CN103761995A - 具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测方法及系统，该方法包括：在管道外侧的上下游两处分别设置第一检测线圈和第二检测线圈；对检测线圈进行正弦交流激励，以使检测线圈和燃料球之间产生互感作用，同时通过谐振电桥检测电路从检测线圈中提取出电压信号U1和U2；信号处理器对U1和U2进行处理得到过球波形信号U0，过球波形U0经过比较处理后转换为波峰脉冲UP1和波谷脉冲UP2；单片机根据U0、UP1和UP2判断是否有燃料球经过；监测检测线圈、信号处理器以及单片机是否都正常工作；当三者都正常工作时，输出是否有燃料球经过的判断结果，反之则发出警示信息。本发明不破坏管道，能够抗干扰，遇故障可报警,保证过球计数结果准确可靠。

Description

具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测方法及系统
技术领域
本发明属于检测设备技术领域，具体涉及一种具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测方法及系统。
背景技术
安全、高效的核能反应堆是解决能源问题的关键技术之一。而球床式高温气冷堆由于其发电效率高，固有安全性好，能够在不停堆的情况下进行燃料装卸等优点，受到了许多国家的高度重视。
目前在球床堆上使用的燃料元件检测装置的基本原理都是基于石墨导体对线圈感抗的影响来检测燃料元件，根据其结构不同可分为以下几种。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。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。
以上两种传感器的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。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。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。
此外，高温气冷堆存在多种电磁干扰和很强的核辐射，并且工作环境复杂，设备不易进行人工检查和维护，现有检测装置存在以下几点不足：过球检测装置的电磁兼容性能较低，容易受到高温气冷堆内的电磁环境的干扰，造成错误计数；过球检测装置发生故障时，不能主动发出警示，故障期间可能导致漏计数和误计数情况的发生。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的对管道产生破坏、抗干扰性差、遇故障不能报警的问题。
为此，本发明的一个目的在于提出一种具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测方法。
本发明的另一目的在于提出一种具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测系统。
为了实现上述目的，根据本发明一个方面的实施例的具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测方法，包括以下步骤：在管道外侧设置过球传感器，所述过球传感器包括环绕所述管道的、分别靠近上游下游的第一检测线圈和第二检测线圈；对所述第一检测线圈和第二检测线圈进行正弦交流激励，以使所述检测线圈和燃料球之间产生互感作用，同时通过谐振电桥检测电路从所述第一检测线圈和第二检测线圈中提取出第一电压U1和第二电压U2；利用信号处理器对所述U1和U2进行差动放大、带通滤波、相敏检测和低通滤波，得到过球波形信号U0，将所述过球波形U0进行双阈值比较处理后转换为波峰脉冲UP1和波谷脉冲UP2；单片机根据所述U0、UP1和UP2判断是否有燃料球经过；监测所述检测线圈、所述信号处理器以及所述单片机是否都正常工作，得到自诊断结果；以及当所述自诊断结果为所述检测线圈、所述信号处理器以及所述单片机都正常工作时，输出是否有燃料球经过的判断结果，反之则发出警示信息。
根据本发明实施例的具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测方法与现有技术相比，至少具有以下优点：增加了自诊断功能，当检测线圈的线路、信号处理器的电源或者单片机的程序出现故障时，会自动发出警示，从而使得故障可以被及时排除，避免出现漏记的情况，增强了过球计数结果的真实可靠性。
根据本发明另一方面的实施例的具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测系统，包括：过球传感器，所述过球传感器设置在管道外侧，包括环绕所述管道的、分别靠近上游下游的第一检测线圈和第二检测线圈；激励单元，所述激励单元用于产生正弦交流的激励信号，对所述第一检测线圈和第二检测线圈进行激励；谐振电桥检测电路，用于从所述第一检测线圈和第二检测线圈分别提取输出第一电压U1和第二电压U2；信号处理器，所述信号处理器与所述谐振电桥检测电路相连，用于对所述U1和U2进行差动放大、带通滤波和相敏检测和低频滤波，得到过球波形信号U0，所述过球波形U0进行双阈值比较处理后转换为波峰脉冲UP1和波谷脉冲UP2；单片机，所述单片机与所述信号处理器相连，用于根据所述U0、UP1和UP2判断是否有燃料球经过；自诊断模块，所述自诊断模块分别与所述检测线圈、所述信号处理器以及所述单片机相连并监测其是否都正常工作，得到自诊断结果；以及输出模块，所述输出模块分别与所述单片机和自诊断模块相连，当所述自诊断结果为所述检测线圈、所述信号处理器以及所述单片机都正常工作时，所述输出模块输出是否有燃料球经过的判断结果，反之则所述输出模块发出警示信息。
根据本发明实施例的具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测系统，至少具有以下优点：增加了自诊断功能模块，当检测线圈的线路、信号处理器的电源或者单片机的程序出现故障时，会自动发出警示，从而使得故障可以被及时排除，避免出现漏记的情况，增强了过球计数结果的真实可靠性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的传感器的示意图，其中（a）为外部结构示意图，（b）为内部结构示意图；
图3是根据本发明实施例的谐振电桥检测电路的电路图；
图4是根据本发明实施例的信号处理器的示意图；
图5是根据本发明实施例的过球波形信号U0的波形图；
图6是根据本发明实施例的监控检测线圈工作状态的原理图；
图7是根据本发明实施例的监控信号处理器的工作状态的原理图；
图8是根据本发明实施例的具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测系统的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
本专利旨在提出一种具有自诊断功能的过球检测方法和系统，用于对装料管道、卸料管道和乏燃料管道中以石墨为基体的燃料球进行准确检测和计数，具有抗干扰能力强和可靠性高等特点。即使检测系统的核心部件发生故障，也可以自动诊断并发出警示信息，避免燃料元件的误计数。该检测方法和系统能够在恶劣电磁环境中可靠工作并对燃料元件进行准确识别，从而在各种情况下实现燃料元件装卸的有效控制，保证球床式高温气冷堆的安全运行。
如图1所示，本发明提出一种具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测方法，可以包括以下步骤：
A.在管道外侧设置过球传感器，该过球传感器包括环绕所述管道的、分别靠近上游下游的第一检测线圈和第二检测线圈。在管道的不同位置设置检测线圈，这样是为了保证燃料球经过第一检测线圈和第二检测线圈的瞬间具有时间差。
其中，过球传感器的外部及内部结构如图2（a）和图2（b）所示，具体包括：金属外壳10、一对半环柱骨架20A和20B、第一检测线圈30和第二检测线圈40、航空插头或馈通滤波器50、以及电磁密封垫60。一对半环柱骨架20A和20B对装于管道外侧。第一检测线圈和第二检测线圈各自包括一对分别绕制在一对半环柱骨架上的、彼此串联的一对半环形线圈30A、30B以及40A、40B。其中，线圈的所用线材、绕制方法、线圈匝数完全相同。航空插头或馈通滤波器50与第一检测线圈30和第二检测线圈40的输出端相连，以利于提高系统的抗干扰能力。电磁密封垫60将半环形线圈之间的缝隙填满，并与金属外壳10保持良好接触，以实现良好屏蔽。
上述设计的过球传感器中检测线圈分别被设计成为两个对装的半环形线圈，能够满足外装式要求，便于安装和维修。线圈形状窄平，可以保证检测的灵敏度。优选采用两组线圈的绕制方法绕制线圈，以保证第一检测线圈和第二检测线圈的电阻和电感误差小于1%。半环柱骨架可以采用聚砜塑料，线圈的线材可以采用聚亚酰胺漆包线，以满足耐高温和抗辐射的特殊环境使用要求。金属外壳10本身具有良好的电磁隔离效果，但安装过球传感器时金属外壳10中的缝隙仍可能使得辐射骚扰耦合到过球传感器内部的线圈上，因此需要设法进行屏蔽处理。于是需要使用电磁密封垫60将所有缝隙填满，并和金属外壳10保持良好接触，以形成一个完整的屏蔽结构。
B.对第一检测线圈和第二检测线圈进行正弦交流激励，以使检测线圈和燃料球之间产生互感作用，同时通过谐振电桥检测电路从第一检测线圈和第二检测线圈中提取出第一电压U1和第二电压U2。
可选地，正弦交流激励信号记做UE。该信号可以基于直接数字频率合成（DDS）技术，选用AD9850芯片全数字式合成稳幅稳频的正弦波，经LM1875功率芯片放大后，输入第一检测线圈和第二检测线圈。
在本发明的一个示例中，谐振电桥检测电路如图3所示。该谐振电桥检测电路中，第一桥臂由第一电阻R1构成，第二桥臂由第二电阻R2构成。第一桥臂与第二桥臂的一端共同连接激励单元的输出端以接受激励信号UE。第三桥臂由第一检测线圈L1、第一电容C1和电位器VR1并联构成，第四桥臂由第二检测线圈L2、第二电容C2和第三电阻R3并联构成。第三桥臂和第四桥臂的一端共同接地，另一端分别输出第一电压U1和第二电压U2。如此这般,谐振电桥检测电路从第一检测线圈和第二检测线圈中提取出第一电压U1和第二电压U2。
C.信号处理器对U1和U2进行差动放大、带通滤波、相敏检测和低通滤波，得到过球波形信号U0，将所述过球波形U0进行双阈值比较处理后转换为波峰脉冲UP1和波谷脉冲UP2。
具体地，信号处理器使用了锁定放大的原理来进行过球信号的提取，如图4所示。第一电压U1和第二电压U2经过差动放大电路后，进行带通滤波处理，然后进入相敏检波电路，和经过移相的初始正弦信号进行乘法运算，最后经过低通滤波输出过球波形信号UO。该过球波形信号UO可以反映出U1和U2的变化。
U0的波形如图5所示。当无燃料球经过时，第一检测线圈和第二检测线圈因彼此互感作用而在激励信号的激励下产生同频、同相、等幅信号，谐振电桥检测电路提取输出的过球波形信号U0为一稳恒值。当有燃料球经过时，由于涡流作用引起线圈感抗发生变化，而燃料球通过第一检测线圈和第二检测线圈的时间不同，导致在激励信号的激励下幅值相位出现变化，谐振电桥检测电路提取输出的所述过球波形信号U0为近似正弦信号。
D.单片机根据U0、UP1和UP2判断是否有燃料球经过。
(1)进行波形完整性判断：所述过球波形U0经过比较器处理后产生的相邻脉冲需包含波峰脉冲UP1和波谷脉冲UP2，说明波形完整。
(2)进行波形连续性判断：对于过球波形U0相邻的波峰与波谷极值的时间差ΔT需小于波峰脉宽TD1或者波谷脉宽TD2，说明波形连续。
其中，所述波峰脉宽TD1由过球波形U0的波峰的幅值阈值UTh1决定，所述波谷脉宽TD2由过球波形U0的波谷的幅值阈值UTh2决定。
UTh1=(无球时U0的基准值+过球时U0的波峰统计值)/2
UTh2=(无球时U0的基准值+过球时U0的波谷统计值)/2
上述的无球时U0的基准值为设定值，过球时U0的波峰统计值和过球时U0的波谷统计值依据实验统计获取。
(3)进行波形对称性判断：过球波形U0的双方向波形的宽度需具有相似性，说明波形对称。例如，波峰脉宽TD1和波谷脉宽TD2相差25%以内表面波形具有对称性。
(4)进行过球判断：当波形完整、波形连续并且波形对称时，说明有燃料球通过。
E.监测所述检测线圈、所述信号处理器以及所述单片机是否都正常工作，得到自诊断结果。具体过程为：
(1)通过检测所述检测线圈两端的电压来判断所述检测线圈是否正常工作，若所述检测线圈正常工作则输出高电平的第一监测信号。具体地，检测线圈在正常工作时，由于存在谐振现象，线圈两端的电压幅值较高，若发生故障（无论是短路或者断路），其电压幅值将会下降，从而引发谐振电压监测电路的输出由高电平转为低电平，其原理如图6所示。
(2)通过对所述信号处理器的电源端使用光电耦合器以监测所述信号处理器是否正常工作，若所述信号处理器正常工作则输出高电平的第二监测信号。具体地，信号处理电路的电源端使用光耦电路进行监测，若发生故障，光耦的输出信号将由高电平转为低电平，其原理如图7所示。
(3)通过在所述单片机上运行一个输出方波脉冲程序来监测所述单片机是否都正常工作，若所述单片机正常工作则输出高电平的第三监测信号。
(4)对第一监测信号、第二监测信号和第三监测信号进行相与处理，得到最终的自诊断信号。若所述自诊断信号为高电平，说明所述检测线圈、所述信号处理器以及所述单片机都正常工作。
F.当自诊断结果为所述检测线圈、所述信号处理器以及所述单片机都正常工作时，输出是否有燃料球经过的判断结果，反之则发出警示信息。
根据本发明实施例的具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测方法，至少具有以下优点：采用对装的半环形线圈作为外装式传感器，结构简单，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；检测方法中通过提供合理的激励信号以及对过球波形进行合理处理，可以实现良好的信噪比，进一步降低了系统增益；对检测线圈等进行了针对性的电磁兼容设计，提高了系统的抗干扰能力；增加了自诊断功能，当检测线圈的线路、信号处理器的电源或者单片机的程序出现故障时，系统会自动发出警示，从而使得故障可以被及时排除，避免出现漏记的情况，增强了过球计数结果的真实可靠性。
如图8所示，本发明提出一种具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测系统，可以包括：过球传感器100、激励单元200、谐振电桥检测电路300、信号处理器400、单片机500、自诊断模块600以及输出模块700。
过球传感器100设置在管道外侧，包括环绕管道的、分别上游下游的第一检测线圈30和第二检测线圈40。激励单元200用于产生正弦交流的激励信号，对第一检测线圈30和第二检测线圈40进行激励。谐振电桥检测电路300用于从第一检测线圈30和第二检测线圈40分别提取输出第一电压U1和第二电压U2。信号处理器400用于对U1和U2进行差动放大、带通滤波和相敏检测和低频滤波，得到过球波形信号U0，过球波形U0进行双阈值比较处理后转换为波峰脉冲UP1和波谷脉冲UP2。单片机500用于根据U0、UP1和UP2判断是否有燃料球经过。自诊断模块600分别与检测线圈30和40、信号处理器400以及单片机500相连并监测其是否都正常工作，得到自诊断结果。输出模块700分别与单片机500和自诊断模块600相连。当自诊断结果为检测线圈30和40、信号处理器400以及单片机500都正常工作时，输出模块700输出单片机500判断出的是否有燃料球经过的判断结果。反之则输出模块700发出警示信息。
其中，本发明实施例的系统中的过球传感器100、谐振电桥检测电路200、激励单元300以及信号处理器400的具体结构已经在上文公开，此处不赘述。
在本发明的一个实施例中，系统中的单片机500中可以包括：波形完整性判断模块、波形连续性判断模块、波形对称性判断模块以及过球判断模块。具体地：当过球波形U0经过比较器处理后产生的相邻脉冲包含波峰脉冲UP1和波谷脉冲UP2时，波形完整性判断模块判断波形完整。当过球波形U0相邻的波峰与波谷极值的时间差ΔT小于波峰脉宽TD1或者波谷脉宽TD2时，波形连续性判断模块判断波形连续，其中波峰脉宽TD1由过球波形U0的波峰的幅值阈值UTh1决定，波谷脉宽TD2由过球波形U0的波谷的幅值阈值UTh2决定，UTh1=(无球时U0的基准值+过球时U0的波峰统计值)/2，UTh2=(无球时U0的基准值+过球时U0的波谷统计值)/2，无球时U0的基准值为设定值，过球时U0的波峰统计值和过球时U0的波谷统计值依据实验统计获取。当过球波形U0的双方向波形的宽度具有相似性时，波形对称性判断模块判断波形对称。当波形完整性判断模块判断波形完整、波形连续性判断模块判断波形连续并且波形对称性判断模块判断波形对称时，过球判断模块判断有燃料球通过。
在本发明的一个实施例中，系统中的自诊断模块600具体包括：第一自诊断子模块、第二自诊断子模块、第三自诊断子模块以及与门电路。第一自诊断子模块用于通过检测检测线圈两端的电压来判断检测线圈是否正常工作，若检测线圈正常工作则第一自诊断子模块输出高电平的第一监测信号。第二自诊断子模块用于通过对信号处理器的电源端使用光电耦合器以监测信号处理器是否正常工作，若信号处理器正常工作则第二自诊断子模块输出高电平的第二监测信号。第三自诊断子模块用于通过在单片机上运行一个输出方波脉冲程序来监测单片机是否都正常工作，若单片机正常工作则第一自诊断子模块输出高电平的第三监测信号。与门电路用于对第一监测信号、第二监测信号和第三监测信号进行相“与”处理，输出最终的自诊断信号。
为使具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测系统具有更好的抗干扰性能，系统整体使用了全封闭式的电磁屏蔽结构，以最大限度降低辐射骚扰的影响。具体地，信号处理器400、单片机500等可以放置在铝合金制造的组焊式机箱内，其信号、电源的接入和输出也均需要通过馈通滤波器或者航空插头进行。检测线圈30和40、谐振电桥检测电路200和信号处理电路300的连接使用屏蔽电缆，其屏蔽层应该和传感器的金属外层以及信号处理电路的金属机箱保持良好的导通。电源线依次使用了压敏电阻、镍锌磁环、锰锌共模电感和电源滤波器来去除高压、高频共模、低频共模、差模性质的传导骚扰。信号线使用了镍锌磁环、锰锌共模电感来去除高频和低频的共模传导骚扰。
根据本发明实施例的具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测系统，至少具有以下优点：采用对装的半环形线圈作为外装式传感器，结构简单，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；检测方法中通过提供合理的激励信号以及对过球波形进行合理处理，可以实现良好的信噪比，进一步降低了系统增益；对检测线圈等进行了针对性的电磁兼容设计，提高了系统的抗干扰能力；增加了自诊断功能，当检测线圈的线路、信号处理器的电源或者单片机的程序出现故障时，系统会自动发出警示，从而使得故障可以被及时排除，避免出现漏记的情况，增强了过球计数结果的真实可靠性。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
在管道外侧设置过球传感器，所述过球传感器包括环绕所述管道的、分别靠近上游下游的第一检测线圈和第二检测线圈；
对所述第一检测线圈和第二检测线圈进行正弦交流激励，以使所述检测线圈和燃料球之间产生互感作用，同时通过谐振电桥检测电路从所述第一检测线圈和第二检测线圈中提取出第一电压U1和第二电压U2；
利用信号处理器对所述U1和U2进行差动放大、带通滤波、相敏检测和低通滤波，得到过球波形信号U0，将所述过球波形U0进行双阈值比较处理后转换为波峰脉冲UP1和波谷脉冲UP2；
单片机根据所述U0、UP1和UP2判断是否有燃料球经过；
监测所述检测线圈、所述信号处理器以及所述单片机是否都正常工作，得到自诊断结果；以及
当所述自诊断结果为所述检测线圈、所述信号处理器以及所述单片机都正常工作时，输出是否有燃料球经过的判断结果，反之则发出警示信息。
2.根据权利要求1所述的具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测方法，其特征在于，所述过球传感器具体包括：
金属外壳；
一对半环柱骨架，所述半环柱骨架对装于管道外侧；
第一检测线圈和第二检测线圈，所述第一检测线圈和第二检测线圈相同，各自包括一对分别绕制在一对半环柱骨架上的、彼此串联的一对半环形线圈；
航空插头或馈通滤波器，所述航空插头或馈通滤波器与所述第一检测线圈和第二检测线圈的输出端相连；以及
电磁密封垫，所述电磁密封垫将所述半环形线圈之间的缝隙填满，并与所述金属外壳保持良好接触。
3.根据权利要求1或2所述的具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测方法，其特征在于，
当无燃料球经过时，所述第一检测线圈和第二检测线圈因彼此互感作用而在所述正弦交流激励下产生同频、同相、等幅输出信号U1和U2，所述过球波形信号U0为稳恒值；
当有燃料球经过时，由于涡流作用引起线圈感抗发生变化，而所述燃料球通过所述第一检测线圈和第二检测线圈的时间不同，导致在所述正弦交流激励下U1和U2的幅值相位出现变化，所述过球波形信号U0为近似正弦交流信号。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测方法，其特征在于，根据所述U0、UP1和UP2判断是否有燃料球经过具体包括：
进行波形完整性判断：所述过球波形U0经过比较器处理后产生的相邻脉冲需包含波峰脉冲UP1和波谷脉冲UP2，说明波形完整；
进行波形连续性判断：对于过球波形U0相邻的波峰与波谷极值的时间差ΔT需小于波峰脉宽TD1或者波谷脉宽TD2，说明波形连续，其中所述波峰脉宽TD1由过球波形U0的波峰的幅值阈值UTh1决定，所述波谷脉宽TD2由过球波形U0的波谷的幅值阈值UTh2决定，UTh1=(无球时U0的基准值+过球时U0的波峰统计值)/2，UTh2=(无球时U0的基准值+过球时U0的波谷统计值)/2，所述无球时U0的基准值为设定值，所述过球时U0的波峰统计值和过球时U0的波谷统计值依据实验统计获取；
进行波形对称性判断：过球波形U0的双方向波形的宽度需具有相似性，说明波形对称；以及
进行过球判断：当波形完整、波形连续并且波形对称时，说明有燃料球通过。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测方法，其特征在于，所述监测所述检测线圈、所述信号处理器以及所述单片机是否都正常工作，得到自诊断结果具体包括：
通过检测所述检测线圈两端的电压来判断所述检测线圈是否正常工作，若所述检测线圈正常工作则输出高电平的第一监测信号；
通过对所述信号处理器的电源端使用光电耦合器以监测所述信号处理器是否正常工作，若所述信号处理器正常工作则输出高电平的第二监测信号；
通过在所述单片机上运行一个输出方波脉冲程序来监测所述单片机是否都正常工作，若所述单片机正常工作则输出高电平的第三监测信号；以及
对所述第一监测信号、第二监测信号和第三监测信号进行相“与”处理，得到最终的自诊断信号，若所述自诊断信号为高电平，说明所述检测线圈、所述信号处理器以及所述单片机都正常工作。
6.一种具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测系统，其特征在于，包括：
过球传感器，所述过球传感器设置在管道外侧，包括环绕所述管道的、分别靠近上游下游的第一检测线圈和第二检测线圈；
激励单元，所述激励单元用于产生正弦交流的激励信号，对所述第一检测线圈和第二检测线圈进行激励；
谐振电桥检测电路，用于从所述第一检测线圈和第二检测线圈分别提取输出第一电压U1和第二电压U2；
信号处理器，所述信号处理器与所述谐振电桥检测电路相连，用于对所述U1和U2进行差动放大、带通滤波和相敏检测和低频滤波，得到过球波形信号U0，所述过球波形U0进行双阈值比较处理后转换为波峰脉冲UP1和波谷脉冲UP2；
单片机，所述单片机与所述信号处理器相连，用于根据所述U0、UP1和UP2判断是否有燃料球经过；
自诊断模块，所述自诊断模块分别与所述检测线圈、所述信号处理器以及所述单片机相连并监测其是否都正常工作，得到自诊断结果；以及
输出模块，所述输出模块分别与所述单片机和自诊断模块相连，当所述自诊断结果为所述检测线圈、所述信号处理器以及所述单片机都正常工作时，所述输出模块输出是否有燃料球经过的判断结果，反之则所述输出模块发出警示信息。
7.根据权利要求6所述的具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测系统，其特征在于，所述过球传感器具体包括：
金属外壳；
一对半环柱骨架，所述半环柱骨架对装于管道外侧；
第一检测线圈和第二检测线圈，所述第一检测线圈和第二检测线圈相同，各自包括一对分别绕制在一对半环柱骨架上的、彼此串联的一对半环形线圈；
航空插头或馈通滤波器，所述航空插头或馈通滤波器与所述第一检测线圈和第二检测线圈的输出端相连；以及
电磁密封垫，所述电磁密封垫将所述半环形线圈之间的缝隙填满，并与所述金属外壳保持良好接触。
8.根据权利要求6或7所述的具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测系统，其特征在于，
当无燃料球经过时，所述第一检测线圈和第二检测线圈因彼此互感作用而在所述正弦交流激励下产生同频、同相、等幅输出信号U1和U2，所述过球波形信号U0为稳恒值；
当有燃料球经过时，由于涡流作用引起线圈感抗发生变化，而所述燃料球通过所述第一检测线圈和第二检测线圈的时间不同，导致在所述正弦交流激励下U1和U2的幅值相位出现变化，所述过球波形信号U0为近似正弦交流信号。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测装置，其特征在于，所述单片机中包括：
波形完整性判断模块，当所述过球波形U0经过比较器处理后产生的相邻脉冲包含波峰脉冲UP1和波谷脉冲UP2时，所述波形完整性判断模块判断波形完整；
波形连续性判断模块，当所述过球波形U0相邻的波峰与波谷极值的时间差ΔT小于波峰脉宽TD1或者波谷脉宽TD2时，所述波形连续性判断模块判断波形连续，其中所述波峰脉宽TD1由过球波形U0的波峰的幅值阈值UTh1决定，所述波谷脉宽TD2由过球波形U0的波谷的幅值阈值UTh2决定，UTh1=(无球时U0的基准值+过球时U0的波峰统计值)/2，UTh2=(无球时U0的基准值+过球时U0的波谷统计值)/2，所述无球时U0的基准值为设定值，所述过球时U0的波峰统计值和过球时U0的波谷统计值依据实验统计获取；
波形对称性判断模块，当所述过球波形U0的双方向波形的宽度具有相似性时，所述波形对称性判断模块判断波形对称；以及
过球判断模块，当所述波形完整性判断模块判断波形完整、所述波形连续性判断模块判断波形连续并且所述波形对称性判断模块判断波形对称时，所述过球判断模块判断有燃料球通过。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测系统，其特征在于，所述自诊断模块具体包括：
第一自诊断子模块，用于通过检测所述检测线圈两端的电压来判断所述检测线圈是否正常工作，若所述检测线圈正常工作则所述第一自诊断子模块输出高电平的第一监测信号；
第二自诊断子模块，用于通过对所述信号处理器的电源端使用光电耦合器以监测所述信号处理器是否正常工作，若所述信号处理器正常工作则所述第二自诊断子模块输出高电平的第二监测信号；
第三自诊断子模块，用于通过在所述单片机上运行一个输出方波脉冲程序来监测所述单片机是否都正常工作，若所述单片机正常工作则所述第一自诊断子模块输出高电平的第三监测信号；以及
与门电路，用于对所述第一监测信号、第二监测信号和第三监测信号进行相“与”处理，输出最终的自诊断信号。
11.根据权利要求6-10中任一项所述的具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测系统，其特征在于，所述谐振电桥检测电路中，
第一桥臂由第一电阻构成，第二桥臂由第二电阻构成，所述第一桥臂与第二桥臂的一端共同连接所述激励单元的输出端以接受所述激励信号；
第三桥臂由第一检测线圈、第一电容和电位器并联构成，第四桥臂由第二检测线圈、第二电容和第三电阻并联构成，所述第三桥臂和第四桥臂的一端共同接地，另一端分别输出所述第一电压U1和第二电压U2。
12.根据权利要求6-11中任一项所述的具有自诊断功能的高温气冷堆外装式过球检测系统，其特征在于，所述系统采用全封闭式的电磁屏蔽结构。
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