CN108475547A - 核控制棒位置指示系统 - Google Patents
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Abstract
一种利用核辐射和耐高温硬件的基于脉冲声纳的无线棒位置指示系统。基于脉冲声纳的棒位置指示系统可以通过测量发送信号的飞行时间并通过使用相同发送信号的相位和幅度信息来精确地定位棒位置。位于控制棒驱动棒行进壳体内部的主要和次要天线探针以及完全硬件冗余提供了改进的精度。将飞行时间、相位和幅度原始信号输入到无线数据发送器，该无线数据发送器能够将原始信号发送到位于安全壳内的其他地方的接收器天线以进行进一步处理。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年1月15日提交的美国专利申请序列号14/996439的权益，该申请通过引用结合于此。
背景
1.技术领域
本发明一般涉及核反应堆控制棒位置指示系统，更具体地涉及这种使用脉冲声纳来确定控制棒位置的系统。
2.背景技术
控制棒位置指示系统通过对驱动棒位置的直接测量来导出控制棒的轴向位置。目前，模拟控制棒位置指示系统和数字控制棒位置指示系统都用于压水反应堆。传统的数字控制棒位置指示系统已在全球范围的核电站使用了30多年，并且目前正被用作Westinghouse Electric Company LLC，Cranberry Township,Pennsylvania(西屋电气公司，蔓越莓乡，宾夕法尼亚州)提供的新Westinghouse(西屋)设计中的控制棒位置指示系统的基础。
传统的压水反应堆控制棒位置指示系统在图1中示出，并且包括容纳核堆芯28的反应堆容器10，控制棒30被插入核堆芯28中以及取出以控制核反应。控制棒30通常通过支架连接在一起，并通过驱动棒驱动进出堆芯，驱动棒通过控制棒驱动机构(CRDM)激活而步进地在压力壳体26内移动。控制棒30相对于芯28的位置由棒位置指示器12确定。
传统的数字棒位置指示系统(诸如图1中示意性示出的系统)包括用于每个控制棒驱动棒的两个线圈堆叠12和用于处理来自线圈堆叠的信号的相关数字棒位置指示电子装置14，20。每个线圈堆叠12是放置在压力壳体26之上的独立线圈通道。每个通道包括二十一个线圈。线圈以3.75英寸(9.53厘米)的间隔交错和定位(六台阶(step))。每个控制棒驱动棒的每个线圈堆叠的数字棒位置指示电子装置位于一对冗余数据机柜14A和14B中。尽管旨在提供对控制棒位置的独立验证，但是传统的数字棒位置指示系统不精确到少于六台阶。数字棒位置指示系统的整体精度被认为是精确在加减3.75英寸(9.53厘米)以内(六台阶)，其中两个通道均运行，以及使用单个通道的加减7.5英寸(19.1厘米)(十二台阶)。与传统的数字棒位置指示系统相比，传统的模拟棒位置指示系统基于电线圈堆叠线性可变差动变压器的DC输出电压的幅度来确定位置。正确校准的模拟棒位置指示系统的总体精度被认为精确在加减7.2英寸(18.3)(十二台阶)以内。传统的模拟棒位置指示系统和传统的数字棒位置指示系统都不能确定控制棒的实际位置。
应当注意，为了本申请的目的，短语“控制棒”通常用于指代保持单独的轴向位置信息的单元，诸如以集群组件物理连接的一组控制棒。控制棒的数量根据发电站设计而变化。例如，典型的四回路压水反应堆具有五十三个控制棒。在数字系统的情况下，每个控制棒需要其自己的一组线圈具有一个或多个通道，并且数字棒位置指示电子装置与每个通道相关联。因此，在典型的四回路压水反应堆中，整个数字棒位置指示系统将包括五十三个线圈堆叠，每个线圈堆叠具有两个独立的通道，以及106个数字棒位置指示电子单元。
现有的控制棒位置指示系统使用从棒位置检测器12到棒位置指示电子机柜14以及从棒位置指示电子机柜14到显示器机柜20的硬连线连接。模拟棒位置指示系统采用位于安全壳外部的棒位置指示电子机柜，而数字棒位置指示系统采用位于安全壳内部的棒位置指示电子机柜。在停机(outage)期间，通过移除反应堆容器头部来替换燃料棒。为了移除头部，所有棒位置指示器检测器12必须是断开的。这可能需要几天时间，具体取决于是否存在集成头部封装。即使在使用集成头部的情况下，该过程仍可能需要一整天。所有线缆都被断开并被操纵，导致线缆组件受到应力和磨损。这可能导致连接问题，并最终可能对棒位置测量产生不利影响。
目前，数字棒位置指示通过安装在外部并与位于反应器容器头部上方的棒行进壳体26同心的检测器(用于站的69个总检测器组件)来完成。这些检测器由滑套在管上并沿其长度以3.75英寸(9.53厘米)间隔隔开的盘绕线组成。管配合在驱动棒行进壳体上。当棒移动通过线圈时，来自线圈的磁通量改变。该磁通量变化由信号处理硬件处理，以产生棒位置的测量和报告。
每个检测器组件都需要管，该管定位在棒行进壳体上方。而且，每个检测器组件48个检测器线圈中的每一个都需要多个线缆组件，以便提供产生电磁场所需的AC电流。他们还需要两个机柜进行信号处理。最后，检测器的分辨率仅为加减3.125英寸(7.938厘米)，受到线圈之间的磁场相互作用的限制。该限制使系统无法实现单台阶(5/8英寸(1.59厘米))精度。相反，该系统仅限于以五台阶为一组提供位置信息，因此为发电站安全裕度增加了不必要的保守性。
因此，需要一种能够在加料停机期间提供更高的精度和效率的新控制棒位置指示系统。
发明内容
这些和其他目的是在如下的核反应堆系统中实现的，所述核反应堆系统具有反应堆容器，所述反应堆容器容纳其中在反应堆容器的压力边界内发生裂变反应的核堆芯，以及用于控制裂变反应的控制棒系统。所述控制棒系统包括控制棒，该控制棒被配置为在声波传导冷却剂内移入和移出核堆芯，以控制裂变反应。驱动系统被配置为驱动控制棒进出堆芯。控制棒位置监测系统还被设置为包括配置为生成一系列声纳脉冲的声纳脉冲发生器。天线固定地定位在压力边界内、在控制棒的行进上限之上，并且被配置成接收由声纳脉冲发生器生成的声纳脉冲并将这些声纳脉冲发送到控制棒的上部并接收来自控制棒的反射声纳信号，并将反射声纳信号传送到压力边界外部与天线相距间隔距离的选定位置。接收器定位在与天线相距的间隔距离处，并且被配置为接收反射声纳信号并将反射声纳信号传送到处理单元，所述处理单元被配置为分析反射声纳信号以确定控制棒位置。
在一个实施例中，声纳脉冲发生器被支撑在冷却剂外部，并将所述一系列声纳脉冲无线地发送到天线，并且天线将反射声纳信号无线地发送到接收器。优选地，声纳信号是超声信号，并且声纳脉冲发生器是真空微电子器件。优选地，声纳脉冲发生器和接收器是真空微电子器件收发器。传统地，控制棒包括多个单独可移动的控制棒，单独可移动的控制棒中的每个具有相应的控制棒位置监测系统，其中根据本发明的一个实施例，用于单独可移动的控制棒位置监测系统中的每个的声纳脉冲具有其自己独特的频率。优选地，声纳脉冲的各频率不同于核反应堆系统内的电磁噪声的任何其他频率。
在又一个实施例中，控制棒位置监测系统包括冗余控制棒位置监测系统，所述冗余控制棒位置监测系统包括彼此独立的两个不同的声纳脉冲发生器和彼此独立的两个不同的接收器。这种系统包括两个不同的、分开的天线。在一个这样的实施例中，从所述两个不同的声纳脉冲发生器发射的声纳脉冲基本上以相同的频率来发射。在另一个这样的情况中，从所述两个不同的声纳脉冲发生器发射的声纳脉冲以分开的不同频率来发射。优选地，天线是陶瓷天线。
在又一个实施例中，控制棒包括控制棒驱动棒和围绕控制棒驱动棒的行进路径的上部的控制棒驱动棒壳体，其中天线支撑在控制棒驱动棒壳体的内部内。优选地，激励声纳脉冲发生器和接收器所需的功率由热电发电机提供，所述热电发电机具有附接到控制棒驱动棒壳体的热接点和位于热接点对面、远离控制棒驱动棒壳体的冷接点。
该系统还可以包括数据发送器，所述数据发送器接收来自所述一系列声纳脉冲的原始声纳脉冲和反射声纳信号中相应的一个反射声纳信号，包括幅度和相位，并将原始声纳脉冲和反射声纳信号发送到信号处理基站进行计算。优选地，数据发送器是无线数据发送器。该系统还可以包括温度传感器，所述温度传感器用于监测控制棒驱动棒壳体内的温度，并且可操作以将所述温度传送到数据发送器，所述数据发射器可操作以将温度传送到信号处理基站。优选地，温度传感器包括沿着控制棒驱动棒壳体间隔开的多个温度传感器。信号处理基站被配置成确定原始声纳脉冲和反射声纳信号的飞行时间并用所述温度补偿所述确定。
附图说明
当结合附图阅读时，从以下优选实施例的描述中可以获得对本发明的进一步理解，附图中：
图1是传统数字棒位置指示系统的示意图；
图2是本发明优选实施例的示意系统布局；以及
图3是本发明的系统示意框图。
具体实施方式
图2示出了本发明的优选实施例。本发明采用真空微电子器件脉冲声纳收发器34和44(发送器/接收器)，其是辐射硬化和温度耐受的，以便执行棒位置指示，比当前系统具有显著更好的精度。真空微电子器件(诸如由Innosys Inc.，Emeryville，CA(InnosysInc.，爱莫利维尔，加州)提供的市售SSVD)适用于此目的。真空微电子器件的描述可以在美国专利No.7005783中找到。现有的磁线圈12由主要和冗余的基于陶瓷的微型天线36代替，该微型天线36具有大约2度的波束传播的非常窄的波束宽度，位于并支撑在每个控制棒驱动棒壳体26的内部。每个棒驱动棒壳体26配备有主要和冗余的硬件组，其以独特的频率无线地发送控制棒位置数据以避免干扰。主要硬件显示在图2的右侧，并包括主脉冲真空微电子器件收发器34。主真空微电子器件数据发送器38和热电发电机40，热电发电机40的热接点通过热管42耦接到控制棒驱动棒壳体26。图2左侧所示的冗余硬件包括冗余脉冲真空微电子器件收发器44、冗余真空微电子器件数据发送器46和热接点通过热管50耦合到驱动棒壳体26的热电发电机48。在安装硬件之前，执行电磁干扰现场勘测以便识别潜在的噪声源或干扰源。选择用于无线数据传输的发送频率，使得发送频率占据棒壳位置处的未使用频带。还根据需要对接收的测量信号进行滤波，以便最小化电干扰和影响发送信号的精度的其他相关问题。脉冲声纳收发器34和44以及无线数据发送器38和46所需的DC功率是通过热电发电机40和48中的一个或多个产生的，热电发电机40和48具有通过热管42和50连接到驱动棒行进壳体26的热接点，以及位于热电发电机相对侧的热电设备的冷接点。应当注意，如有必要，收发器34和44以及无线数据发送器38和46可以由传统的现有线缆供电。如有必要，还可以通过传统的现场线缆发送数据。
图3描绘了本发明的系统的示意图。该系统采用飞行时间、相位差和幅度变化方法，以便确定精确的控制棒位置。通过测量信号从脉冲发送器34和44返回其源所需的时间来完成飞行时间编译。如图3所示，该系统包括脉冲重复频率振荡器54，其与脉冲发送器56一起构成脉冲发生器，该脉冲发生器在预定和已知时间发送脉冲，这允许从控制棒32顶部反射的回波60返回天线36并发送到基站52进行信号处理。当脉冲发送器56将信号58发送到驱动棒行进壳体26中时，相同的信号被通过整流二极管68耦合并转换成DC信号，并在比较器64中与参考电压62进行比较。当存在发送信号时比较器输出变高，这给继电器线圈K1通电，这打开常闭触点K1A并闭合常开触点K1B。当接收到回波60时，它由于K1A是开路的而不能进入脉冲发送器；因此，它的唯一路径是通过K1B进入放大器66和无线数据发送器38。通过连续地分离脉冲发送器输出并将频谱信息提供给无线数据发送器，系统也已知原始信号的相位和幅度。无线数据发送器一旦从控制棒弹开就将原始信号(包含幅度和相位)以及返回信号发送到信号处理基站52以进行进一步计算。应当注意，飞行时间测量不假设恒定的声速，因为冷却剂中的速度将受到温度影响，因此，一系列热电偶70沿控制棒驱动棒行进壳体26间隔开，作为系统的一部分，以便根据温度调节声音的速度。为了实现本发明所需的精度，该系统将包括多个热电偶，所述多个热电偶浸没在控制棒驱动棒行进壳体内的冷却剂中，沿着壳体26的轴向尺寸在不同高度。当棒移动时，突然的冷却剂温度变化将通过这些热电偶被系统已知并发送到基站52以校正温度变化的信号。
典型的压水反应堆在2220psig(表压)(15.3兆帕)和626华氏度(330摄氏度)下操作。根据N.Bilaniuk和G.S.K.Wong模型1(1由N.Bilaniuk and G.S.K.Wong(1996),Erratum:Speed of sound in pure water as a function of temperature[J.Acoust.Soc.Am.93,1609-1612(1993)],J.Acoust.Soc.Am.99(5),p3257所修订的N.Bilaniuk和G.S.K.Wong(1993),Speed of sound in pure water as a function of temperature,J.Acoust.Soc.Am.93(3)pp1609-1612(1由N.Bilaniuk and G.S.K.Wong(1996),勘误:声音根据温度在纯水中的速度[美国声学学会期刊,第93卷,第1609-1612页(1993)],美国声学学会期刊，第99卷(第5期),第3257页所修订的N.Bilaniuk和G.S.K.Wong(1993),声音根据温度在纯水中的速度，美国声学学会期刊，第93卷(第3期),第1609-1612页))，在212华氏度(100摄氏度)下，声音在水中的速度为c＝5062英尺/秒。使用等式1，可以计算信号的往返行进：
其中d是控制棒顶部的距离，c是特定温度下声音在水中的速度。基于上述等式并假设当棒被完全取出时，收发器天线位于控制棒驱动棒上方约1英尺处，并且棒可行进的总距离为16英尺，我们可以获得以下往返行进时间：
t(l ft)＝0.395毫秒
t(17ft)＝6.672毫秒
如果控制棒驱动棒从完全取出位置移动一台阶(5/8英寸(1.59厘米))，则往返时间变为
t＝414.86μ秒(μseconds)
对于5/8英寸(1.59厘米)移动，接收信号的增量为19.75μ秒。这种情况在飞行计算时是最苛刻的，并且可以在处理基站中使用1MHz时钟轻松解决。如上所述，接收信号的相位和幅度信息也将用于确定棒位置。相位和振幅也与棒运动成比例变化，并用作误差校正项。该系统的估计精度为加减0.4英寸，比现有系统好7倍多。
因此，该系统提供了改进的精度，其主要受控制棒驱动机构步进精度的限制；其中在当前的安全裕度中构建的保守性基本上被更好的精度消除。当前现有技术系统的精度为+/-3.125”。本发明的系统的精度仅受最小棒运动(即0.625”)的限制。本发明提供的改进的安全裕度最终意味着采用这种概念的反应堆可以比采用传统技术的对应物产生更多的电力。冗余传感器提供相同的精度，而不是当前设计的一半精度。仅需要初始安装校准，并且消除了棒行进壳体内以及与相邻棒壳体的传感器相互作用问题。此外，该系统使得能够消除信号和供电线缆，这有利于更有效的燃料重载停机。此外，本发明的控制棒位置监测系统相对于现有系统提供了显著改进的精度。另外，驱动棒不再必须是铁磁性的。
虽然已经详细描述了本发明的特定实施例，但是本领域技术人员将理解，可以根据本公开的总体教导开发对那些细节的各种修改和替换。因此，所公开的特定实施例仅仅是说明性的，并不限制本发明的范围，本发明的范围由随附权利要求及其任何和所有等同物的全部范围给出。
Claims (20)
1.一种具有反应堆容器(10)的核反应堆系统，所述反应堆容器(10)容纳其中在反应堆容器的压力边界内发生裂变反应的核堆芯(28)，以及用于控制裂变反应的控制棒系统，所述控制棒系统包括：
控制棒(30)，配置为在声波传导冷却剂内移入和移出核堆芯(28)，以控制裂变反应；
驱动系统(32)，用于驱动控制棒(30)进出堆芯(28)；以及
控制棒位置监测系统，包括：
声纳脉冲发生器(34)，配置为生成一系列声纳脉冲；
天线(36)，固定地定位在压力边界内、在控制棒(30)的行进上限之上，并且配置成接收由声纳脉冲发生器(34)生成的声纳脉冲并将声纳脉冲发送到控制棒的上部并接收来自控制棒的反射声纳信号，并将反射声纳信号传送到压力边界外部与天线相距间隔距离的选定位置；以及
接收器(52)，定位在与天线(36)相距的间隔距离处，并且配置为接收反射声纳信号并将反射声纳信号传送到处理单元(20)，所述处理单元(20)被配置为分析反射声纳信号以确定控制棒位置。
2.如权利要求1所述的核反应堆系统，其中声纳脉冲发生器(34)被支撑在冷却剂外部，并将所述一系列声纳脉冲无线地发送到天线(36)。
3.如权利要求2所述的核反应堆系统，其中天线(36)将反射声纳信号无线地发送到接收器(34)。
4.如权利要求1所述的核反应堆系统，其中声纳信号是超声信号。
5.如权利要求1所述的核反应堆系统，其中声纳脉冲发生器(34)是真空微电子器件。
6.如权利要求1所述的核反应堆系统，其中声纳脉冲发生器(34)和接收器(34)是真空微电子器件收发器。
7.如权利要求1所述的核反应堆系统，其中控制棒(30)包括多个单独可移动的控制棒，单独可移动的控制棒中的每个具有相应的控制棒位置监测系统，其中用于单独可移动的控制棒位置监测系统中的每个的声纳脉冲具有其自己独特的频率。
8.如权利要求7所述的核反应堆系统，其中声纳脉冲的各频率不同于核反应堆系统内的电磁噪声的任何其他频率。
9.如权利要求1所述的核反应堆系统，其中控制棒位置监测系统包括冗余控制棒位置监测系统，所述冗余控制棒位置监测系统包括彼此独立的两个不同的声纳脉冲发生器(34)和彼此独立的两个不同的接收器(34)。
10.如权利要求9所述的核反应堆系统，包括两个明显分开的天线(36)。
11.如权利要求9所述的核反应堆系统，其中从所述两个不同的声纳脉冲发生器(34)发射的声纳脉冲基本上以相同的频率来发射。
12.如权利要求9所述的核反应堆系统，其中从所述两个不同的声纳脉冲发生器(34)发射的声纳脉冲以分开的不同频率来发射。
13.如权利要求1所述的核反应堆系统，其中天线(36)是陶瓷天线。
14.如权利要求1所述的核反应堆系统，其中控制棒(30)包括控制棒驱动棒(32)和围绕控制棒驱动棒的行进路径的上部的控制棒驱动棒壳体(26)，其中天线(36)被支撑在控制棒驱动棒壳体的内部内。
15.如权利要求14所述的核反应堆系统，其中激励声纳脉冲发生器和接收器(34)所需的功率由热电发电机(40，48)提供，所述热电发电机(40，48)具有附接到控制棒驱动棒壳体(26)的热接点和位于热接点对面、远离控制棒驱动棒壳体的冷接点。
16.如权利要求14所述的核反应堆系统，包括数据发送器(38)，所述数据发送器(38)接收来自所述一系列声纳脉冲的原始声纳脉冲和反射声纳信号中相应的一个反射声纳信号，包括幅度和相位，并将原始声纳脉冲和反射声纳信号发送到信号处理基站(52)进行计算。
17.如权利要求16所述的核反应堆系统，其中数据发送器(38)是无线数据发送器。
18.如权利要求16所述的核反应堆系统，包括温度传感器(70)，所述温度传感器(70)用于监测控制棒驱动棒壳体(26)内的温度，并且可操作以将所述温度传送到数据发送器(38)，所述数据发射器(38)可操作以将温度传送到信号处理基站(52)。
19.如权利要求18所述的核反应堆系统，其中温度传感器(70)包括沿着控制棒驱动棒行进壳体(26)间隔开的多个温度传感器。
20.如权利要求18所述的核反应堆系统，其中信号处理基站(52)被配置成确定原始声纳脉冲(58)和反射声纳信号(60)的飞行时间并用所述温度(70)补偿所述确定。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110828003A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-02-21 | 中国原子能科学研究院 | 信号处理系统 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11355252B2 (en) * | 2016-12-30 | 2022-06-07 | Nuscale Power, Llc | Control rod drive mechanism with heat pipe cooling |
| CN107833643B (zh) * | 2017-10-16 | 2019-05-24 | 中核核电运行管理有限公司 | 全数字化棒位测量装置及其方法 |
| US10811153B2 (en) | 2017-12-08 | 2020-10-20 | Westinghouse Electric Company Llc | Detection apparatus usable in a nuclear reactor, and associated method |
| FR3109010B1 (fr) * | 2020-04-02 | 2022-04-08 | Soc Technique Pour Lenergie Atomique | Ensemble de contrôle de la désolidarisation entre une grappe de contrôle et une tige de commande d'un dispositif de contrôle de la réactivité d'une réacteur nucléaire |
| US11862350B2 (en) | 2021-01-22 | 2024-01-02 | Westinghouse Electric Company Llc | Nuclear movable element position indication apparatus, system, and method |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4008455A (en) * | 1975-02-24 | 1977-02-15 | Westinghouse Electric Corporation | Method of making self-calibrated displacement measurements |
| JPS5670494A (en) * | 1979-11-14 | 1981-06-12 | Tokyo Shibaura Electric Co | Control rod drive mechanism |
| US4623507A (en) * | 1983-03-18 | 1986-11-18 | Framatome & Cie. | Device for locating the position of control rods of a nuclear reactor |
| DE3810503A1 (de) * | 1988-03-28 | 1989-10-19 | Siemens Ag | Kernreaktor mit einem in den reaktorkern einfahrbaren steuerstab |
| CN1044184A (zh) * | 1990-02-15 | 1990-07-25 | 清华大学 | 反应堆控制棒超声波棒位测量系统 |
| US5276719A (en) * | 1991-08-14 | 1994-01-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Hydraulic control rod drive for a nuclear reactor |
| JPH08170997A (ja) * | 1994-12-19 | 1996-07-02 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 原子炉圧力容器の自動探傷検査装置 |
| JPH08240692A (ja) * | 1995-03-06 | 1996-09-17 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 原子炉の制御棒位置検出装置 |
| US5568528A (en) * | 1994-11-21 | 1996-10-22 | Westinghouse Electric Corporation | Method and system for compensating a rod position indication system for non-linearity |
| US5841824A (en) * | 1997-05-13 | 1998-11-24 | Westinghouse Electric Corporation | System and method for testing the free fall time of nuclear reactor control rods |
| US20090252272A1 (en) * | 2008-01-09 | 2009-10-08 | Analysis And Measurement Services Corporation | Advanced Digital Control Rod Position Indication System with Rod Drop Monitoring for Nuclear Power Plants |
| CN103250210A (zh) * | 2010-12-09 | 2013-08-14 | 西屋电气有限责任公司 | 核反应堆内部电气控制棒驱动机构组件 |
| CN103329208A (zh) * | 2010-12-20 | 2013-09-25 | 西屋电气有限责任公司 | 核控制棒位置指示系统 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2122190A1 (de) * | 1971-05-05 | 1972-11-23 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Anordnung zur Anzeige der Stellung von Kernreaktorsteuerstäben |
| JPS54140095A (en) * | 1978-04-24 | 1979-10-30 | Toshiba Corp | Control rod position detector |
| FR2499294A1 (fr) * | 1981-02-04 | 1982-08-06 | Framatome Sa | Procede et dispositif de surveillance des barres de controles d'un reacteur nucleaire |
| US5229066A (en) | 1991-08-05 | 1993-07-20 | Westinghouse Electric Corp. | Control rod position indication system |
| JP2728834B2 (ja) | 1992-09-29 | 1998-03-18 | 株式会社東芝 | 制御棒位置検出装置 |
| JP2000028781A (ja) | 1998-07-09 | 2000-01-28 | Mitsubishi Electric Corp | 制御棒挿入状態監視装置 |
| US7005783B2 (en) | 2002-02-04 | 2006-02-28 | Innosys, Inc. | Solid state vacuum devices and method for making the same |
| US20040091076A1 (en) | 2002-11-08 | 2004-05-13 | Pacific Gas & Electric Company | Method and system for nondestructive inspection of components |
| WO2006138241A2 (en) * | 2005-06-13 | 2006-12-28 | Maxbotix, Inc. | Methods and device for ultrasonic range sensing |
| US8767903B2 (en) * | 2011-01-07 | 2014-07-01 | Westinghouse Electric Company Llc | Wireless in-core neutron monitor |
-
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Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4008455A (en) * | 1975-02-24 | 1977-02-15 | Westinghouse Electric Corporation | Method of making self-calibrated displacement measurements |
| JPS5670494A (en) * | 1979-11-14 | 1981-06-12 | Tokyo Shibaura Electric Co | Control rod drive mechanism |
| US4623507A (en) * | 1983-03-18 | 1986-11-18 | Framatome & Cie. | Device for locating the position of control rods of a nuclear reactor |
| DE3810503A1 (de) * | 1988-03-28 | 1989-10-19 | Siemens Ag | Kernreaktor mit einem in den reaktorkern einfahrbaren steuerstab |
| CN1044184A (zh) * | 1990-02-15 | 1990-07-25 | 清华大学 | 反应堆控制棒超声波棒位测量系统 |
| US5276719A (en) * | 1991-08-14 | 1994-01-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Hydraulic control rod drive for a nuclear reactor |
| US5568528A (en) * | 1994-11-21 | 1996-10-22 | Westinghouse Electric Corporation | Method and system for compensating a rod position indication system for non-linearity |
| JPH08170997A (ja) * | 1994-12-19 | 1996-07-02 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 原子炉圧力容器の自動探傷検査装置 |
| JPH08240692A (ja) * | 1995-03-06 | 1996-09-17 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 原子炉の制御棒位置検出装置 |
| US5841824A (en) * | 1997-05-13 | 1998-11-24 | Westinghouse Electric Corporation | System and method for testing the free fall time of nuclear reactor control rods |
| US20090252272A1 (en) * | 2008-01-09 | 2009-10-08 | Analysis And Measurement Services Corporation | Advanced Digital Control Rod Position Indication System with Rod Drop Monitoring for Nuclear Power Plants |
| CN103250210A (zh) * | 2010-12-09 | 2013-08-14 | 西屋电气有限责任公司 | 核反应堆内部电气控制棒驱动机构组件 |
| CN103329208A (zh) * | 2010-12-20 | 2013-09-25 | 西屋电气有限责任公司 | 核控制棒位置指示系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 彭小强等: "AP1000控制棒棒位的数字化测量技术分析", 《核电子学与探测技术》 * |
| 蒋跃元等: "数字模拟棒位探测器的研究", 《核动力工程》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110828003A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-02-21 | 中国原子能科学研究院 | 信号处理系统 |
Also Published As
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