CN104215809A

CN104215809A - 一种数字反应性仪功率测量量程切换方法

Info

Publication number: CN104215809A
Application number: CN201410492772.1A
Authority: CN
Inventors: 朱宏亮; 熊彦; 李昆; 吕渝川; 包超
Original assignee: Nuclear Power Institute of China
Current assignee: Nuclear Power Institute of China
Priority date: 2014-09-24
Filing date: 2014-09-24
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2034-09-24
Also published as: CN104215809B

Abstract

本发明公开了一种数字反应性仪功率测量量程切换方法，所述方法包括：对所述数字反应性仪进行功率测量，并判断测量值是否超出当前测量量程，若超出则自动切换量程，若没有超出则不进行处理，解决了现有的反应性仪功率测量量程切换方法存在测量精度低、测量成本和难度高、测量时间长效率低的技术问题，实现了自动完成数字反应性仪功率测量量程的切换，且实现了保障了测量的精度，降低了测量的成本和难度，降低了测量的时间，提高了测量的效率的技术效果。

Description

一种数字反应性仪功率测量量程切换方法

技术领域

本发明涉及反应堆核数据测量领域，尤其涉及一种数字反应性仪功率测量量程切换方法。

背景技术

随着科技的发展和进步，核动力成为日益重要的能源。其中，对核反应中的数据测量成为关注的热点。其中，在利用数字反应性仪测量反应堆功率时，由于测量方法的关系，有时需要进行量程的切换。

目前，反应性仪功率测量量程切换采用手动切换方法且切换过程中存在数据跳变，引起反应性测量出现大幅波动，从而影响反应性测量过程连续性和测量精度。

在现有技术中，原有反应性仪在使用前，必须由用户预先设置好本次测量试验所需的合适的测量量程档位。如果档位设置不合理，则在试验过程中一旦出现信号超量程的情况，则必须人工施加干预，手动切换量程档，否则反应性测量无法正常进行。

在现有技术中，原有反应性仪功率测量量程手动切换会引发反应性正常测量过程的中断，设备必须重复试验流程并重新跟踪反应性，反应性跟踪需要耗费一定的时间，因此手动切换方法存在测量响应时间被人为延长的缺陷，同时在一定程度上也会对整个试验带来成本和测量精度的损失。

在现有技术中，原有反应性仪由于不具备自动切换量程功能，因此为尽量避免在试验过程中手动换挡而带来上述的负面效应，设备对其使用者提出了较高要求，即：需要由经验丰富的用户事预先设置好本次试验所需的合理的测量量程档位。这样一来，对于那些经验不足的用户则可能由于使用不当，对测量试验带来成本和精度的损失。从这个意义上讲，手动切换量程对设备使用造成了极大不便。

在现有技术中，在切换期间的数据跳变和反应性重新跟踪过程都会给人机界面上的反应性测量曲线显示带来较大的波动干扰，影响对整个反应性测量趋势的观察。

综上所述，本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

在现有技术中，由于反应性仪在测量的过程中需要进行手动切换量程，需要预先设置好本次的测量量程，而进行手动进行切换将会中断正常的测量，影响测量时间和精度，预先设置量程需要对使用者提出较高的要求，并且切换过程会带来干扰，影响对整个反应性测量趋势的观察，所以，现有的反应性仪功率测量量程切换方法存在测量精度低、测量成本和难度高、测量时间长效率低的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种数字反应性仪功率测量量程切换方法，解决了现有的反应性仪功率测量量程切换方法存在测量精度低、测量成本和难度高、测量时间长效率低的技术问题，实现了自动完成数字反应性仪功率测量量程的切换，且保障了测量的精度，降低了测量的成本和难度，降低了测量的时间，提高了测量的效率的技术效果。

如采用程控切换，利用微处理器不断检查放大结果的趋势，当信号需要切换到更大或较小的量程时，进行自动的切换。但切换过程中由于硬件通道的变化导致测量数据在切换点附近不连续，通过判断信号趋势的方法合理的补充这一段数据才使得程控量程切换方法具有实际的应用价值。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种数字反应性仪功率测量量程切换方法，所述方法包括：

所述数字反应性仪进行功率测量，并判断测量值是否超出当前测量量程，若超出则自动切换量程，若没有超出则不进行处理。

进一步的，在步骤对所述数字反应性仪进行功率测量，并判断测量值是否超出当前测量量程，若超出则自动切换量程，若没有超出则不进行处理，然后，将测量获得的数据统一归一化在同一坐标轴上进行显示。

进一步的，所述自动切换量程具体包括：

首先，在反应性计算的同时在线测量反应堆的周期，获得并存储周期值；

然后，基于量程切换前存储的周期值，利用周期补数法进行切换量程处测量数据的补点处理。

进一步的，所述在线测量反应堆的周期，获得周期值具体包括：

首先，将采集到的电流信号进行数字滤波处理；

然后，利用最小二乘拟合对滤波处理后的数据进行处理，利用倒时公式，获得所述周期值。

进一步的，所述将采集到的电流信号进行数字滤波处理具体包括：

首先，对数字滤波的参数进行优化；

然后，对采集到的电流信号进行优化后的数字滤波处理。

进一步的，所述基于所述周期值，利用周期补数法进行切换量程处理具体为：利用公式（1）对切换量程期间反应堆的数据进行处理来替换跳变数据，其中，P₁为补数前的功率，P₂为补数后的功率，t₁为补数前的时刻，t₂为补数后的时刻，T为周期值。

进一步的，所述方法还设置了第一寄存器和第二寄存器，其中，所述第一寄存器用于保存实时量程信息，所述第二寄存器用于保存实时功率。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

首先利用周期补点法与程控量程自动切换的硬件电路相配合，使不同放大倍数的线性放大电路可以通过通道自动切换和衔接实现大范围信号的放大，并且采用了对所述数字反应性仪进行功率测量，并判断测量值是否超出当前测量量程，若超出则自动切换量程，若没有超出则不进行处理的技术方案，即首先采用在线测量反应堆的周期，获得周期值，然后基于所述周期值，利用周期补数法进行切换量程处理，实现了自动切换量程，利用周期补数法解决了切换过程中的数据跳变和浮动的技术手段，并对测量后的数据进行了归一化处理，所以，有效解决了现有的反应性仪功率测量量程切换方法存在测量精度低、测量成本和难度高、测量时间长效率低的技术问题，进而实现了自动快速完成数字反应性仪功率测量量程的切换，且实现了保障了测量的精度，降低了测量的成本和难度，降低了测量的时间，提高了测量的效率的技术效果；

进一步的，由于采用了周期补数法对切换量程的数据处理，所以克服了换挡期间的数据跳变，因此设备不会出现测量和显示的波动，实现了无扰切换量程的技术效果；

进一步的，由于自动实现量程切换，不需要预先设定量程，所以无需人工干预，实现了操作简便的技术效果，并且由于量程切换时间很短，可实现反应性在换挡前后的快速跟踪，同时不会损失测量精度的技术效果。

附图说明

图1是本申请实施例一中数字反应性仪功率测量量程切换方法的流程示意图；

图2是本申请实施例一中数字反应性仪功率测量量程切换方法应用于软件中的流程示意图。

具体实施方式

本申请实施中的技术方案为解决上述技术问题。总体思路如下：

首先利用周期补点法与程控量程自动切换的硬件电路相配合，使不同放大倍数的线性放大电路可以通过通道自动切换和衔接实现大范围信号的放大，并且采用了对所述数字反应性仪进行功率测量，并判断测量值是否超出当前测量量程，若超出则自动切换量程，若没有超出则不进行处理的技术方案，即首先采用在线测量反应堆的周期，获得周期值，然后基于所述周期值，利用周期补数法进行切换量程处理，实现了自动切换量程，利用周期补数法解决了切换过程中的数据跳变和浮动的技术手段，并对测量后的数据进行了归一化处理，所以，有效解决了现有的反应性仪功率测量量程切换方法存在测量精度低、测量成本和难度高、测量时间长效率低的技术问题，进而实现了自动快速完成数字反应性仪功率测量量程的切换，且实现了保障了测量的精度，降低了测量的成本和难度，降低了测量的时间，提高了测量的效率的技术效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一：

在实施例一中，提供了一种数字反应性仪功率测量量程切换方法，请参考图1-图2，所述方法包括：

对所述数字反应性仪进行功率测量，并判断测量值是否超出当前测量量程，若超出则自动切换量程，若没有超出则不进行处理。

其中，在实际应用中，所述判断测量值是否超出当前测量量程，具体为：超过本量程范围的90%至低于本量程范围1%。

其中，在本申请实施例中，在步骤对所述数字反应性仪进行功率测量，并判断测量值是否超出当前测量量程，若超出则自动切换量程，若没有超出则不进行处理，然后，将测量获得的数据统一归一化在同一坐标轴上进行显示。

在实际应用中，在实际测量时，会有不同的测量数据，不同量程档位的数据不能进入同一个反应性计算模块实现计算，否则计算结果出错。这就需要将数据进行归一化处理，即是将不同量程档位的数据统一在一个量程档范围内，以便实现正确计算。反应性仪信号处理器将信号调理器输出的量程码解析后与测量值相乘，将所有的小电流信号归一化到1A的电流范围，得到归一化电流结果，该结果等效为功率值。由于相乘后的结果过小，都是毫安级以上，如果直接参与反应性计算，则浮点有可能由于溢出导致计算出错，因此将该相乘结果统一扩大10⁶倍，由于反应性是微分输出，则输入的线性增大，不会影响结果的输出，因此该方法有效提高了计算精度。

其中，在本申请实施例中，所述自动切换量程具体包括：

在线测量反应堆的周期，获得周期值；

基于所述周期值，利用周期补数法进行切换量程过程数据处理。

其中，在本申请实施例中，所述在线测量反应堆的周期，获得周期值具体包括：

将采集到的电流信号进行数字滤波处理；

利用最小二乘拟合对滤波处理后的数据进行处理，获得所述周期值。

其中，在本申请实施例中，对采集电流取自然对数，利用最小二乘法拟合采集电流自然对数关于采集时间的曲线，该曲线斜率的倒数，是所述周期值。

其中，在本申请实施例中，所述将采集到的电流信号进行数字滤波处理具体包括：

对数字滤波的参数进行优化；

对采集到的电流信号进行优化后的数字滤波处理。

在实际应用中，反应堆的周期是指反应堆功率变化e倍的时间。当电流值≤0.5×10^-10A时，不计算周期；当电流值＞0.5×10^-10A时，且采样值的个数达到一定数量后计算周期。周期计算方法如下：

首先，对数据采集得到的电流信号，应用递推平均滤波法和一阶滞后滤波法进行数字滤波。对滤波方法的参数进行优化（滤波参数的优化标准为在不明显降低信号响应的前提下，提高电流测量稳定性为标准，由于电流信号在较小的情况下（10^-10A至10^-8A）信号的波动较大，在此范围内采用较大的滤波参数；在较大信号情况下（＞1×10^-8A），选取较小的滤波参数），以求达到最佳的滤波效果。然后，以最小二乘拟合法计算出周期。

其中，递推平均滤波公式如下：

(2)

其中，N_i为计算后的每个时间间隔的计数值，m_i为每个时间间隔采集得到的计数值，N为参与计算的个数，即影响这一计算步骤的递推平均滤波常数N。

其中，一阶滞后滤波算法公式如下：

（3）

其中，Y_f(i)为第i点的滤波后数值，Y(i)为第i点的滤波前数值，Y_f (i-1) 为第i-1点的滤波后数值，K为滤波系数（0≤K＜1）。

其中，最小二乘法周期计算公式如下：

(4)

其中：T为计算得到的周期值，t_i=Δt*i是采样时间间隔Δt与参与计算的数组中的相对位置i的乘积，Δt为采样时间间隔，y_i =ln（A_i）是电流的自然对数值，A_i为第i次电流的值，M为用于周期计算的取样值个数，即影响这一计算步骤的参与曲线拟合的数据个数，i为计算的计数值在数组中的相对位置。

其中，在本申请实施例中，所述基于所述周期值，利用周期补数法进行切换量程处理具体为：利用公式（1）对切换量程期间反应堆的数据进行处理来替换跳变数据，其中，P₁为补数前的功率，P₂为补数后的功率，t₁为补数前的时刻，t₂为补数后的时刻，T为周期值。

在实际应用中，通过USB串口通讯，反应性仪的数据处理器采集来自信号调理器输出的功率和量程档位等信号，然后以软件方式实现换挡期间的数据处理。

周期补数法的原理是依据功率测量量程档切换时间很短，大多为毫秒级，在此期间核电厂堆功率和反应性不可能有剧烈变化，因此可以假设换挡期间的反应堆周期恒定，然后应用经典的指数公式对换挡期间的堆功率进行推算以替补跳变数据。

其中，在本申请实施例中，所述方法还设置了第一寄存器和第二寄存器，其中，所述第一寄存器用于保存实时量程信息，所述第二寄存器用于保存实时中子注量率。

在实际应用中，设置一个寄存器，实时保存量程档位信息，并在每一个计算周期将当前量程档位信息与保存在寄存器中的信息（寄存器中保存的是上一计算周期的量程档位信息）比较。如果相同，代表量程没有切换，则不作处理；否则，代表量程发生切换，则激活周期补数功能。

设置另一个寄存器，实时保存测量功率值。当量程发生切换，则当前测量功率值必定跳变，此时程序停止刷新寄存器，当补数完成，程序重新启动对寄存器的刷新。这样可确保寄存器保存的是有效的中子注量率，而非跳变数据。

在实际应用中，周期法补数法是根据在线测量的周期值、量程切换前没有发生跳变的有效功率数据和补数个数来完成整个切换期间的数据处理。

周期补数法的具体实现过程为：以接收到量程切换指令为初始时刻t₀，记录此时的电流值A₀（或等效功率值P₀）和周期值T，应用公式（1），计算之后N个时间间隔（Δt）的对应的电流值，这N个电路值为补数的结果。

其中，在线测量的周期值可根据上述的算法计算出，有效的功率值保存在寄存器中，补数的个数则不仅跟切换的档位有关，还跟切换的顺序有关（如：低切高或高切低）。

其中，补数的确定方法为：由于每个量程硬件电路的时间参数是不同的，该时间参数主要由电路的阻抗决定，所以量程间切换的不稳定数据的个数是不同的，工程上采用试验的方法确定不稳定时间t，方法是通过数字示波器记录量程切换过程的输出电压波形，读取波形中的不稳定时间参数t，用t除以采样时间间隔Δt，得到补点个数N。

在实际应用中，请参考图2，本申请实施例的方法可应用在软件中进行，首先开始进行测量程序，然后量程码寄存器赋初值，然后采集量程码和功率测量值，然后判断程序是否初始化，若是则进行反应性计算；若否则判断当前量程码是否等于量程码寄存器输出，若是则进行反应性计算，若否则利用周期法进行补数；然后进行反应性计算，最后程序结束。

补数的功能和作用：功率量程的功率测量要求是连续的，由于功率测量的测量范围较宽一般有8至9个量级的数据范围，采用线性放大电路在不进行量程切换的情况下无法实现如此大范围的放大，所以一般硬件电路采用设置多个放大通道，每个放大通道设置不同的放大倍数，如第1个量程放大10倍，第2个量程放大100倍，以此递推。那么在量程切换过程中就会产生测量的功率值不连续的情况，手动切换存在诸多的问题，如果采用程控的自动切换，那么在切换过程中存在数据断档的问题，本发明是一种解决程控自动切换过程中的补点方法。

原始数据到最终数据的处理流程：来自探测器的电流信号经过放大硬件电路放大成电压，硬件放大电路假设有A、B、C三个量程，分别将电流放大10倍、100倍、1000倍，分别将10^-1A～1A，10^-2A～10^-1A，10^-3A～10^-2A，放大到1V～10V的电压。

采集开始输入10^-3A～1A的递增的电流，那么在10^-1A和10^-2A点附近就会出现量程C至B，量程B至C的量程切换，切换过程中放大倍数变化，会产生一段无法衔接的数据，这个数据的补充就是通过在10^-1A点之前一段的量程切换动作前计算的周期值，以量程切换动作的时刻的功率值为参数计算一些列的数据，补充到切换过程缺少的数据。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

进一步的，由于采用了周期补数法对切换量程的数据处理，所以客服了换挡期间的数据跳变，因此设备不会出现测量和显示的波动，实现了无扰切换量程的技术效果；

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种数字反应性仪功率测量量程切换方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤对所述数字反应性仪进行功率测量，并判断测量值是否超出当前测量量程，若超出则自动切换量程，若没有超出则不进行处理，然后，将测量获得的数据统一归一化在同一坐标轴上进行显示。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述自动切换量程具体包括：

在反应性计算的同时在线测量反应堆的周期，获得并存储周期值；

基于量程切换前存储的所述周期值，利用周期补数法进行切换量程处测量数据的补点处理。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在线测量反应堆的周期，获得周期值具体包括：

将采集到的电流信号进行数字滤波处理；

利用最小二乘拟合对滤波处理后的数据进行处理，利用倒时公式，获得所述周期值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将采集到的电流信号进行数字滤波处理具体包括：

对数字滤波的参数进行优化；

对采集到的电流信号进行优化后的数字滤波处理。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述周期值，利用周期补数法进行切换量程处理具体为：利用公式（1）对切换量程期间反应堆的数据进行处理来替换跳变数据，其中，P₁为补数前的功率，P₂为补数后的功率，t₁为补数前的时刻，t₂为补数后的时刻，T为周期值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还设置了第一寄存器和第二寄存器，其中，所述第一寄存器用于保存实时量程信息，所述第二寄存器用于保存实时功率值。