CN109373885A - 一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置，包括燃料棒形变检测单元、氧化膜厚度检测单元和装载平台；所述燃料棒形变检测单元和氧化膜厚度检测单元均固定安装于装载平台上，装载平台与外部移载平台刚性连接；该检测装置能够自适应燃料棒各种变形，可实现对燃料棒的柔性接触与柔性测量，提高检测精度的同时保证了装置的安全性；同时具备多种检测功能，能够实现对燃料棒变形与燃料棒表面氧化膜厚度的高精度检测；本发明检测装置创新采用了阵列检测的燃料棒形变检测方式，保证检测精度的同时大幅提高了检测效率，结构简单紧凑，密封性能好，安装方便，通用性强。

Description

一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置

技术领域

本发明涉及核工业检测技术领域，具体为一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置。

背景技术

核电站是指通过适当的装置将核能转变成电能的设施。核电站以核反应堆来代替火电站的锅炉，以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量，使核能转变成热能来加热水产生蒸汽。核燃料组件作为核电站的核心部件，具有输出较高、装卸方便等优点，其主要由上下管座、格架、控制棒导向管和按17×17排列规格固定成束的燃料棒组成。核反应堆运转期间，核燃料组件浸入位于核反应堆核心的冷却剂/慢化剂中，由于冷却剂/慢化剂与锆合金材料的氧化反应，燃料棒表面会产生锆氧化物并积聚形成一层氧化膜，导致防止放射性物质外泄的锆合金材料包壳变薄，核电站的安全性能降低。核燃料组件工作在高温、高辐照的循环水中，受装配力及热应力等因素影响，燃料棒不可避免会产生局部变形，以致整个组件外形产生累积形变，严重时将会影响控制棒的正常插入，甚至危及反应堆的运行安全。因此，定期对核燃料组件氧化膜厚度及变形量等关键参数开展高精度检测作业，已成为保障核电站安全运营的重要举措。

为此，国内外针对核燃料组件氧化膜与变形检测装置开展了广泛深入研究，研制出了多种检测装置，如专利文献“探测器及包括该探测器的燃料棒氧化膜厚度测量装置(CN102867555A)”公开了一种探测器及包括该探测器的燃料棒氧化膜厚度测量装置，利用传送滚轴在上下移动，利用电涡流传感器对燃料棒包壳氧化膜厚度的检测，但该检测装置传送区域与传送支撑区域相互平行，不能自适应燃料棒的局部变形，其检测探头与下板直接固定，难以实现对中；专利文献“乏燃料组件多功能检测设备(CN107180658A)”公开了一种乏燃料组件多功能检测设备，利用安装于自适应浮动平台上的氧化膜及直径测量模块同时对燃料棒氧化膜厚度和直径进行检测，其检测模块通过自适应浮动平台与二自由度移载平台固定连接，可实现检测模块对燃料棒位姿的自适应调整，但由于自适应浮动平台柔性部件的引入，以致难以有效确定检测模块与移载平台间的相对位置，根本上限制了装置的检测精度；专利文献“一种核燃料检测装置和方法(CN107170499A)”提供了一种核燃料检测装置和方法，其利用相机拍摄核燃料棒待测部位并通过将核燃料棒的实际3D外形显示在终端上，从而实现对核燃料组件变形情况的检测，但是该装置尚未具备燃料棒包壳氧化膜厚度检测等多种检测功能。

综上所述，现有核燃料组件检测装置虽初步实现了对核燃料组件氧化膜厚度等关键参数的检测，但大多数检测装置仅仅实现了对核燃料组件的单一参数检测，且不能完全自适应燃料棒局部变形，亦无法保证探头与燃料棒的柔性对中，尚存在结构复杂、检测精度欠佳、安全保障差等突出问题。因此，亟需研发一种结构简单、安装方便、作业安全性高，能够自适应燃料棒变形且探头可自动对中的柔性核燃料组件多功能检测装置。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置。该装置结构简单、安装方便、作业安全性高，能够实现柔性自适应对中的核燃料组件多功能检测。

本发明解决所述技术问题所采用的技术方案是：设计一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置，包括燃料棒形变检测单元、氧化膜厚度检测单元和装载平台；所述燃料棒形变检测单元和氧化膜厚度检测单元均固定安装于装载平台上，装载平台与外部移载平台刚性连接；其特征在于：

所述燃料棒形变检测单元包括检测探针、外圈LVDT位移传感器、紧固螺钉和小端盖；所述检测探针为一阶梯式圆柱体杆件，前端设有用于接触燃料棒表面的小球体，后端设有螺纹连接座，螺纹连接座后端面设置螺纹孔，通过螺纹连接实现检测探针与外圈LVDT位移传感器的刚性连接；所述外圈LVDT位移传感器为一圆柱体结构，前端设有螺纹连接杆，其前端设置外螺纹，用于与检测探针后端面的螺纹孔配合，实现检测探针与外圈LVDT位移传感器间的固定连接；所述紧固螺钉分别与小端盖和滑动槽后盖前端套筒侧面开设的螺纹孔配合，分别实现对外圈LVDT位移传感器和中心LVDT位移传感器的紧固；所述小端盖为一圆柱形盘体部件，前端设置圆筒形结构，其侧面设置螺纹孔，用于配合紧固螺钉实现安装并夹紧定位外圈LVDT位移传感器，后端面周边设置沉头孔，通过螺钉连接实现与主安装座的固定连接，后端面中心设置通孔，便于布线；

所述氧化膜厚度检测单元包括探头连接板、弹簧、电涡流探头、球副杆、球副盖、电磁铁、滑动槽、中心LVDT位移传感器、球副座；所述探头连接板为阶梯式圆盘型结构，前端设置带有螺纹孔的圆柱体，通过螺纹连接固定安装电涡流探头，其前端面设置环形沟槽用于安装密封圈，保证装置整体密封性能；探头连接板盘体后端面边缘处设置个均匀分布的U型槽，用于实现对电磁铁伸出的电磁销的定位，后端面中部设置带有螺纹孔的圆柱体，通过螺纹连接实现与球副杆的固定连接；所述弹簧两端分别嵌套于主安装座中心方形内腔前端面圆筒形凸台外表面和探头连接板前端圆柱体外表面，且弹簧两端分别与主安装座中心方形内腔端面和探头连接板前端面完全接触，通过弹簧弹力实现探头连接板的移动；所述电涡流探头为圆柱体结构，前端与燃料棒接触进行氧化膜厚度检测，后端端部设置外螺纹，通过螺纹连接固定安装气囊并实现电涡流探头与探头连接板的固定连接；所述球副杆为一端伸出圆柱杆的球体结构，前端圆柱杆设置外螺纹，通过螺纹连接实现球副杆与探头连接板固连，后端为球形结构，与球副座的球形安装座配合，与球副座铰接组成一个球副，用于实现球副杆的固定；所述球副盖为中空圆柱体结构，球副盖前部开设有一大于球副杆前端球副杆直径的通孔，保证球副杆具有移动量，后部中心开设有与球副杆配合的空心球槽，球副盖后部圆柱形内表面开设有与球副座配合的内螺纹，通过螺纹连接实现球副盖与球副座固连；所述电磁铁为一长方体形部件，侧面设置螺纹孔，通过螺钉连接固定安装于滑动槽侧面连接板上，电磁铁可通过通电断电控制其上电磁销前后移动；所述滑动槽为一中空长方体结构，中间开设通孔，其内表面与球副座外表面配合构成移动副，滑动槽四周外表面均设有长方体形连接板，连接板上设置通孔，用于固定安装电磁铁；所述中心LVDT位移传感器为一圆柱体结构，前端设有螺纹连接杆，其前端设置外螺纹，用于与球副座后端面螺纹孔配合，实现球副座与中心LVDT位移传感器间的固定连接；所述球副座为圆柱体结构，前端配置球形安装座，用于固定球副杆，与球副杆铰接组成一个球副，且前部表面设置外螺纹，通过螺纹连接实现球副座和球副盖的固定连接；球副座后端开设螺纹孔，通过螺纹连接固定安装于中心LVDT位移传感器上，球副座外表面与滑动槽内孔配合构成移动副；

所述装载平台包括气囊、主安装座、主安装盖、滑动槽后盖和航空插头；所述气囊由具有延展性的隔热材料制备而成，保证装置的密封性能并降低外部高温环境对检测装置的影响；气囊前端配置圆环形结构，其外表面设置螺纹，通过螺纹将气囊固定安装于主安装座上，气囊后端配置圆环形结构，其内表面设置螺纹，通过螺纹将气囊固定安装于电涡流探头的后端上；

所述主安装座为长方体形结构，中心设置通孔，用于安装电涡流探头，主安装座后端面中心开设沉头方形孔，其沉头端面设置螺纹孔，通过螺钉固定安装滑动槽后盖，氧化膜厚度检测单元安装于该沉头方形孔内部；主安装座后端面周边开设个沉头圆孔，其沉头端面设置螺纹孔，通过螺钉固定安装小端盖，每一个沉头圆孔内部均安装有一个燃料棒形变检测单元；主安装座后端面另设置螺纹孔，用于实现其与主安装盖的固定连接，且上端面和下端面均设有通用连接法兰，开设螺纹孔，用于将主安装座固定安装于外部移载平台上；所述主安装盖中心开设螺纹孔，用于安装航空插头，其四周的内侧另设置沉头孔，用于实现其与主安装座的固定连接；所述滑动槽后盖为正方形板状结构，前端设置圆筒形结构，其侧面设置螺纹孔，用于配合紧固螺钉实现安装并夹紧定位中心LVDT位移传感器，滑动槽后盖后端面设置沉头孔，用于实现与主安装座的固定连接，后端面中心处设置通孔，方便布线；所述航空插头通过螺纹固定安装于主安装盖上，用于形成密闭空间。

与现有技术相比，本发明一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置的有益效果是：

(1)本装置能够自适应燃料棒各种变形，可实现对燃料棒的柔性接触与柔性测量，提高检测精度的同时保证了装置的安全性：本装置主安装座9中心位置配置氧化膜厚度检测单元，其中用于接触燃料棒并检测其表面氧化膜厚度的电涡流探头6固定安装于探头连接板3前端，探头连接板3与其后端的中心LVDT位移传感器15采用球副连接，通过球副的三个旋转自由度，配合球副杆7与球副盖8间轴和孔的间隙，使得球副杆7可在一定范围内沿球副中心转动，并在电涡流探头前端表面与燃料棒表面的配合作用下，保证了电涡流探头6可被动调整自身姿态以自适应燃料棒表面曲率变化；同时氧化膜厚度检测单元中电磁铁12的推力可控，保证了电涡流探头向前移动时对燃料棒的柔性接触；

本装置主安装座9上氧化膜厚度检测单元四周再配置8个由检测探针1和外圈LVDT位移传感器2刚性连接构成的燃料棒形变检测单元，呈九宫格布局，燃料棒形变检测过程中本装置在外部移载平台作用下整体向前移动使得各检测探针1同步移动至与燃料棒表面接触，同时各检测单元的LVDT位移传感器2具备柔性与可伸缩性，可根据燃料棒不同位置处的局部变形量分别被动完成不同程度的伸缩，以自主适应燃料棒各种变形，通过对8组位移量进行标定，可解算出燃料棒此高度上的位姿与变形情况，实现对燃料棒的柔性测量；

(2)本发明一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置的电涡流探头与后端中心LVDT位移传感器采用球副连接，可实现对燃料棒的紧密贴合与垂直对中，大幅提高装置检测精度：本装置主安装座9中心位置配置氧化膜厚度检测单元，其中用于接触燃料棒并检测其表面氧化膜厚度的电涡流探头6固定安装于探头连接板3前端，探头连接板3与其后端的中心LVDT位移传感器15采用球副连接，通过球副的三个旋转自由度，配合球副杆7与球副盖8间轴和孔的间隙，使得球副杆7可在一定范围内沿球副中心转动，并在电涡流探头前端表面与燃料棒表面的配合作用下，保证电涡流探头6可被动调整自身姿态以自适应燃料棒表面曲率变化，同时，球副座16与中心LVDT位移传感器15均置于滑动槽13内部且球副座16与滑动槽13采用移动副配合，而中心LVDT位移传感器15则固定安装于与滑动槽13刚性连接的滑动槽后盖11上，因滑动槽13侧面均配置电磁铁12，通过控制四个电磁铁12同时通电将其上电磁销向前推出从而推动探头连接板3与电涡流探头6向前移动，电磁销的推进力可使得电涡流探头6前端面接触到燃料棒表面后根据其表面变形被动调整自身位姿并带动探头连接板3转动，以实现电涡流探头6对燃料棒的紧密贴合与垂直对中，满足高精度检测要求；

(3)本发明一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置同时具备多种检测功能，能够实现对燃料棒变形与燃料棒表面氧化膜厚度的高精度检测：本发明的多功能检测装置主安装座9中心位置配置氧化膜厚度检测单元，其中用于检测燃料棒表面氧化膜厚度的电涡流探头6通过其后端探头连接板3与具备可伸缩性的中心LVDT位移传感器15采用球副连接，氧化膜厚度检测过程中可通过控制电磁铁12推出其上的电磁销从而推进探头连接板3与电涡流探头6向前移动，电磁销的推进力可使得电涡流探头6前端面接触到燃料棒表面后根据其表面变形被动调整自身位姿并带动探头连接板3转动，以实现电涡流探头6对燃料棒的紧密贴合与垂直对中，从而完成燃料棒氧化膜厚度的高精度检测；

氧化膜厚度检测单元四周再配置8个燃料棒形变检测单元，呈九宫格布局，每个形变检测单元则由检测探针1和外圈LVDT位移传感器2构成，二者采用刚性连接且外圈LVDT位移传感器2具备可伸缩性，燃料棒形变检测过程中装置在外部移载平台作用下整体向前移动直至各检测探针1均接触到燃料棒，外圈LVDT位移传感器2会根据检测探针1与发生形变的燃料棒接触过程中自适应其形状变化分别产生位移量，通过对8组位移量进行标定，可解算出燃料棒此高度上的位姿与变形情况；

本装置可在外部移载平台作用下上下移动，从而实现对燃料棒不同高度上变形和氧化膜厚度的检测，装置上下移动过程中对燃料棒各接触点位姿标定的同时对一系列检测点的氧化膜厚度进行检测，最终可解算出燃料棒整体的变形量和氧化膜厚度；

(4)本发明一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置创新采用了阵列检测的燃料棒形变检测方式，保证检测精度的同时大幅提高了检测效率：本发明的多功能检测装置主安装座9中心位置配置氧化膜厚度检测单元，氧化膜厚度检测单元四周再配置8个燃料棒形变检测单元，呈九宫格布局，燃料棒形变检测单元则由检测探针1和外圈LVDT位移传感器2构成，二者采用刚性连接且外圈LVDT位移传感器2具备可伸缩性，燃料棒形变检测过程中本装置在外部移载平台作用下整体向前移动直至各检测探针1均接触到燃料棒，外圈LVDT位移传感器2会根据检测探针1与发生形变的燃料棒接触过程中自适应其形状变化分别产生位移量，通过对8组位移量进行标定，可解算出燃料棒此高度上的位姿与变形情况；本装置配置多个燃料棒形变检测单元，装置对燃料棒同一高度上可进行多个接触点的形变检测，通过获得的多组位移量数据对燃料棒此高度上的位姿进行解算，可大幅提高燃料棒形变检测结果的准确度；本装置的单次形变检测过程可同时对燃料棒多个接触点的变形进行检测，大幅提高了燃料棒形变检测的效率；

(5)本发明一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置结构简单紧凑，密封性能好，安装方便，通用性强：本发明的多功能检测装置将燃料棒形变检测单元与氧化膜厚度检测单元融合在一个装置中，装置整体结构简单紧凑；各连接处均设置有密封橡胶圈，保证了装置的整体密封性能，有效避免装置内电气元件与燃料棒水池中的液体接触；本装置主安装座9上设置通用连接法兰，可通过法兰连接固定安装于各型外部移载平台上，安装操作方便，通用性强。

附图说明

图1为本发明一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置一种实施例的剖视结构示意图；

图2为本发明一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置一种实施例的立体结构示意图；

图3为本发明一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置一种实施例的燃料棒形变检测单元结构示意图；

图4为本发明一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置一种实施例的氧化膜厚度检测单元结构示意图；其中，图4(a)为氧化膜厚度检测单元立体结构示意图，图4(b)为氧化膜厚度检测单元部件装配示意图。

图5为本发明一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置一种实施例的主安装座结构示意图；

图6为本发明一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置一种实施例的主安装盖结构示意图；

图7为本发明一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置一种实施例的探头连接板结构示意图；

图8为本发明一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置一种实施例的装配示意图；

图9为本发明一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置一种实施例的检测过程俯视示意图，其中图9(a)为刚接触燃料棒时的状态示意图，图9(b)为检测燃料棒时的状态示意图；

图10为本发明一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置一种实施例的检测过程中检测装置状态示意图(剖视)；其中，图10(a)为起始状态，图10(b)为检测燃料棒形变状态，图10(c)为检测燃料棒氧化膜厚度状态；

图11为本发明一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置另一种实施例的检测过程中检测装置状态示意图(剖视)；其中，图11(a)为起始状态，图11(b)为检测燃料棒形变状态，图11(c)为检测燃料棒氧化膜厚度状态；

图中，1—检测探针；2—外圈LVDT位移传感器；3—探头连接板；4—弹簧；5—气囊；6—电涡流探头；7—球副杆；8—球副盖；9—主安装座；10—主安装盖；11—滑动槽后盖；12—电磁铁；13—滑动槽；14—航空插头；15—中心LVDT位移传感器；16—球副座；17—紧固螺钉；18—小端盖；R—燃料棒。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图详细叙述本发明。实施例是以本发明所述技术方案为前提进行的具体实施，给出了详细的实施方式和过程。但本发明申请的权利要求保护范围不限于下述的实施例描述。所述的“前、后；上、下”等方位词是为了描述清楚，只具有相对意义，一般情况下，以检测探针一侧为前，以主安装盖一侧为后，并作为其他方位词的基准。

本发明提供一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置(简称检测装置，参见图1-7)，包括燃料棒形变检测单元、氧化膜厚度检测单元和装载平台；所述燃料棒形变检测单元和氧化膜厚度检测单元均固定安装于装载平台上，装载平台与外部移载平台刚性连接；其特征在于：

所述燃料棒形变检测单元包括检测探针1、外圈LVDT位移传感器2、紧固螺钉17和小端盖18；所述检测探针1为一阶梯式圆柱体杆件，前端设有用于接触燃料棒表面的小球体，后端设有螺纹连接座，螺纹连接座后端面设置螺纹孔，通过螺纹连接实现检测探针1与外圈LVDT位移传感器2的刚性连接；所述外圈LVDT位移传感器2为一圆柱体结构，前端设有螺纹连接杆，其前端设置外螺纹，用于与检测探针1后端面的螺纹孔配合，实现检测探针1与外圈LVDT位移传感器2间的固定连接；所述紧固螺钉17分别与小端盖18和滑动槽后盖11前端套筒侧面开设的螺纹孔配合，分别实现对外圈LVDT位移传感器2和中心LVDT位移传感器15的紧固；所述小端盖18为一圆柱形盘体部件，前端设置圆筒形结构，其侧面设置螺纹孔，用于配合紧固螺钉17实现安装并夹紧定位外圈LVDT位移传感器2，后端面周边设置沉头孔，通过螺钉连接实现与主安装座9的固定连接，后端面中心设置通孔，便于布线。

所述氧化膜厚度检测单元包括探头连接板3、弹簧4、电涡流探头6、球副杆7、球副盖8、电磁铁12、滑动槽13、中心LVDT位移传感器15、球副座16；所述探头连接板3为阶梯式圆盘型结构，前端设置带有螺纹孔的圆柱体，通过螺纹连接固定安装电涡流探头6，其前端面设置环形沟槽用于安装密封圈，保证装置整体密封性能；探头连接板3盘体后端面边缘处设置4个均匀分布的U型槽(图7)，用于实现对电磁铁伸出的电磁销的定位，后端面中部设置带有螺纹孔的圆柱体，通过螺纹连接实现与球副杆7的固定连接；所述弹簧4两端分别嵌套于主安装座9中心方形内腔前端面圆筒形凸台外表面和探头连接板3前端圆柱体外表面，且弹簧4两端分别与主安装座9中心方形内腔端面和探头连接板3前端面完全接触，通过弹簧弹力实现探头连接板3的移动；所述电涡流探头6为圆柱体结构，前端与燃料棒接触进行氧化膜厚度检测，后端端部设置外螺纹，通过螺纹连接固定安装气囊5并实现电涡流探头6与探头连接板3的固定连接；所述球副杆7为一端伸出圆柱杆的球体结构，前端圆柱杆设置外螺纹，通过螺纹连接实现球副杆7与探头连接板3固连，后端为球形结构，与球副座16的球形安装座配合，与球副座16铰接组成一个球副用于实现球副杆7的固定；所述球副盖8为中空圆柱体结构，球副盖8前部开设有一大于球副杆7前端球副杆直径的通孔，保证球副杆7具有移动量，后部中心开设有与球副杆7配合的空心球槽，球副盖8后部圆柱形内表面开设有与球副座16配合的内螺纹，通过螺纹连接实现球副盖8与球副座16固连；所述电磁铁12为一长方体形部件，侧面设置螺纹孔，通过螺钉连接固定安装于滑动槽13侧面连接板上，电磁铁12可通过通电断电控制其上电磁销前后移动；所述滑动槽13为一中空长方体结构，中间开设通孔，其内表面与球副座16外表面配合构成移动副，滑动槽13四周外表面均设有长方体形连接板，连接板上设置通孔，用于固定安装电磁铁12；所述中心LVDT位移传感器15为一圆柱体结构，前端设有螺纹连接杆，其前端设置外螺纹，用于与球副座16后端面螺纹孔配合，实现球副座16与中心LVDT位移传感器15间的固定连接；所述球副座16为圆柱体结构，前端配置球形安装座，用于固定球副杆7，与球副杆7铰接组成一个球副，且前部表面设置外螺纹，通过螺纹连接实现球副座16和球副盖8的固定连接；球副座16后端开设螺纹孔，通过螺纹连接固定安装于中心LVDT位移传感器15上，球副座16外表面与滑动槽13内孔配合构成移动副。

所述装载平台包括气囊5、主安装座9、主安装盖10、滑动槽后盖11和航空插头14；所述气囊5由具有延展性的隔热材料制备而成，保证装置的密封性能并降低外部高温环境对检测装置的影响；气囊5前端配置圆环形结构，其外表面设置螺纹，通过螺纹将气囊5固定安装于主安装座9上，气囊5后端配置圆环形结构，其内表面设置螺纹，通过螺纹将气囊5固定安装于电涡流探头6的后端上；

所述主安装座9为长方体形结构，中心设置通孔，用于安装电涡流探头6，主安装座9后端面中心开设沉头方形孔，其沉头端面设置螺纹孔，通过螺钉固定安装滑动槽后盖11，氧化膜厚度检测单元安装于该沉头方形孔内部；主安装座9后端面周边开设8个沉头圆孔，其沉头端面设置螺纹孔，通过螺钉固定安装小端盖18，每一个沉头圆孔内部均安装有一个燃料棒形变检测单元；主安装座9后端面另设置螺纹孔，用于实现其与主安装盖10的固定连接，且上端面和下端面均设有通用连接法兰，开设螺纹孔，用于将主安装座9固定安装于外部移载平台上；所述主安装盖10为正方形板状结构，前端侧面四周边缘处设置环形沟槽用于安装密封圈，保证装置整体密封性能，中心开设螺纹孔，用于安装航空插头14，其四周的内侧另设置沉头孔，用于实现其与主安装座9的固定连接；所述滑动槽后盖11为正方形板状结构，前端设置圆筒形结构，其侧面设置螺纹孔，用于配合紧固螺钉17实现安装并夹紧定位中心LVDT位移传感器15，滑动槽后盖11后端面设置沉头孔，用于实现与主安装座9的固定连接，后端面中心处设置通孔，方便布线；所述航空插头14通过螺纹固定安装于主安装盖10上，用于形成密闭空间。

本发明一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置的工作原理和过程是：本发明装置(如图1和图2所示)包含8个燃料棒形变检测单元(如图3所示)、一个氧化膜厚度检测单元(如图4所示)和装载平台，检测作业前，将装置通过主安装座9(如图5所示)上的通用连接法兰固定安装于外部移载平台上，通过移载平台的驱动使得装置到达核燃料组件燃料棒外圈待检测高度开展检测作业(如图10和图11所示)；燃料棒形变检测过程中，控制移载平台向前移动使装置整体缓慢接近燃料棒待检测位置，装置8个燃料棒形变检测单元中的检测探针将与燃料棒表面发生接触，由于外圈LVDT位移传感器2具备可伸缩性与柔性，故在移载平台的持续进给下8个外圈LVDT位移传感器则会根据燃料棒不同位置处的变形量分别完成不同程度的伸缩，以自适应燃料棒表面形状，待8个检测探针均接触到燃料棒即各自对应的外圈LVDT位移传感器2均产生位移量时，移载平台立即停止进给，随机读取此时外圈LVDT位移传感器2的位移量数值，精确解算出燃料棒此高度的形变，实现对燃料棒形变的柔性测量；待燃料棒形变检测作业完成后，氧化膜厚度检测单元中的4个电磁铁通电，使得其上电磁销向前推出从而推进探头连接板3与电涡流探头6向前移动；由于探头连接板3与其后端固定于滑动槽后盖11上的中心LVDT位移传感器15采用球副连接，可三自由度旋转，故电磁销的推进力使得电涡流探头6前端面接触到燃料棒表面后根据其表面变形被动调整自身位姿并带动探头连接板3旋转，实现电涡流探头6对燃料棒的紧密贴合与垂直对中，进而实现对氧化膜厚度的高精度检测；待氧化膜厚度检测作业完成后，电磁铁断电使得电磁销复位，探头连接板3即可在其前端嵌套的弹簧4弹力作用下回到初始位置，随即控制移载平台反向进给驱动装置移动至初始位置，使得全部检测探针均离开燃料棒，即完成燃料棒此高度上的形变和氧化膜厚度检测作业，装置在移载平台作用下向下移动，对燃料棒下一高度重复上述形变和氧化膜厚度检测作业，利用燃料棒不同高度的多点变形和氧化膜厚度检测信息，解算出燃料棒整体的氧化膜厚度和变形情况。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (2)

1.一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置，包括燃料棒形变检测单元、氧化膜厚度检测单元和装载平台；所述燃料棒形变检测单元和氧化膜厚度检测单元均固定安装于装载平台上，装载平台与外部移载平台刚性连接；其特征在于：

所述燃料棒形变检测单元包括检测探针、外圈LVDT位移传感器、紧固螺钉和小端盖；所述检测探针为一阶梯式圆柱体杆件，前端设有用于接触燃料棒表面的小球体，后端设有螺纹连接座，螺纹连接座后端面设置螺纹孔，通过螺纹连接实现检测探针与外圈LVDT位移传感器的刚性连接；所述外圈LVDT位移传感器为一圆柱体结构，前端设有螺纹连接杆，其前端设置外螺纹，用于与检测探针后端面的螺纹孔配合，实现检测探针与外圈LVDT位移传感器间的固定连接；所述紧固螺钉分别与小端盖和滑动槽后盖前端套筒侧面开设的螺纹孔配合，分别实现对外圈LVDT位移传感器和中心LVDT位移传感器的紧固；所述小端盖为一圆柱形盘体部件，前端设置圆筒形结构，其侧面设置螺纹孔，用于配合紧固螺钉实现安装并夹紧定位外圈LVDT位移传感器，后端面周边设置沉头孔，通过螺钉连接实现与主安装座的固定连接，后端面中心设置通孔，便于布线；

所述氧化膜厚度检测单元包括探头连接板、弹簧、电涡流探头、球副杆、球副盖、电磁铁、滑动槽、中心LVDT位移传感器、球副座；所述探头连接板为阶梯式圆盘型结构，前端设置带有螺纹孔的圆柱体，通过螺纹连接固定安装电涡流探头，其前端面设置环形沟槽用于安装密封圈，保证装置整体密封性能；探头连接板盘体后端面边缘处设置个均匀分布的U型槽，用于实现对电磁铁伸出的电磁销的定位，后端面中部设置带有螺纹孔的圆柱体，通过螺纹连接实现与球副杆的固定连接；所述弹簧两端分别嵌套于主安装座中心方形内腔前端面圆筒形凸台外表面和探头连接板前端圆柱体外表面，且弹簧两端分别与主安装座中心方形内腔端面和探头连接板前端面完全接触，通过弹簧弹力实现探头连接板的移动；所述电涡流探头为圆柱体结构，前端与燃料棒接触进行氧化膜厚度检测，后端端部设置外螺纹，通过螺纹连接固定安装气囊并实现电涡流探头与探头连接板的固定连接；所述球副杆为一端伸出圆柱杆的球体结构，前端圆柱杆设置外螺纹，通过螺纹连接实现球副杆与探头连接板固连，后端为球形结构，与球副座的球形安装座配合，与球副座铰接组成一个球副，用于实现球副杆的固定；所述球副盖为中空圆柱体结构，球副盖前部开设有一大于球副杆前端球副杆直径的通孔，保证球副杆具有移动量，后部中心开设有与球副杆配合的空心球槽，球副盖后部圆柱形内表面开设有与球副座配合的内螺纹，通过螺纹连接实现球副盖与球副座固连；所述电磁铁为一长方体形部件，侧面设置螺纹孔，通过螺钉连接固定安装于滑动槽侧面连接板上，电磁铁可通过通电断电控制其上电磁销前后移动；所述滑动槽为一中空长方体结构，中间开设通孔，其内表面与球副座外表面配合构成移动副，滑动槽四周外表面均设有长方体形连接板，连接板上设置通孔，用于固定安装电磁铁；所述中心LVDT位移传感器为一圆柱体结构，前端设有螺纹连接杆，其前端设置外螺纹，用于与球副座后端面螺纹孔配合，实现球副座与中心LVDT位移传感器间的固定连接；所述球副座为圆柱体结构，前端配置球形安装座，用于固定球副杆，与球副杆铰接组成一个球副，且前部表面设置外螺纹，通过螺纹连接实现球副座和球副盖的固定连接；球副座后端开设螺纹孔，通过螺纹连接固定安装于中心LVDT位移传感器上，球副座外表面与滑动槽内孔配合构成移动副；

所述装载平台包括气囊、主安装座、主安装盖、滑动槽后盖和航空插头；所述气囊由具有延展性的隔热材料制备而成，保证装置的密封性能并降低外部高温环境对检测装置的影响；气囊前端配置圆环形结构，其外表面设置螺纹，通过螺纹将气囊固定安装于主安装座上，气囊后端配置圆环形结构，其内表面设置螺纹，通过螺纹将气囊固定安装于电涡流探头的后端上；

所述主安装座为长方体形结构，中心设置通孔，用于安装电涡流探头，主安装座后端面中心开设沉头方形孔，其沉头端面设置螺纹孔，通过螺钉固定安装滑动槽后盖，氧化膜厚度检测单元安装于该沉头方形孔内部；主安装座后端面周边开设个沉头圆孔，其沉头端面设置螺纹孔，通过螺钉固定安装小端盖，每一个沉头圆孔内部均安装有一个燃料棒形变检测单元；主安装座后端面另设置螺纹孔，用于实现其与主安装盖的固定连接，且上端面和下端面均设有通用连接法兰，开设螺纹孔，用于将主安装座固定安装于外部移载平台上；所述主安装盖中心开设螺纹孔，用于安装航空插头，其四周的内侧另设置沉头孔，用于实现其与主安装座的固定连接；所述滑动槽后盖为正方形板状结构，前端设置圆筒形结构，其侧面设置螺纹孔，用于配合紧固螺钉实现安装并夹紧定位中心LVDT位移传感器，滑动槽后盖后端面设置沉头孔，用于实现与主安装座的固定连接，后端面中心处设置通孔，方便布线；所述航空插头通过螺纹固定安装于主安装盖上，用于形成密闭空间。

2.根据权利要求1所述的一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置，其特征在于：所述主安装盖为正方形板状结构，前端侧面四周边缘处设置环形沟槽用于安装密封圈，保证装置整体密封性能。