CN105427904A - 一种基于核电站松动部件定位方法 - Google Patents

Abstract

一种基于核电站松动部件定位方法，包括如下步骤：1)将监测区域划分网格，并在监测区域内建立笛卡尔坐标系；2)放置3个以上传感器于被监测区域中，连接试验设备，然后计算网格中每个交点到任两个传感器间的距离差Δd_ij；3)利用Hilbert变换求取冲击信号到各传感器间的时间差Δt_ij；4)根据步骤2)和步骤3)的结果得到一组速度c_j，判断c_j是否在群速度范围c_min和c_max内；5)筛选步骤4)内符合的结果，确定最佳接近点；6)显示定位结果。本定位方法是限定扫描点的速度范围来排除干扰点，选取最佳的扫描结果作为最终的显示结果，有利的对松动部件的定位提供了可靠的坐标。

Description

一种基于核电站松动部件定位方法

技术领域

本发明属于核设备技术领域，特别地，涉及一种基于核电站松动部件定位方法。

背景技术

核电站一回路系统作为核电站整个系统中的重要组成部分，在其内部存在大量的螺钉、螺帽等连接件，这些连接件在设计之初虽然做了相应的防松动措施，但是由于一回路中高速水流的不断冲击，有些连接件会慢慢的变得松动甚至跌落；另外在系统检测、换料、大修阶段也可能导致一些意想不到的零部件从外界进入系统。由于松动件的存在，会影响反应堆的运行稳定性和可靠性，甚至影响到整个核电站的安全。松动件的危害主要有：(1)松动件从其本体松动或脱落后，对本体的结构完整性以及安全性都会产生大的影响；(2)松动件在流体冲击下，会不停地撞击反应堆一回路主要容器壁等内部结构，最终导致这些内部结构的磨损甚至破裂；(3)松动件在某些区域会出现局部滞留，这将导致燃料元件腐蚀敏感性的增加，也有可能产生通道堵塞现象；(4)由于松动件的存在而产生的影响，很可能产生级联反应，导致大规模的事故。

准确地定位松动件有利于在停堆检修时快速找到松动件，并进行相应的修补，尽量减少维修人员暴露在核辐射下的时间，保证维修人员的安全。除此之外，还可通过松动件的位置判断其具体情况是否会对一回路造成致命损害，为电站运行人员判断是否停堆检修提供依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种松动件定位的方法，松动件定位的理论基础是赫兹碰撞理论、波传播理论和结构传递理论。赫兹碰撞理论可以确定最初碰撞波的频率，波传播理论用来估计波的传播速度，运用结构传递理论可以导出碰撞波的形状。赫兹碰撞理论给出了一个金属球和金属平板碰撞后产生的碰撞波频率，频率成分和金属球的质量以及撞击速度有关。根据赫兹碰撞理论，松动件的质量影响撞击时的碰撞接触时间，进而影响撞击产生的信号的频率成分。

一种基于核电站松动部件定位方法，包括如下步骤：

1)将监测区域划分网格，并在监测区域内建立笛卡尔坐标系；

2)放置3个以上传感器于被监测区域中，连接试验设备，然后计算网格中每个交点到任两个传感器间的距离差Δd_ij；

3)利用Hilbert变换求取冲击信号到各传感器间的时间差Δt_ij；

4)根据步骤2)和步骤3)的结果得到一组速度c_j，判断c_j是否在群速度范围c_min和c_max内；

5)筛选步骤4)内符合的结果，确定最佳接近点；

6)显示定位结果。

如上所述的方法，所述步骤5)通过计算每组速度的方差σ_Q，确定最佳接近点。

如上所述的方法，所述步骤4)不在群速度范围c_min和c_max内的结果，给其方差σ赋一个大值，进入步骤5)。

如上所述的方法，所述试验设备包括用于监测区域的钢板，钢板上设置有不少于3个传感器，各传感器连接至电荷放大器，电荷放大器经信号调理模块连接至数据采集卡。

如上所述的方法，所述数据采集卡连接至工控机。

如上所述的方法，所述钢板的四个边沿下均设置有缓冲隔离区。

如上所述的方法，所述缓冲隔离区由3块支撑钢板和3块橡胶板组成，由底层开始依次分别为支撑钢板、橡胶板、支撑钢板、橡胶板、支撑钢板、橡胶板，总厚度约9.6cm。

如上所述的方法，所述支撑钢板尺寸为20×20×1.2cm，橡胶板尺寸为20×20×2cm。

如上所述的方法，所述步骤6)的结果显示在工控机上。

本定位方法是限定扫描点的速度范围来排除干扰点，选取最佳的扫描结果作为最终的显示结果，有利的对松动部件的定位提供了可靠的坐标。

附图说明

图1是本发明定位方法流程图；

图2是本发明实施例实验设备结构示意图；

图3是本发明实施例试验设备的电路连接框架图；

图4是本发明实施例扫描定位法原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明。

参照图1至图3，一种基于核电站松动部件定位方法，包括如下步骤：

1)将监测区域划分网格，并在监测区域内建立笛卡尔坐标系；

2)放置3个以上传感器于被监测区域中，连接试验设备，然后计算网格中每个交点到任两个传感器间的距离差Δd_ij；

3)利用Hilbert变换求取冲击信号到各传感器间的时间差Δt_ij；

4)根据步骤2)和步骤3)的结果得到一组速度c_j，判断c_j是否在群速度范围c_min和c_max内；

5)筛选步骤4)内符合的结果，确定最佳接近点；

6)显示定位结果。

如上所述的方法，所述步骤5)通过计算每组速度的方差σ_Q，确定最佳接近点。

如上所述的方法，所述步骤4)不在群速度范围c_min和c_max内的结果，给其方差σ赋一个大值，进入步骤5)。

如上所述的方法，所述试验设备包括用于监测区域的钢板1，钢板1上设置有不少于3个传感器5，各传感器5连接至电荷放大器2，电荷放大器2经信号调理模块3连接至数据采集卡4。

如上所述的方法，所述数据采集卡4连接至工控机。

如上所述的方法，所述钢板的四个边沿下均设置有缓冲隔离区。

如上所述的方法，所述缓冲隔离区由3块支撑钢板和3块橡胶板组成，由底层开始依次分别为支撑钢板、橡胶板、支撑钢板、橡胶板、支撑钢板、橡胶板，总厚度约9.6cm。

如上所述的方法，所述支撑钢板尺寸为20×20×1.2cm，橡胶板尺寸为20×20×2cm。

如上所述的方法，所述步骤6)的结果显示在工控机上。

参照图4，本方案以所搭建的钢板实验平台为例对该定位方法原理进行详细说明，在钢板上划分网格并建立笛卡尔坐标系，设钢板上某任意点Q的坐标为Q(x_q,y_q)，假设松动件撞击点坐标为P(x_p,y_p)，各传感器坐标分别为(x_k,y_k)(k＝1，2，3)，则任意交点Q到传感器i(i＝1，2，3)与传感器j(j＝1，2，3，且i≠j)之间的距离差为:

$D_{(Q,i,j)}=\sqrt{{(x_q-x_i)}^2+{(y_q-y_i)}^2}-\sqrt{{(x_q-x_j)}^2+{(y_q-y_j)}^2}---(4-17)$

按照式(4-17)计算后，可得任意点Q到各传感器的距离差向量，如式(4-18)所示。

D_Q＝[D_(Q,1,2),D_(Q,1,3),D_(Q,2,3)](4-18)

设撞击点P与各传感器的距离差向量为：

D_P＝[D_(P,1,2),D_(P,1,3),D_(P,2,3)](4-19)

其中： $D_{(P,i,j)}=\sqrt{{(x_p-x_i)}^2+{(y_p-y_i)}^2}-\sqrt{{(x_p-x_j)}^2+{(y_p-y_j)}^2}.$

将D_Q和D_P向量中相对应的分量相比，可得：

$d=\frac{D_Q}{D_P}=\[\frac{D_{(q,1,2)}}{D_{(p,1,2)}},\frac{D_{(q,1,3)}}{D_{(p,1,3)}},\frac{D_{(q,2,3)}}{D_{(p,2,3)}}\]---(4-20)$

假设波传播速度为c，产生的冲击信号传播到各传感器的时间分别为T_k，则可以计算出冲击信号到达各个传感器的距离差向量，如式(4-21)所示。

D_P＝[c×t_(1,2),c×t_(1,3),c×t_(2,3)](4-21)

其中：t_(i,j)＝T_i-T_j(i,j＝1,2,3,i≠j)。

将式(4-21)代入式(4-20)得：

$d^{\′}=\frac{D_Q}{D_P}=\frac{1}{c}{v}^{\′}=\frac{1}{c}\[\frac{D_{(q,1,2)}}{t_{(1,2)}},\frac{D_{(q,1,3)}}{t_{(1,3)}},\frac{D_{(q,2,3)}}{t_{(2,3)}}\]---(4-22)$

d′的方差可由式(4-23)计算得到：

${\mathrm{\σ}}_Q=\underset{m=1}{\overset{3}{\Σ}}{\left(d_Q^{\′}\right(m)-\stackrel{\‾}{d_Q})}^2---(4-23)$

式中： $\stackrel{\‾}{d_Q}=\frac{1}{3}\underset{m=1}{\overset{3}{\Σ}}{d}_Q^{\′}\left(m\right);$ σ_Q为d′_Q的方差。

其中在时差测量中，由于误差的存在，很有可能测出时间差为0的情况，为了避免0值的出现，而给方差计算带来影响，在计算方差前，应先去除为0的时间差分量，然后计算剩余的分量的方差。

如果松动件落点与某交点相重合或者非常接近，则该组信号计算得到的方差越小，随着σ_Q的减小，d′_Q各分量的大小越相近，当σ_Q取得最小值时，此时对应的坐标点则可以认为是敲击点位置。

由式(4-9)我们注意到 $v^{\′}=\[\frac{D_{(q,1,2)}}{t_{(1,2)}},\frac{D_{(q,1,3)}}{t_{(1,3)}},\frac{D_{(q,2,3)}}{t_{(2,3)}}\]=\[{v^{\′}}_{1,2},{v^{\′}}_{1,3},{v^{\′}}_{2,3}\],$ 其中v'_1,2表示以Q点到各传感器的1、2传感器距离差除以1、2传感器的时间差所得到的名义速度。若Q点距离撞击点P较近时，v'_1,2,v'_1,3,v'_2,3应当接近波传播速度c。若Q点距离撞击点P较远时，v'_1,2,v'_1,3,v'_2,3将与波传播速度c有较大差异。因此，我们可以限定速度的范围，当v'_1,2,v'_1,3，v'_2,3超出速度限定范围时，认为Q点不在撞击点P附近，可以将σ_Q取大数。从而，我们只保留撞击点P附近的有效数据，重新计算σ_Q，这对我们寻找最小方差提供了很大的便利。

实施例1

实验选用110g、176g、227g、373g、509g、641g、877g、1400g、2500g、4000g、6000g、10000g和12500g的钢球，各钢球分别在64个位置坠落时的定位结果如表所示。

表5不同质量钢球定位实验统计结果

从表5中可以得出以下结论：

(1)110g钢球定位结果：共64组实验，其中63组误差<20cm，1组误差≥20cm；

(2)176g钢球定位结果：共64组实验，其中64组误差<20cm，0组误差≥20cm；

(3)227g钢球定位结果：共64组实验，其中64组误差<20cm，0组误差≥20cm；

(4)373g钢球定位结果：共64组实验，其中61组误差<20cm，3组误差≥20cm；

(5)509g钢球定位结果：共64组实验，其中63组误差<20cm，1组误差≥20cm；

(6)641g钢球定位结果：共64组实验，其中63组误差<20cm，0组误差≥20cm；

(7)877g钢球定位结果：共64组实验，其中64组误差<20cm，0组误差≥20cm；

(8)1400g钢球定位结果：共40组实验，其中39组误差<20cm，1组误差≥20cm；

(9)2500g钢球定位结果：共45组实验，其中43组误差<20cm，2组误差≥20cm；

(10)4000g钢球定位结果：共41组实验，其中41组误差<20cm，0组误差≥20cm；

(11)6000g钢球定位结果：共36组实验，其中36组误差<20cm，0组误差≥20cm；

(12)10000g钢球定位结果：共46组实验，其中45组误差<20cm，1组误差≥20cm；

(13)12500g钢球定位结果：共44组实验，其中42组误差<20cm，2组误差≥20cm；

所有钢球质量估计结果：共700组实验，其中688组(98.29％)误差<20cm,12组(1.71％)误差≥20cm。

由上述统计可知，仅有1.71％的实验误差≥20cm，满足精度要求。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种基于核电站松动部件定位方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)将监测区域划分网格，并在监测区域内建立笛卡尔坐标系；

2)放置3个以上传感器于被监测区域中，连接试验设备，然后计算网格中每个交点到任两个传感器间的距离差Δd_ij；

3)利用Hilbert变换求取冲击信号到各传感器间的时间差Δt_ij；

4)根据步骤2)和步骤3)的结果得到一组速度c_j，判断c_j是否在群速度范围c_min和c_max内；

5)筛选步骤4)内符合的结果，确定最佳接近点；

6)显示定位结果。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤5)通过计算每组速度的方差σ_Q，确定最佳接近点。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤4)不在群速度范围c_min和c_max内的结果，给其方差σ赋一个大值，进入步骤5)。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述试验设备包括用于监测区域的钢板，钢板上设置有不少于3个传感器，各传感器连接至电荷放大器，电荷放大器经信号调理模块连接至数据采集卡。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述数据采集卡连接至工控机。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述钢板的四个边沿下均设置有缓冲隔离区。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述缓冲隔离区由3块支撑钢板和3块橡胶板组成，由底层开始依次分别为支撑钢板、橡胶板、支撑钢板、橡胶板、支撑钢板、橡胶板，总厚度约9.6cm。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述支撑钢板尺寸为20×20×1.2cm，橡胶板尺寸为20×20×2cm。