CN107134302B - 一种放射性工况下的激光去污装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种放射性工况下的激光去污装置，所述激光去污装置包括壳体、设置于所述壳体内的清洗激光输出模块、设置在壳体上的抗辐射窗口及嵌置在所述抗辐射窗口中的抗辐射玻璃，所述清洗激光输出模块发射的清洗激光穿过所述抗辐射玻璃，进而到达待去污物体表面，所述抗辐射玻璃的外侧壁与抗辐射窗口上用于嵌置抗辐射玻璃的内侧壁完全接触，所述抗辐射窗口的内侧壁由导热金属材料制成。本发明的激光去污装置在增加换热面积的前提下进一步利用降温工具进行主动降温，另一方面，通过增大抗辐射玻璃的透光率，降低抗辐射窗口吸收的热量。

Description

一种放射性工况下的激光去污装置

技术领域

本发明涉及激光去污领域，尤其涉及一种放射性工况下的激光去污装置。

背景技术

核电站在运行过程中，结构材料的腐蚀产物和一回路冷却剂受中子活化形成放射性物质，传送、分配、沉积在系统的管道、阀门和水泵的表面。随着核电站服役时间的增长，这些放射性物质积累日益增多，导致系统辐射场增强，工作人员受辐照剂量增加。因此，需要定期或不定期进行放射性去污，保障电站安全运行，并降低运行人员集体辐射剂量。随着国内核电站大规模建设及运行，亟需进行放射性去污的部件将越来越多。

在有核辐射的条件下进行激光去污时所有对外接口都会有抗辐射窗口来对装备内部器件进行防护，抗辐射窗口必须满足抗辐射指标要求。激光去污用输出激光尤其是高功率去污激光在长时间工作时需要透过抗辐射窗口工作，由于传统激光输出窗口针对工作激光波长的透过率高达99.9％以上，在进行设计时基本上不考虑加工激光对输出窗口的热影响。本项目去污装备中高功率去污激光需要透过抗辐射窗口对工作对象进行去污，传统抗辐射窗口将吸收大量激光透过产生的热量，如果不能快速有效的对抗辐射窗口进行散热，将对整个装备使用产生严重影响，并危及装备的安全。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种放射性工况下的激光去污装置，在增加换热面积的前提下进一步利用降温工具进行主动降温，另一方面，通过增大抗辐射玻璃的透光率，降低抗辐射窗口吸收的热量。本发明的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种放射性工况下的激光去污装置，包括壳体、设置于所述壳体内的清洗激光输出模块、设置在壳体上的抗辐射窗口及嵌置在所述抗辐射窗口中的抗辐射玻璃，所述清洗激光输出模块发射的清洗激光穿过所述抗辐射玻璃，进而到达待去污物体表面，所述抗辐射玻璃的外侧壁与抗辐射窗口上用于嵌置抗辐射玻璃的内侧壁完全接触，所述抗辐射窗口的内侧壁由导热金属材料制成。

进一步地，所述装置还包括降温单元，所述降温单元用于对所述抗辐射玻璃进行降温。

进一步地，所述抗辐射玻璃上设置有增透膜。

进一步地，所述增透膜的设置方法包括：

S1、将抗辐射玻璃放入密闭装置内，并对所述密闭装置进行抽真空操作；

S2、对所述抗辐射玻璃进行预热；

S3、通过等离子化学气相沉积法在玻璃表面形成等离子氦气喷涂膜层；

S4、在所述氦气喷涂膜层外交替喷涂至少两层五氧化三钛层和两层氧化钛硅层；

S5、在最外层喷涂连三甲苯保护层；

S6、烧结，以完成抗辐射玻璃正反面上增透膜的设置。

进一步地，所述装置还包括温度传感器与控制器，所述温度传感器用于采集所述抗辐射玻璃的实时温度，所述温度传感器与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与所述降温单元连接。

进一步地，所述控制器根据温度传感器的检测结果，控制降温单元的工作模式，包括：若检测结果低于第一温度阈值，则关闭降温单元；若检测结果高于第二温度阈值，则开启降温单元。

进一步地，控制器控制降温单元的工作模式还包括：若开启降温单元后，检测结果为温度升高，则增大所述降温单元的工作功率。

进一步地，所述清洗激光输出模块为蓝光激光发射器。

进一步地，所述装置上固定设置有在线校正辅助单元，所述在线校正辅助单元包括第二壳体、测量激光输出模块、功率调节模块、窄带滤波模块、探测信号收集靶面及信号提取处理模块，所述第二壳体上嵌置有第二抗辐射玻璃，所述测量激光输出模块发射的测量激光穿过所述第二抗辐射玻璃，并在待去污物体表面反射后穿过所述第二抗辐射玻璃，经窄带滤波模块过滤，并收集于所述探测信号收集靶面，所述信号提取处理模块提取探测信号收集靶面的接收功率信号并做信号处理，并将处理结果转发给功率调节模块，所述功率调节模块根据所述接收功率信号的处理结果对所述测量激光输出模块进行功率增益调节。

另一方面，本发明提供了一种在玻璃表面制备增透膜的方法，包括：

S1、将抗辐射玻璃放入密闭装置内，并对所述密闭装置进行抽真空操作；

S2、对所述抗辐射玻璃进行预热；

S3、通过等离子化学气相沉积法在玻璃表面形成等离子氦气喷涂膜层；

S4、在所述氦气喷涂膜层外交替喷涂至少两层五氧化三钛层和两层氧化钛硅层；

S5、在最外层喷涂连三甲苯保护层；

S6、烧结，以完成抗辐射玻璃正反面上增透膜的设置。

本发明具有下列优点：

a.抗辐射玻璃的外侧壁与抗辐射窗口上用于嵌置抗辐射玻璃的内侧壁完全接触，增大了换热面积；

b.利用降温工具对抗辐射玻璃进行主动降温，并利用控制器闭环精准控制；

c.在抗辐射玻璃表面制备增透膜，通过增大透光率以降低抗辐射窗口吸收的热量。

附图说明

图1是现有技术中激光去污装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的激光去污装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的激光去污装置的抗辐射玻璃的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的激光去污装置的降温单元的闭环控制示意图；

图5是本发明实施例提供的具有在线校正辅助单元的激光去污装置的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的在抗辐射玻璃上制备增透膜的方法流程图。

其中，附图标记为：1-壳体，2-清洗激光输出模块，3-抗辐射玻璃，31-玻璃本体，32-第一增透膜，33-第二增透膜，4-待去污物体表面，5-第二壳体，51-第二抗辐射玻璃，6-测量激光输出模块，7-功率调节模块，8-探测信号收集靶面，9-信号提取处理模块，10-窄带滤波模块。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例进一步说明本发明的技术方案。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供的放射性工况下的激光去污装置，可以灵活安装在现有的激光去污设备上，为激光去污设备提供精准的测距信息，改善激光去污设备的去污效果，安装灵活，具有较大的市场前景。

实施例1

现有技术中，激光去污装置中采用抗辐射窗口进行辐射的防护，但是抗辐射窗口中嵌置的抗辐射玻璃是与窗口线接触，参见图1，导致抗辐射玻璃与窗口的换热面积过小，抗辐射玻璃的热量向窗口散发效率过低。在本发明的一个实施例中，提供了一种放射性工况下的激光去污装置，参见图2所示，所述装置包括壳体1、设置于所述壳体1内的清洗激光输出模块2、设置在壳体1上的抗辐射窗口及嵌置在所述抗辐射窗口中的抗辐射玻璃3，所述清洗激光输出模块2发射的清洗激光穿过所述抗辐射玻璃3，进而到达待去污物体表面4，所述抗辐射玻璃3的外侧壁与抗辐射窗口上用于嵌置抗辐射玻璃3的内侧壁完全接触，所述抗辐射窗口的内侧壁由导热金属材料制成，通过增大抗辐射玻璃3与抗辐射窗口的换热面积，提高散热效率。

为了进一步提高散热效率，所述装置还包括降温单元，所述降温单元用于对所述抗辐射玻璃3进行降温，可实现地，将所述激光去污装置放置在流道高效散热系统中，比如用电制冷的方式进行风冷制冷。

在本发明的优选实施例中，所述装置还包括温度传感器与控制器，所述温度传感器用于采集所述抗辐射玻璃3的实时温度，所述温度传感器与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与所述降温单元连接，如图4所示，所述控制器根据温度传感器的检测结果，以闭环方式控制降温单元的工作模式，包括：若检测结果低于第一温度阈值，则关闭降温单元；若检测结果高于第二温度阈值，则开启降温单元，进一步还包括：若开启降温单元后，检测结果为温度升高，则增大所述降温单元的工作功率。

实施例2

在本发明的一个实施例中，所述抗辐射玻璃3上设置有增透膜，参见图3，所述抗辐射玻璃3包括玻璃本体31及设置在玻璃本体31两侧的第一增透膜32和第二增透膜33，优选地，所述增透膜的设置方法如图6所示，包括以下流程：

S1、将抗辐射玻璃放入密闭装置内，并对所述密闭装置进行抽真空操作；

S2、对所述抗辐射玻璃进行预热；

S3、通过等离子化学气相沉积法在玻璃表面形成等离子氦气喷涂膜层；

S4、在所述氦气喷涂膜层外交替喷涂至少两层五氧化三钛层和两层氧化钛硅层；

S5、在最外层喷涂连三甲苯保护层；

S6、烧结，以完成抗辐射玻璃正反面上增透膜的设置。

实施例3

在实施例1和/或实施例2的基础上，本发明实施例中的激光去污装置上还固定设置有在线校正辅助单元，参见图5，所述在线校正辅助单元包括第二壳体5、测量激光输出模块6、功率调节模块7、探测信号收集靶面8及信号提取处理模块9，所述第二壳体5上嵌置有第二抗辐射玻璃51，所述测量激光输出模块6发射的测量激光穿过所述第二抗辐射玻璃51，并在待去污物体表面4反射后穿过所述第二抗辐射玻璃51，并收集于所述探测信号收集靶面8，所述信号提取处理模块9提取探测信号收集靶面8的接收功率信号并做信号处理，并将处理结果转发给功率调节模块7，所述功率调节模块7根据所述接收功率信号的处理结果对所述测量激光输出模块6进行功率增益调节。

优选地，第二抗辐射玻璃51必须满足抗辐射指标要求，所述第二抗辐射玻璃51由含铅玻璃制成或其他抗辐射透光材料制成，本实施例中的测量激光输出模块6发出的激光需要往返于抗辐射窗口且在强光学背景下工作。

所述功率调节模块7实现功率自增益，具体如下：所述功率调节模块7的输入端与信号提取处理模块9的输出端连接，输出端与所述测量激光输出模块6连接，所述信号提取处理模块9的输入端与探测信号收集靶面8连接，光线的传播路径为：测量激光输出模块6发射测距激光，所述测距激光从壳体1内通过第二抗辐射玻璃51穿出，到达反射表面被反射，逆向穿过所述第二抗辐射玻璃51而进入所述第二壳体5，最终被探测信号收集靶面8吸收，所述信号提取处理模块9提取探测信号收集靶面8的接收功率信号并做信号处理，并将处理结果转发给功率调节模块7，所述功率调节模块7根据所述接收功率信号的处理结果对所述测量激光输出模块6进行功率增益调节，具体调节方法包括：将所述接收功率与理想接收功率值进行比较，得到功率亏损差值，根据所述功率亏损进行相应的功率增益调节，使探测信号收集靶面8的接收功率信号保持在一个稳定状态。

装备在清洗过程中被检测表面会有很多光干扰，包括清洗用激光、激光与材料作用时的反射杂散光等，而且这些背景光的功率远高于探测用激光功率。针对这种强背景下提取弱信号的要求，需要引入差异化波长管理技术才能完成信号的准确提取。在本发明的一个优选实施例中，采用波长选通技术，具体为：所述在线校正辅助单元还包括窄带滤波模块10，所述窄带滤波模块10设置在所述探测信号收集靶面8与第二抗辐射玻璃51之间，并且，所述窄带滤波模块10的中心波长与所述测量激光输出模块6的清洗激光波长相等，使得可以最大程度通过清洗激光而阻止其他波长的光线通过，有效屏蔽了背景光干扰。

另一方面，针对强背景光干扰下提取信号的要求，激光清洗去污激光波长绝大部分为1064nm波段，采用蓝光激光测距避开波长干扰，即清洗激光输出模块2为蓝光激光发射器；所述信号提取处理模块9设置有软件数字滤波器，所述软件数字滤波器为针对蓝光波段设置的窄带带通滤波器，进一步实现在强背景下提取弱信号。

进一步地，所述清洗激光发射器发射的清洗激光打在待去污物体表面4的区域与所述测量激光输出模块6发射的测距激光打在待去污物体表面4的区域重合。

实际应用中，需要控制的是清洗激光发射器到激光去污表面的距离，激光去污过程中，清洗激光具有一个最优发射距离，即当清洗激光发射器到激光去污表面的距离满足所述最优发射距离时，相应具有最优去污效果，当实际距离小于所述最优发射距离时，激光的大部分能量消耗在去污表面的反射导致在去污表面保留较少的能量，达不到清洗去污的最优效果；当实际距离大于所述最优发射距离时，激光的能量主要消耗在从发射器发射到所述去污表面之间的行程中，而到达去污表面时清洗激光的剩余能量不足以达不到清洗去污的最优效果，因此，清洗激光发射器的焦距对准对于激光清洗的效果有着至关重要的作用，而该清洗激光发射器的焦距距离通过清洗激光发射器与在线校正辅助单元固定连接，转化为通过控制在线校正辅助单元到激光去污点的距离来控制清洗激光发射器到激光去污表面的距离。

同时，本发明的实施例提供了一种利用上述的固定有在线校正辅助单元的激光去污装置的激光去污方法，包括：

在线校正辅助单元在功率调节模块对测量激光输出模块进行持续功率调节的状态下进行激光测距；

根据目标距离和激光测距结果，对在线校正辅助单元进行上下位置校正，直至所述激光测距结果与目标距离一致；

打开所述清洗激光发射器进行激光去污。

其中，所示目标距离即当所述校正辅助装置的测距结果满足目标距离时，对应地，所述清洗激光达到上述最优发射距离，继而达到最优去污效果。

执行上述三个步骤，即完成一个去污点的清洗，按照规划的路径轨迹，移动所述激光去污装置，并重复执行上述三个步骤，则清洗规划预设的理论轨迹上的下一个去污点。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种放射性工况下的激光去污装置，其特征在于，包括壳体(1)、设置于所述壳体(1)内的清洗激光输出模块(2)、设置在壳体(1)上的抗辐射窗口及嵌置在所述抗辐射窗口中的抗辐射玻璃(3)，所述抗辐射玻璃(3)上设置有增透膜，所述增透膜包括氦气喷涂膜层和连三甲苯保护层，以及交替设置在所述氦气喷涂膜层和所述连三甲苯保护层之间的至少两层五氧化三钛层和两层氧化钛硅层，所述氦气喷涂膜层设置在所述抗辐射玻璃(3)上；

所述清洗激光输出模块(2)发射的清洗激光穿过所述抗辐射玻璃(3)，进而到达待去污物体表面(4)，所述抗辐射玻璃(3)的外侧壁与抗辐射窗口上用于嵌置抗辐射玻璃(3)的内侧壁完全接触，所述抗辐射窗口的内侧壁由导热金属材料制成；

所述装置还包括降温单元，所述降温单元用于对所述抗辐射玻璃(3)进行降温。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述增透膜的设置方法包括：

S1、将抗辐射玻璃放入密闭装置内，并对所述密闭装置进行抽真空操作；

S2、对所述抗辐射玻璃进行预热；

S3、通过等离子化学气相沉积法在玻璃表面形成等离子氦气喷涂膜层；

S4、在所述氦气喷涂膜层外交替喷涂至少两层五氧化三钛层和两层氧化钛硅层；

S5、在最外层喷涂连三甲苯保护层；

S6、烧结，以完成抗辐射玻璃正反面上增透膜的设置。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括温度传感器与控制器，所述温度传感器用于采集所述抗辐射玻璃(3)的实时温度，所述温度传感器与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与所述降温单元连接。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制器根据温度传感器的检测结果，控制降温单元的工作模式，包括：若检测结果低于第一温度阈值，则关闭降温单元；若检测结果高于第二温度阈值，则开启降温单元。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，控制器控制降温单元的工作模式还包括：若开启降温单元后，检测结果为温度升高，则增大所述降温单元的工作功率。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述清洗激光输出模块(2)为蓝光激光发射器。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的装置，其特征在于，所述装置上固定设置有在线校正辅助单元，所述在线校正辅助单元包括第二壳体(5)、测量激光输出模块(6)、功率调节模块(7)、窄带滤波模块(10)、探测信号收集靶面(8)及信号提取处理模块(9)，所述第二壳体(5)上嵌置有第二抗辐射玻璃(51)，所述测量激光输出模块(6)发射的测量激光穿过所述第二抗辐射玻璃(51)，并在待去污物体表面(4)反射后穿过所述第二抗辐射玻璃(51)，经窄带滤波模块(10)过滤，并收集于所述探测信号收集靶面(8)，所述信号提取处理模块(9)提取探测信号收集靶面(8)的接收功率信号并做信号处理，并将处理结果转发给功率调节模块(7)，所述功率调节模块(7)根据所述接收功率信号的处理结果对所述测量激光输出模块(6)进行功率增益调节。

8.一种在玻璃表面制备增透膜的方法，其特征在于，所述方法用于在权利要求1-7任意一项所述的抗辐射玻璃表面制备所述增透膜，所述方法包括：

S1、将抗辐射玻璃放入密闭装置内，并对所述密闭装置进行抽真空操作；

S2、对所述抗辐射玻璃进行预热；

S3、通过等离子化学气相沉积法在玻璃表面形成等离子氦气喷涂膜层；

S4、在所述氦气喷涂膜层外交替喷涂至少两层五氧化三钛层和两层氧化钛硅层；

S5、在最外层喷涂连三甲苯保护层；

S6、烧结，以完成抗辐射玻璃正反面上增透膜的设置。