校正副边线圈(C4)的上方输出端相连，所述校正副边线圈(C1)的上方输出端和所述校正副边线圈(C4)的下方输出端相互连接；所述转换模块把对应两个串联的校正副边线圈产生且经过放大了的感应电压信号滤波后对应的直流电压信号成比例地转换为便于通过电缆远程传输的直流电流信号；

信息处理单元，依次由一组信号接收电路，一个A/D转换电路及一台工业计算机依次串联构成，所述信号接收电路是一个电阻式的采样电路，在所述信息处理单元中：

一组信号接收电路，由q个棒位测量信号接收电路和两个零点误差带校正信号接收电路，以及一个测量激励信号接收电路构成，q＝p＝n，其中：

每一个棒位测量信号接收电路的输入端与所述现场测量单元中的所述棒位信号测量电路中对应的一个所述转换模块的输出端经过电缆相连；

两个零点误差带校正信号接收电路中每一个的输入端分别与所述两路现场零点误差带校正信号测量电路中对应一路的所述转换模块的输出端经过电缆相连；

一个测量激励信号接收电路的输入端与所述测量激励信号测量电路中对应的一个转换模块的输出端经过电缆相连；

A/D转换电路输入所述信息处理单元中各信号接收电路输出的对应表示所述各测量线圈产生的信号的直流电压信号，对应表示所述两路串联反接的校正副边线圈产生的信号的直流电压信号以及对应表示所述测量激励信号的直流电压信号，并经过A/D转换电路处理后得到对应使用数字直流电压信号表示的所述各个信号并进一步将所述用数字直流电压信号表示的各个信号送给所述工业计算机；

工业计算机，按以下步骤实现具有测量误差带校正特性的棒位测量功能：

步骤(1)：对从所述A/D转换电路输入的各个对应于所述各个测量线圈输出的自感电压信号有效值大小的数字直流电压信号按照由小到大方式进行排序；

步骤(2)：分别比较步骤(1)中所述的各个数字直流电压信号和从所述A/D转换电路输入的对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号；

若：对应某个所述测量线圈输出的自感电压信号的数字直流电压信号等于对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号，或者与对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号之间的差值在小于5％的对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号有效值大小的范围内，而同时其他各个测量线圈输出自感电压信号所对应的数字直流电压信号与零值的差值在小于5％的对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号有效值大小的范围内，则判断对应所述的测量线圈发生断路，输出报警信号；

若：对应某个所述测量线圈输出的自感电压信号的数字直流电压信号与零值的差值在小于5％的对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号有效值大小的范围内，而同时其他各个测量线圈输出的自感电压信号的数字直流电压信号与对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号之间的差值在大于5％的对应于测量激励信号发生单元产生的测量激励信号有效值大小的数字直流电压信号有效值大小的范围内，则判断对应所述的的测量线圈发生短路，输出报警信号；

步骤(3)：把步骤(1)中所述的排序后的对应于本次各个所述测量线圈输出的自感电压信号有效值大小的数字直流电压信号中的较高电平信号中的极大值和较低电平信号中的极小值取出，进行平均后得到一个一阶比较阈值FTA；

步骤(4)：把步骤(1)中所述的排序后的对应于本次各个所述测量线圈输出的自感电压信号有效值大小的数字直流电压信号与步骤(3)中所述的一阶比较阈值FTA进行比较；对应大于所述一阶比较阈值FTA的所述对应于本次各个所述测量线圈输出的自感电压信号有效值大小的数字直流电压信号中的极大值和极小值求取平均值TAA，并对小于所述一阶比较阈值FTA的所述对应于本次各个所述测量线圈输出的自感电压信号有效值大小的数字直流电压信号中的极大值和极小值求取平均值TAB；

步骤(5)：把步骤(4)中所述平均值TAA和平均值TAB再次求取平均值，并将所得到的平均值作为二阶比较阈值STA；

步骤(6)：把对应于本次各个所述测量线圈输出的自感电压信号有效值大小的数字直流电压信号与所述二阶比较阈值STA进行比较，大于所述二阶比较阈值STA的数字直流电压信号对应的测量线圈的状态记为“1”，小于所述二阶比较阈值STA的数字直流电压信号对应的测量线圈的状态记为“0”；

步骤(7)：把步骤(6)中表示对应于各个测量线圈状态的二进制值组合后与预先存储的“各测量线圈状态的二进制值组合与控制棒位置关系表”中的对应于控制棒各个位置的二进制值组合进行比较，即可获得对应测试条件状态下控制棒位置信息。

2.根据权利要求1所述的基于误差带校正方法的棒位测量系统，其特征在于，所述工业计算机在进行所述具有测量误差带校正特性的棒位测量工作前，有一个零点误差带校正过程，其步骤如下：

步骤(1′)：在控制棒工作前的反应堆没有加热前的冷态初始条件下，分别采集并记录对应表示所述串联反接的校正副边线圈(C2)和校正副边线圈(C3)输出的感应电压信号有效值大小的数字直流电压信号，以及对应表示所述串联反接的校正副边线圈(C1)和校正副边线圈(C4)输出的感应电压信号有效值大小的数字直流电压信号；

步骤(2′)：用步骤(1′)中所述的表示校正校正副边线圈(C2)和校正副边线圈(C3)输出的感应电压信号有效值大小的数字直流电压信号，除以对应表示所述串联反接的校正副边线圈(C1)和校正副边线圈(C4)输出的感应电压信号有效值大小的数字直流电压信号，得到控制棒初始零点偏移修正系数ZC1；再把所述控制棒初始零点偏移修正系数ZC1乘以单个所述校正副边线圈的轴向高度，得到控制棒初始零点偏移距离X1；

步骤(3′)：在反应堆工作条件下，重复步骤(1′)；

步骤(4′)：在所述反应堆工作条件下，重复步骤(2′)得到控制棒零点偏移校正系数ZC2；

步骤(5′)：用步骤(4′)得到的所述控制棒零点偏移校正系数ZC2减去步骤(2′)得到的控制棒初始零点偏移修正系数ZC1，并把所得的差值乘以单个所述校正副边线圈的轴向高度，得到控制棒零点偏移距离X2；

步骤(6′)：当所述控制棒初始零点偏移距离X1小于所述棒位测量系统所能够区分的一个最小单位长度S，且所述控制棒初始零点偏移距离X1与控制棒零点偏移距离X2之和大于所述棒位测量系统所能够区分的一个最小单位长度S时，则该条件下的工业计算机经过测量误差带校正方法判断得到的用距离控制棒运动起始位置为最小单位长度S整数倍长度表示的控制棒位置减去所述一个最小单位长度S表示的控制棒移动距离后，就得到了再经过零点误差带校正后的控制棒有效的实际位置；当所述控制棒初始零点偏移距离X1小于所述棒位测量系统所能够区分的一个最小单位长度S，且所述控制棒初始零点偏移距离X1与控制棒零点偏移距离X2之和小于所述棒位测量系统所能够区分的一个最小单位长度S时，则该条件下的工业计算机经过测量误差带校正方法判断得到的用距离控制棒运动起始位置为最小单位长度S整数倍长度表示的控制棒位置即可以作为再经过零点误差带校正后的控制棒有效的实际位置。

3.根据权利要求1所述的基于误差带校正方法的棒位测量系统，其特征在于，所述的测量线圈个数n大于等于3，并且各测量线圈中任意两个相邻测量线圈之间的距离相等且为控制棒步距的整数倍，所述控制棒步距是预先设定的。

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