CN102543229A - 基于单线圈的核电棒位测量装置及其核电棒位的差值测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于单线圈的核电棒位测量装置及其核电棒位的差值测量方法，本发明的装置包括：棒位探测器套筒；还包括：由N个第一单线圈组成的第一组线圈组和由N个第二单线圈组成的第二组线圈组；N为正整数；第一组线圈组中的第一单线圈和第二组线圈组中的第二单线圈间隔排列后固定在棒位探测器套筒外；每个单线圈有引出线；由于采用单线圈绕制，省去了互感式测量的初级线圈，同时也避免了由于初级线圈损伤而造成棒位测量系统完全失效的可能，每个测量线圈各自独立并且单独引出线，结构简单清晰，减小导线安装难度；采用差值测量法抗干扰能力强，无累计误差，在单个线圈或单组线圈故障时，能依旧保持棒位测量装置应有的工作特性。

Description

基于单线圈的核电棒位测量装置及其核电棒位的差值测量方法

技术领域

本发明涉及一种核电棒位测量装置，尤其涉及该核电棒位测量装置的结构及其核电棒位的测量方法。

背景技术

核电棒位测量装置是核电站的重要设备，它负责探测、指示控制棒在堆芯的实际位置，作为负反馈，完成闭环控制控制棒。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。棒位测量系统是该装置中重要的系统之一，其可靠性与安全性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技术主要包括：角度式、超声波式，电涡流式和电感式等几种。

其中电感式控制棒棒位测量装置是最常见，也是在核电站反应堆中应用最广泛的。感应式棒位测量装置又分为互感式和自感式两大类。互感式控制棒测量系统是将由导磁材料或者导磁与非导磁材料间隔排列组成的测量芯棒连接在控制棒一端并与控制棒同步运动，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时，改变电感线圈的磁感应强度而使测量次级线圈输出信号幅值发生变化，根据这种变化判断控制棒所在位置。其缺点是结构复杂，整体测量装置引线较多，体积较大，由于使用一个独立的初级激励线圈，线圈功率较大，一旦线圈发生损伤，测量系统完全失效，各线圈的工艺一致性要求高，制作难度大，抗干扰能力差，有误差累计。自感式的棒位测量装置，如中国专利200510011225.8-“一种基于线圈自感原理的控制棒棒位测量系统”和中国专利号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，提高可靠性的目的。但是当出现单个线圈失效时，只能够辨别失效位置，不能够保证棒位测量装置应有的工作特性。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供了一种基于单线圈的核电棒位测量装置，旨在解决上述的问题。

本发明还提供了采用上述测量装置的核电棒位的差值测量方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的基于单线圈的核电棒位测量装置包括：棒位探测器套筒；还包括：由N个第一单线圈组成的第一组线圈组和由N个第二单线圈组成的第二组线圈组；N为正整数；所述的第一组线圈组中的第一单线圈和第二组线圈组中的第二单线圈间隔排列后固定在棒位探测器套筒外；每个单线圈有引出线。

本发明的核电棒位的差值测量方法，是通过以下步骤实现的：

每组中包括N个测量线圈、N个测量电阻、预处理电路、棒位信号处理电路以及微处理器；N为正整数；

两组采样电阻分别测量各自对应的自感单线圈的变化，产生测量信号；

预处理电路对棒位测量信息进行滤波、放大处理；

棒位信号处理电路按由上减下的顺序对相邻两线圈测量电压两两作差；当控制棒棒头永磁体远离测量单线圈时，相邻两单线圈的测量电压差值为零；当控制棒棒头永磁体在某个线圈中间时，其相邻两线圈测量电压的差值增大；

微处理器对测量线圈信息进行分析处理，产生棒位信息或故障信息；

所述的故障信息是将输入信号输入比较器，若输入信号不在给定的基准源范围内，则说明有故障存在：棒位测量装置电源发生失电故障，某个测量线圈发生短路或断路故障等，并将故障信号传输给微处理器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于采用单线圈绕制，省去了互感式测量的初级线圈，降低功率，使整个装置体积减小，同时也避免了由于初级线圈损伤而造成棒位测量系统完全失效的可能，每个测量线圈各自独立并且单独引出线，结构简单清晰，减小导线安装难度，采用差值测量法抗干扰能力强，无累计误差，在单个线圈或单组线圈故障时，能依旧保持棒位测量装置应有的工作特性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是采用图1的差值测量法的框图。

图3是采用图2测得的两个相邻线圈各测量点的信号曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

由图1可见：本发明包括：棒位探测器套筒1；还包括：由N个第一单线圈2组成的第一组线圈组和由N个第二单线圈3组成的第二组线圈组；N为正整数；所述的第一组线圈组中的第一单线圈2和第二组线圈组中的第二单线圈3间隔排列后固定在棒位探测器套筒1外；每个单线圈有引出线4。

本发明的目的在于提供一种改善现有技术中棒位测量装置存在的问题，特别是解决最常用的感应式棒位测量装置中互感式和自感式的问题，互感式：体积大，结构复杂，引线多，初级线圈功率大且发生损伤时导致整个测量系统失效，抗干扰能力差，有累计误差；自感式：单个线圈失效时只能辨别失效位置，不能保证棒位测量装置应有的工作特性。

两组用于位置测量的自感测量线圈，按一定间距交叉固定在套筒外，自感线圈各自独立，当一组线圈发生故障时，另一组线圈可以照常完成棒位测量功能，不影响棒位测量装置的工作特性。

如图2所示：它由测量线圈，测量电阻，预处理电路，棒位信号处理电路和微处理器组成。

两组采样电阻分别测量各自对应的自感线圈的变化，产生测量信号。

预处理电路对棒位测量信息进行滤波、放大处理。

棒位信号处理电路按由上减下的顺序对相邻两线圈测量电压两两作差，当控制棒棒头永磁体远离测量线圈时，相邻两线圈的测量电压差值为零，当控制棒棒头永磁体在某个线圈中间时，其相邻两线圈测量电压的差值增大。这样，即使在某一或整个测量区域受到干扰，也能通过两两相减的方法将干扰互相抵消，抗干扰能力大大提高，而且不会引入累计误差。

微处理器对测量线圈信息进行分析处理，产生棒位信息或故障信息。

本发明中的预处理电路，棒位信号处理电路、微处理器及其基准源都能从现有技术中得到。

图1为本发明单线圈棒位探测器的局部示意图，只截取了其中间部分。各测量线圈分别按一定间距固定在棒位探测器套筒外，测量线圈与测量线圈之间的距离由核电站反应堆控制棒的实际情况而定。

所有测量线圈按一个间隔一个的规律分为A(第一组)、B(第二组)两组，由位于棒位探测器套筒最底端的线圈至次顶端的线圈组成A组测量线圈，由位于棒位探测器套筒最顶端的线圈至次底端的线圈组成B组测量线圈。将所有测量线圈分为两组，在某一个或某一组线圈出现故障时，不令整套棒位探测装置失效，仍然可保证单组测量线圈正常工作。

每个线圈都分别引出各自的引出线，省去了现有互感式棒位探测装置需要对各测量线圈引出线按格雷码规律互连的繁琐过程。

控制棒运行过程中，在棒位探测器套筒内做轴向提升，下插，保持运动，利用线圈的自感效应，当带有磁性的控制棒棒头移动到套在其外的某个测量线圈内部，此线圈从空心线圈变为带铁芯线圈，由式1可见，由于铁芯线圈的磁导率增大，其电感量也随之增大。

$L=\frac{\mathrm{\μ}*N^2*S}{l}$

式1电感量计算公式：

(式中：L＝电感量，N＝线圈匝数，S＝线圈投影面积，l＝线圈长度，μ＝相对磁导率。)

由于某个测量线圈的电感量增大，该线圈所在回路的电流减小，与该线圈串联的测量电阻上的电压降低。

将各线圈测量电阻上的电压输入预处理电路，进行信号滤波和信号放大处理，滤除高频干扰和50Hz工频干扰并将实际信号送入放大器放大，结果输出给棒位信号处理电路。

在棒位信号处理电路中，要对输入信号所包含的实际信息进行初步判断，通过判断，将输入信号区分为2种类型，提供给后续的微处理器做进一步的分析处理，一种为故障信息，另一种为真实的棒位信息。其具体实施的做法如下：

将输入信号输入比较器，若输入信号不在给定的基准源范围内，则说明有故障存在：棒位测量装置电源发生失电故障，某个测量线圈发生短路或断路故障等，并将故障信号传输给微处理器。

图3为采用差值测量法测得的棒位信号波形示意图，上半部分为两个相邻线圈测量电阻上的电压波形，下半部分为其相减后的差值波形，标号1的直线表示基准源，标号2的脉冲波形表示与基准源比较后得到的棒位信息数字信号。

将相邻两个线圈的测量电阻上的电压输入减法器做差值运算，运算结果输入比较器，若差值结果高于基准源，则说明在该测量线圈两端的电压较其它线圈明显增大，其电感量有了显著的增加，换言之，控制棒的棒头就在此线圈所在的水平位置附近。将比较后得到的棒位信号(见标号2)传输至微处理器。

微处理器对上述处理结果做进一步的数字化分析处理，若输入信号为故障信息，进一步诊断其具体属于那种故障：棒位测量装置电源失电故障、某个测量线圈短路或断路故障等，故障诊断结果可以是上述几种，但不限于上述几种。若输入信号为棒位信息，添加条件进一步确定唯一的棒头位置，如同时有2个脉冲信号输入时，自动舍弃前者只取后者，判别方式可以如上所述，但不限于上述方式。

结合上述A、B两组的故障信息和棒位信息，得出最终的故障信息和棒位信息，综上所述，由于最终棒位是由两组独立的测量系统综合得出的，所以，即使某个或某组线圈或装置发生故障，另一组还可以照常工作，仅降低测量精度，不影响整个棒位测量系统的有效性。

Claims (2)

1.一种基于单线圈的核电棒位测量装置，包括：棒位探测器套筒；其特征在于还包括：由N个第一单线圈组成的第一组线圈组和由N个第二单线圈组成的第二组线圈组；N为正整数；所述的第一组线圈组中的第一单线圈和第二组线圈组中的第二单线圈间隔排列后固定在棒位探测器套筒外；每个单线圈有引出线。

2.一种核电棒位的差值测量方法，是通过以下步骤实现的：

每组中包括N个测量线圈、N个测量电阻、预处理电路、棒位信号处理电路以及微处理器；N为正整数；

两组采样电阻分别测量各自对应的自感单线圈的变化，产生测量信号；

预处理电路对棒位测量信息进行滤波、放大处理；

棒位信号处理电路按由上减下的顺序对相邻两线圈测量电压两两作差；当控制棒棒头永磁体远离测量单线圈时，相邻两单线圈的测量电压差值为零；当控制棒棒头永磁体在某个线圈中间时，其相邻两线圈测量电压的差值增大；

微处理器对测量线圈信息进行分析处理，产生棒位信息或故障信息；

所述的故障信息是将输入信号输入比较器，若输入信号不在给定的基准源范围内，则说明有故障存在：棒位测量装置电源发生失电故障，某个测量线圈发生短路或断路故障等，并将故障信号传输给微处理器。

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