CN105044381A - 用于核电反应堆冷却剂泵的转速信号处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开用于核电反应堆冷却剂泵的转速信号处理方法，包括以下步骤：步骤A、得到去高频信号；步骤B、得到去工频信号；步骤C、信号积分去干扰：根据去工频信号的幅值设定V积分零点和V阈值，当脉冲电压幅值V幅值超过V积分零点时，通过积分电路开始积分，得到的结果记为V积分；步骤D、过零比较：当V积分≥V阈值，将这之后V幅值的第一个过零点视为计时点ai，当V积分未达到V阈值，而出现V幅值下降为0的情况，则V积分清零；步骤D、通过计数器计算ai和ai-1之间的时间间隔，按照转速公式计算转速值，转速公式为：S＝[1/(ai-ai-1)]×60rpm。

Description

用于核电反应堆冷却剂泵的转速信号处理方法
技术领域
本发明涉及信号处理技术，具体涉及到用于核电反应堆冷却剂泵的转速信号处理方法。
背景技术
反应堆冷却剂泵是核电行业核向电转换的心脏，其转速信号代表着这颗心脏的跳动，属于重要的安全级参数，在大多数的电站设计中转速低将触发反应堆保护停堆。目前国内所有的反应堆冷却剂泵采用磁电式速度传感器测速，转速信号模式为类正弦脉冲信号，泵转一圈产生一个脉冲，因此测量脉冲信号的间隔便可得知转速。
脉冲信号的脉宽为毫秒级别且随泵的转速变化，在测量脉冲间隔时必须考虑脉冲自身的宽度，传统的过零比较方法一般采用探头位于传感器极靴正中间磁通量最大且电压为零的点作为计时点，这种方法在一定程度上提高了测量精度，但在实际的使用过程中，转速信号需通过上百米的电缆传递到转速处理装置中进行处理，信号传递的途中会引入大量的电磁干扰，单一的过零比较方法将难以适应幅值较大的干扰信号。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种用于核电反应堆冷却剂泵的转速信号处理方法，可以适应大电磁干扰环境下反应堆冷却剂泵转速信号的测量。
为解决上述缺点，本发明的技术方案如下：
用于核电反应堆冷却剂泵的转速信号处理方法，
如图1所示，包括转速传感器，转速传感器包括永磁体和设置在永磁体两端的感应器极靴，在感应器极靴上缠绕有线圈，还包括与核电反应堆冷却剂泵同步转动的探头，探头位于2个感应器极靴之间；
包括以下步骤：
步骤A、去高频信号：将线圈的原始信号引入滤波电路A，将高频信号滤除，得到去高频信号；
步骤B、去工频干扰：将去高频信号引入滤波电路B，将工频干扰信号进行滤除，得到去工频信号；
步骤C、信号积分：根据去工频信号的幅值设定V积分零点和V阈值，当脉冲电压幅值V幅值超过V积分零点时，通过积分电路开始积分，得到的结果记为V积分；
步骤D、过零比较去干扰：当V积分≥V阈值，将这之后V幅值的第一个过零点视为计时点ai，当V积分未达到V阈值，而出现V幅值下降为0的情况，则V积分清零；
步骤D、通过计数器计算ai和ai-1之间的时间间隔，按照转速公式计算转速值，转速公式为：S＝[1/(ai-ai-1)]×60rpm。
上述技术方案的原理为：转速传感器工作时，探头在主泵轴的带动下周期性的划过两个感应器极靴之间的间隙时，改变了磁路上的磁阻，引起磁路上磁通量发生变化，在线圈中形成周期性的感应电压脉冲，处理系统通过测量相邻两个电压脉冲时间间隔就可以获得主泵转速。
电压脉冲的形状接近于一个正弦波，该电压脉冲附带有高频信号和工频信号和其它干扰信号，主泵通常运转在100rpm～2000rpm的范围内，通过试验测试，在该转速内传感器产生的信号脉冲本身的宽度为毫秒级别，两个脉冲之间间隔为30ms～600ms，为保证精度，在测量两个脉冲之间时间间隔时，必须考虑脉冲自身的宽度。另外，主泵转速传感器工作在泵房内，存在较大的电磁干扰，尤其是工频干扰，上百米的信号电缆也会产生干扰，若采用传统的单一过零比较可能会导致测量的不准确。本发明采用前期信号过滤处理，然后采用积分判断和过零比较的方式来实现脉冲信号的间隔测量；在大电磁干扰环境下可以准确地测量到核电厂主泵的转速，转速低到数十转的转速本方法也可以测得，这是传统方法无法实现的。在前期信号过滤处理后，信号中还有一些干扰信号，本发明采用积分和过零比较，还可以取出干扰信号，对经过滤波的信号进行积分，感应电压幅值达到一定值后开始积分，“积分达到一定值”作为对过零点有效的一个判断准则，若积分未达到规定值，出现过零点，则积分清零后再重新积分，采用上述积分方法，其目的是，由于干扰信号在积分后无法达到阀值，因此直接判断其积分清零，这样就可以直接将干扰信号去除。
通过对转速传感器脉冲信号的频率分析发现，在转速100rpm～2000rpm范围内，单个脉冲的频率大约在70Hz～2kHz范围内，因此，设置合适的滤波器可使工频干扰和高频干扰信号有效衰减。
代表转速的脉冲信号为类正弦信号，将信号的正半周期或负半周期进行积分，即可得到一个较高的阈值，而普通的干扰信号能量很小，在干扰信号进行积分时，则无法达到一个较高的积分值，由此可以有效屏蔽掉干扰信号。
优选的，步骤C中积分的过程为：设线圈的匝数为n，在探头远离感应器极靴间隙时，线圈内的磁通量为当探头在感应器极靴间隙正中间时，磁通量为计算出线圈两端的感应电动势为E，通过对上述感应电动势的仿真计算和试验都证明了感应电压形状接近于一个正弦波。因此，在感应电压正半周期内进行积分可以得到：
优选的，所述滤波电路A为LC低通和RC低通滤波电路，使用LC低通和RC低通滤波电路对原始信号进行低通滤波处理。
优选的，所述滤波电路B为带阻滤波电路，使用带阻滤波电路将50Hz工频干扰信号进行滤除。
本发明的效果在于：设置低通波滤和50Hz带通滤波滤除干扰信号。由于转速脉冲信号自身的频率约为70Hz～2kHz，因此该手段可以有效滤除从空间耦合进信号电缆的高频干扰和50Hz工频干扰。对经过滤波的信号进行积分，感应电压幅值达到一定值后开始积分，“积分达到一定值”作为对过零点有效的一个判断准则，若积分未达到规定值，出现过零点，则积分清零后再重新积分，可以有效屏蔽掉干扰信号。在存在大电磁干扰的环境下，该方法可测量低到数十转的转速。
附图说明
图1为转速传感器等效电路图。
图2为感应器极靴中磁通量变化曲线示意图。
图3为信号积分去干扰示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1至图3所示。
用于核电反应堆冷却剂泵的转速信号处理方法，
包括转速传感器，转速传感器包括永磁体和设置在永磁体两端的感应器极靴，在感应器极靴上缠绕有线圈，还包括与核电反应堆冷却剂泵同步转动的探头，探头位于2个感应器极靴之间；
包括以下步骤：
步骤A、去高频信号：将线圈的原始信号引入滤波电路A，将高频信号滤除，得到去高频信号；
步骤B、去工频干扰：将去高频信号引入滤波电路B，将50Hz工频干扰信号进行滤除，得到去工频信号；
如图3所示，步骤C、信号积分：根据去工频信号的幅值设定V积分零点和V阈值，当脉冲电压幅值V幅值超过V积分零点时，通过积分电路开始积分，得到的结果记为V积分；
如图3所示，步骤D、过零比较去干扰：当V积分≥V阈值，将这之后V幅值的第一个过零点视为计时点ai，当V积分未达到V阈值，而出现V幅值下降为0的情况，则V积分清零；
步骤D、通过计数器计算ai和ai-1之间的时间间隔，按照转速公式计算转速值，转速公式为：S＝[1/(ai-ai-1)]×60rpm。
如图3所示，步骤C中：去工频信号包括我们所需要的脉冲信号和干扰信号，脉冲信号也即感应电压信号，根据去工频信号的幅值设定V积分零点和V阈值，当脉冲电压幅值V幅值超过V积 分零点时，通过积分电路开始积分，得到的结果记为V积分；同样的，当干扰信号幅值V幅值超过V积分零点时，通过积分电路开始积分，得到的结果也记为V积分；
如图3所示，步骤D中：当V积分≥V阈值，将这之后V幅值的第一个过零点视为计时点ai，当V积分未达到V阈值，而出现V幅值下降为0的情况，则V积分清零；由于脉冲信号为类正弦信号，将信号的正半周期或负半周期进行积分，即可得到一个较高的阈值，而干扰信号能量很小，在干扰信号进行积分时，则无法达到一个较高的积分值，通过上述过零比较，由此可以有效屏蔽掉干扰信号，ai-1为下一个脉冲信号的过零点。通过计数器计算ai和ai-1之间的时间间隔就可以计算转速。
上述技术方案的原理为：转速传感器工作时，探头在主泵轴的带动下周期性的划过两个感应器极靴之间的间隙时，改变了磁路上的磁阻，引起磁路上磁通量发生变化，在线圈中形成周期性的感应电压脉冲，处理系统通过测量相邻两个电压脉冲时间间隔就可以获得主泵转速。
电压脉冲的形状接近于一个正弦波，该电压脉冲附带有高频信号和工频信号和其它干扰信号，主泵通常运转在100rpm～2000rpm的范围内，通过试验测试，在该转速内传感器产生的信号脉冲本身的宽度为毫秒级别，两个脉冲之间间隔为30ms～600ms，为保证精度，在测量两个脉冲之间时间间隔时，必须考虑脉冲自身的宽度。另外，主泵转速传感器工作在泵房内，存在较大的电磁干扰，尤其是工频干扰，上百米的信号电缆也会产生干扰，若采用传统的单一过零比较可能会导致测量的不准确。本发明采用前期信号过滤处理，然后采用积分判断和过零比较的方式来实现脉冲信号的间隔测量；在大电磁干扰环境下可以准确地测量到核电厂主泵的转速，转速低到数十转的转速本方法也可以测得，这是传统方法无法实现的。在前期信号过滤处理后，信号中还有一些干扰信号，本发明采用积分和过零比较，还可以取出干扰信号，对经过滤波的信号进行积分，感应电压幅值达到一定值后开始积分，“积分达到一定值”作为对过零点有效的一个判断准则，若积分未达到规定值，出现过零点，则积分清零后再重新积分，采用上述积分方法，其目的是，由于干扰信号在积分后无法达到阀值，因此直接判断其积分清零，这样就可以直接将干扰信号去除。
通过对转速传感器脉冲信号的频率分析发现，在转速100rpm～2000rpm范围内，单个脉冲的频率大约在70Hz～2kHz范围内，因此，设置合适的滤波器可使工频干扰和高频干扰信号有效衰减。
代表转速的脉冲信号为类正弦信号，将信号的正半周期或负半周期进行积分，即可得到一个较高的阈值，而普通的干扰信号能量很小，在干扰信号进行积分时，则无法达到一个较高的积分值，由此可以有效屏蔽掉干扰信号。
优选的，步骤C中积分的过程为：设线圈的匝数为n，在探头远离感应器极靴间隙时，线圈内的磁通量为当探头在感应器极靴间隙正中间时，磁通量为如图2所示，计算出线圈两端的感应电动势为E，通过对上述感应电动势的仿真计算和试验都证明了感应电压形状接近于一个正弦波。因此，在感应电压正半周期内进行积分可以得到：
优选的，所述滤波电路A为LC低通和RC低通滤波电路，使用LC低通和RC低通滤波电路对原始信号进行低通滤波处理。
优选的，所述滤波电路B为带阻滤波电路，使用带阻滤波电路将50Hz工频干扰信号进行滤除。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.用于核电反应堆冷却剂泵的转速信号处理方法，其特征在于：
包括转速传感器，转速传感器包括永磁体和设置在永磁体两端的感应器极靴，在感应器极靴上缠绕有线圈，还包括与核电反应堆冷却剂泵同步转动的探头，探头位于2个感应器极靴之间；
包括以下步骤：
步骤A、去高频信号：将线圈的原始信号引入滤波电路A，将高频信号滤除，得到去高频信号；
步骤B、去工频干扰：将去高频信号引入滤波电路B，将工频干扰信号进行滤除，得到去工频信号；
步骤C、信号积分：根据去工频信号的幅值设定V积分零点和V阈值，当脉冲电压幅值V幅值超过V积分零点时，通过积分电路开始积分，得到的结果记为V积分；
步骤D、过零比较去干扰：当V积分≥V阈值，将这之后V幅值的第一个过零点视为计时点ai，当V积分未达到V阈值，而出现V幅值下降为0的情况，则V积分清零；
步骤D、通过计数器计算ai和ai-1之间的时间间隔，按照转速公式计算转速值，转速公式为：S＝[1/(ai-ai-1)]×60rpm。
2.根据权利要求1所述的用于核电反应堆冷却剂泵的转速信号处理方法，其特征在于：步骤C中积分的过程为：设线圈的匝数为n，在探头远离2个感应器极靴间隙时，线圈内的磁通量为当探头在2个感应器极靴间隙正中间时，磁通量为计算出线圈两端的感应电动势为E，在感应电压正半周期内进行积分可以得到：
3.根据权利要求1所述的用于核电反应堆冷却剂泵的转速信号处理方法，其特征在于：所述滤波电路A为LC低通和RC低通滤波电路，使用LC低通和RC低通滤波电路对原始信号进行低通滤波处理。
4.根据权利要求1所述的用于核电反应堆冷却剂泵的转速信号处理方法，其特征在于：所述滤波电路B为带阻滤波电路，使用带阻滤波电路将50Hz工频干扰信号进行滤除。
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