CN112216415A - 中子探测器自动化撤退和投入的控制系统和控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了中子探测器自动化撤退和投入的控制系统和控制装置，控制系统包括：控制屏、现场屏、升降装置、横向位移装置、红外反射计数高度传感器，对中传感器安装基板，在对中传感器安装基板上呈圆环阵列的至少3个红外反射对中传感器；现场屏包括驱动电路模块和数据回传模块，控制屏通过控制指令线与驱动电路模块导接，控制屏通过回传数据线与数据回传模块导接，驱动电路模块通过驱动传导线与升降装置、横向位移装置导接，数据回传模块通过传感信号线与红外反射计数高度传感器、红外反射对中传感器导接。

Description

中子探测器自动化撤退和投入的控制系统和控制装置

技术领域

本发明涉及中子探测器使用领域，具体用于核电厂的中子探测器自动化撤退和投入的控制系统和控制装置。

背景技术

目前国内外核电厂(俄罗斯的VVER堆型除外)在首次装料及达临界过程中，都会在堆芯引入一次中子源，提高堆芯中子注量率水平，以便通过相应的仪表对整个堆芯装料及达临界过程的堆芯状态进行监测，确保反应堆的安全性。

一次中子源存在进口受限，运输、存储困难，价格昂贵等缺点。取消一次中子源将成为核电技术发展的趋势，将很大程度上提高核电技术的先进性、经济性、安全性。

这样，在将来的核反应堆启动时，无需引入中子源，由于没有中子源的引入，导致外泄中子量极大的减少，而现有的堆外中子探测器一般适用于有中子源引入的使用场景，由于该场景下，中子量较大，可以很好的测量中子量，但随着无需引入中子源的条件发生，现有的堆外中子探测器的灵敏度已然不适应这种低中子量的使用场景。

因此，为了适配无中子源启动核反应堆的这种场景，需要设计更高灵敏度的中子探测器用于布置在堆外，才能对中子实现有效的探测；

然而设计出的这种适配无中子源启动核反应堆的高灵敏度的中子探测器存在一个使用问题，其不能长期放置于高辐照的环境，否则会导致这种高灵敏度的中子探测器损坏，这种高灵敏度的中子探测器与本申请同时申请专利，其技术细节在发明内容中进行披露。

因此，本申请需要解决的技术问题是如何设计出适配于该高灵敏度的中子探测器在高辐照环境时自动化撤退控制系统，以避免高灵敏度的中子探测器损坏；同时该自动化撤退控制系统也能适应现有普通的中子探测器的撤退。

发明内容

本发明目的提供用于核电厂的中子探测器自动化撤退和投入的控制系统和控制装置，该中子探测器自动化撤退和投入的控制系统和控制装置可以对堆外的中子探测器实现自动化撤退控制和自动化投入控制。

本发明通过下述技术方案实现：

中子探测器自动化撤退和投入的控制系统，包括：

布局于控制厂房的控制屏、布局于反应堆厂房的现场屏、布局在堆外仪表井的井进口处的升降装置、布局于堆外仪表井的井底部处的横向位移装置、布局于堆外仪表井的井内壁的红外反射计数高度传感器，布局于升降装置底部的对中传感器安装基板，在对中传感器安装基板上呈圆环阵列的至少3个红外反射对中传感器；

升降装置通过其内的卷扬钢丝带动中子探测器上下位移；

横向位移装置上装配有喇叭口探测器容器，在中子探测器落入到喇叭口探测器容器内时，横向位移装置带动中子探测器横向位移；

现场屏包括驱动电路模块和数据回传模块，控制屏通过控制指令线与驱动电路模块导接，控制屏通过回传数据线与数据回传模块导接，驱动电路模块通过驱动传导线与升降装置、横向位移装置导接，数据回传模块通过传感信号线与红外反射计数高度传感器、红外反射对中传感器导接。

控制时，控制屏根据手动的撤退指令或根据中子探测器探测到中子数量超过阈值时，启动撤退控制动作；

投入控制动作包括：

控制屏输出控制指令使得驱动电路模块驱动控制横向位移装置向外带动中子探测器横向位移，

控制屏根据红外反射对中传感器回传的对中感应信号进行对中确认为对中到位，

控制屏输出控制指令使得驱动电路模块驱动控制升降装置带动中子探测器向上移动。

控制时，控制屏根据手动的投入指令或根据中子探测器探测到中子数量低于阈值时，启动投入控制动作；

投入控制动作包括：

控制屏根据红外反射对中传感器回传的对中感应信号进行对中确认为对中到位，

控制屏输出控制指令使得驱动电路模块驱动控制升降装置带动中子探测器向下移动，

控制屏根据红外反射计数高度传感器回传的高度计数信号进行高度确认为下降高度到位；

控制屏输出控制指令使得驱动电路模块驱动控制控制横向位移装置向内带动中子探测器横向位移。

上述向外和向内横向位移是相对于反应堆的描述，向内是指靠近反应堆，向外是指远离反应堆。

中子探测器安装在堆外仪表井内的探测器容器中，该容器处于生物屏蔽墙内部。喇叭口探测器容器通过贯穿伸缩杆与生物屏蔽墙外部的横向驱动装置相连，贯穿伸缩杆与横向驱动装置(横向驱动气缸)组成横向位移装置。可以在生物屏蔽墙外通过横向驱动装置将探测器容器拉至撤离点位位置，此时探测器容器中心线与仪表井中心线对中(横向驱动装置实现第一次对中动作)，本发明可以通过红外反射对中传感器和控制屏的对中确认模块实现对中子探测器是否被移动到撤离点位位置而进行对中确认；再通过升降装置将中子探测器吊出堆外仪表井。中子探测器投入时，通过升降装置将中子探测器放入探测器容器中(实现提供横向驱动装置对探测器容器位移，使得探测器容器中心线与仪表井中心线对中)，在下放过程中或过程前通过红外反射对中传感器和控制屏的对中确认模块实现对中子探测器的对中确认，避免在下放过程中或下放过程前由于中子探测器的晃动导致中子探测器无法插入到探测器容器内，然后通过横向强度装置将探测器容器推至工作位置。工作位置和撤离点位位置都位于仪表井下部。仪表井下部正对反应堆，辐照剂量高。仪表井上部远离堆芯，辐照剂量相对较低。因此，提供上述控制系统和控制动作实现对中子探测器的投入和撤退控制。

在上述方案的基础上，进一步的技术方案为：

所述控制屏包括存储器和处理器、1个或多个模块，

1个或多个模块存储在存储器中并被配置成由所述处理器执行，所述一个或多个模块包括：

获取中子探测器回传的中子数量数据与数量阈值进行比较的比较模块；

获取自动撤退指令的撤退指令获取模块；

获取红外反射对中传感器回传的对中感应信号并依据对中感应信号执行对中确认的对中确认模块；

获取红外反射计数高度传感器回传的高度计数信号并依据高度计数信号执行升高高度到位确认的升高高度确认模块；

当比较模块的比较结果为：回传的中子数量数据大于数量阈值或撤退指令获取模块获得：自动撤退指令时，输出撤离驱动指令的撤离指令模块；

撤离指令模块输出的撤离驱动指令包括：

控制横向位移装置带动中子探测器向远离于反应堆的方向横向移动的驱动指令；

在对中确认模块确认为：对中到位时、控制升降装置带动中子探测器向上移动的驱动指令；

在升高高度确认模块确认为：升高高度到位时、控制升降装置闭锁的驱动指令。

在上述方案的基础上，进一步的技术方案为：

所述控制屏包括存储器和处理器、1个或多个模块，

1个或多个模块存储在存储器中并被配置成由所述处理器执行，所述一个或多个模块包括：

获取中子探测器回传的中子数量数据与数量阈值进行比较的比较模块；

获取自动投入指令的投入指令获取模块；

获取红外反射对中传感器回传的对中感应信号并依据对中感应信号执行对中确认的对中确认模块；

获取红外反射计数高度传感器回传的高度计数信号并依据高度计数信号执行下降高度到位确认的下降高度确认模块；

当比较模块的比较结果为：回传的中子数量数据小于数量阈值或投入指令获取模块获得：自动投入指令时，输出投入驱动指令的投入指令模块；

投入指令模块输出的投入驱动指令包括：

在对中确认模块确认为：对中到位时、控制升降装置带动中子探测器向下移动的驱动指令；

在下降高度确认模块确认为：下降高度到位时、控制横向位移装置带动中子探测器向靠近于反应堆的方向横向移动的驱动指令。

在上述方案的基础上，进一步的技术方案为：

当所有红外反射对中传感器回传的对中感应信号均为有效对中点位时，对中确认模块执行对中确认为：对中到位。

在上述方案的基础上，进一步的技术方案为：

中子探测器的上端面的外沿涂覆有高反光涂层形成有高反光涂层外环，高反光涂层外环的环内区域为涂覆有低反光涂层形成有低反光涂层内圆面；

红外反射对中传感器的探测头朝下，正对中子探测器的上端，

红外反射对中传感器具有1个点位感应控制处理器和位于同侧的1个红外发射二极管和1个反射光敏电阻，点位感应控制处理器用于控制红外发射二极管发光，反射光敏电阻用于根据反射光的强度的大小获得不同感应电压，点位感应控制处理器用于根据反射光敏电阻的感应电压与电压阈值进行比较，点位感应控制处理器用于在感应电压低于预设低电压阈值时、记录为有效对中点位，记录有效对中点位时，表明：此时红外反射对中传感器的探测头正对高反光涂层外环。

在上述方案的基础上，进一步的技术方案为：

所述高反光涂层外环的环宽度为40-60mm。

在上述方案的基础上，进一步的技术方案为：

所述卷扬钢丝为具有外壳的钢丝，钢丝的外壳从上之下交替涂覆有低反光涂层和高反光涂层后形成有宽度为1mm的低反光涂层环和1mm的高反光涂层环；

红外反射计数高度传感器具有1个计数控制处理器和位于同侧的1个红外发射二极管和1个反射光敏电阻，计数控制处理器用于控制红外发射二极管发光，反射光敏电阻用于根据反射光的强度的大小获得不同感应电压，计数控制处理器用于根据反射光敏电阻的感应电压与电压阈值进行比较，计数控制处理器用于在感应电压大于高电压阈值或感应电压低于预设低电压阈值时，进行计数1次、并进行累加计算为总次数后输出高度计数信号。

在上述方案的基础上，进一步的技术方案为：

所述升降装置包括升降驱动电机、卷绕轮、降驱动电机的输出转轴与卷绕轮联动，卷扬钢丝绕制在卷绕轮上；降驱动电机受驱动电路模块的控制；

所述横向位移装置包括横向驱动气缸，横向驱动气缸的具有横向贯穿堆外仪表井的贯穿伸缩杆，喇叭口探测器容器竖向设立后安装于贯穿伸缩杆上；横向驱动气缸受驱动电路模块的控制。

优选的，现场屏和控制屏，两者直接通过光纤进行网络通讯。

在上述方案中，本发明还设计了新的红外反射对中传感器和红外反射计数高度传感器，这2个器件有别于现有技术，其采用的是反射感光强度原理，在特定的反光设置下，其光敏电阻能识别出不同的反光强度，从这些反光强度中找打我们需要的特征强度，即可实现有效信息的识别。比如，在本发明中，将钢丝的外壳设置不同的反光材料，且这些不同反光材料的尺寸均为1mm，红外反射计数高度传感器可以根据反光强度进行计数，从而根据计数次数*1mm就可以得出高度数据；其高度可以控制在毫米级别的精度。又比如，本发明为了实现对中，将中子探测器的外沿设置一圈高反光涂层，当圆周布局的所有红外反射对中传感器都识别出高反光状态时，则视为红外反射对中传感器所在的圆与中子探测器对中。

中子探测器自动化的控制装置，所述中子探测器自动撤离控制装置为用于布局于控制厂房的控制屏；

所述控制屏包括存储器和处理器、1个或多个模块，

1个或多个模块存储在存储器中并被配置成由所述处理器执行，所述一个或多个模块包括：

获取中子探测器回传的中子数量数据与数量阈值进行比较的比较模块；

获取自动撤退指令的撤退指令获取模块；

获取红外反射对中传感器回传的对中感应信号并依据对中感应信号执行对中确认的对中确认模块；

获取红外反射计数高度传感器回传的高度计数信号并依据高度计数信号执行升高高度到位确认的升高高度确认模块；

当比较模块的比较结果为：回传的中子数量数据大于数量阈值或撤退指令获取模块获得：自动撤退指令时，输出撤离驱动指令的撤离指令模块；

撤离指令模块输出的撤离驱动指令包括：

控制横向位移装置带动中子探测器向远离于反应堆的方向横向移动的驱动指令；

在对中确认模块确认为：对中到位时、控制升降装置带动中子探测器向上移动的驱动指令；

在升高高度确认模块确认为：升高高度到位时、控制升降装置闭锁的驱动指令。

中子探测器自动化的控制装置，所述中子探测器自动投入控制装置为用于布局于控制厂房的控制屏；

所述控制屏包括存储器和处理器、1个或多个模块，

1个或多个模块存储在存储器中并被配置成由所述处理器执行，所述一个或多个模块包括：

获取中子探测器回传的中子数量数据与数量阈值进行比较的比较模块；

获取自动投入指令的投入指令获取模块；

获取红外反射对中传感器回传的对中感应信号并依据对中感应信号执行对中确认的对中确认模块；

获取红外反射计数高度传感器回传的高度计数信号并依据高度计数信号执行下降高度到位确认的下降高度确认模块；

当比较模块的比较结果为：回传的中子数量数据小于数量阈值或投入指令获取模块获得：自动投入指令时，输出投入驱动指令的投入指令模块；

投入指令模块输出的投入驱动指令包括：

在对中确认模块确认为：对中到位时、控制升降装置带动中子探测器向下移动的驱动指令；

在下降高度确认模块确认为：下降高度到位时、控制横向位移装置带动中子探测器向靠近于反应堆的方向横向移动的驱动指令。

本发明的有益效果为：

本发明在反应堆达临界以后通过该系统将中子探测器自动提升至辐照剂量相对较低的区域，保护中子探测器不被高剂量辐照损坏。在后续反应堆启动过程中，将堆外高灵敏度中子探测器下放，并推至工作位置，以保证反应堆的正常启动。本装置同时能减少核电厂运行维修人员所受辐照剂量

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

附图1为控制系统的结构示意图。

附图2为红外反射计数高度传感器与卷扬钢丝的对应关系结构示意图。

附图3为红外反射对中传感器与中子探测器端部的对应关系结构示意图。

附图4为升降装置的结构示意图。

附图5为红外反射对中传感器的布局结构示意图。

附图6为控制线路的布局示意图。

附图7为红外反射计数高度传感器的原理图。

附图8为红外反射对中传感器的的原理图。

附图9为适应无中子源启动反应堆的高灵敏中子探测器的结构示意图。

附图10为为适应无中子源启动反应堆的高灵敏中子探测器的的布局系统的结构示意图。

附图11为适应无中子源启动反应堆的高灵敏中子探测器的电信号处理部的结构示意图。

图1-图8中的附图标记分别表示为：

1、控制屏；2、现场屏；3、驱动和数据回传导线；4、升降装置；5、红外反射计数高度传感器；6、横向位移装置；7、卷扬钢丝；8、中子探测器；9、喇叭口导入孔；10、喇叭口探测器容器；11、贯穿伸缩杆；12、反应堆；41、升降驱动电机；42、卷绕轮；43、对中传感器安装基板；44、红外反射对中传感器；45、钢丝贯穿通孔；71、低反光涂层环；72、高反光涂层环；81、低反光涂层内圆面；82、高反光涂层外环。

图9-图11中的附图标记分别为：

1A、慢化体；11A、慢化材料填充部；2A、中子感应芯体；21A、下灵敏段；22A、中灵敏段；23A、上灵敏段；24A、信号端子；3A、吊钩；12、反应堆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1-图8所示：

中子探测器自动化撤退和投入的控制系统，包括：

布局于控制厂房的控制屏1、布局于反应堆厂房的现场屏2、布局在堆外仪表井的井进口处的升降装置4、布局于堆外仪表井的井底部处的横向位移装置6、布局于堆外仪表井的井内壁的红外反射计数高度传感器5，布局于升降装置4底部的对中传感器安装基板43，在对中传感器安装基板上呈圆环阵列的至少3个红外反射对中传感器44；

升降装置4通过其内的卷扬钢丝7带动中子探测器8上下位移；

横向位移装置6上装配有喇叭口探测器容器10，在中子探测器8落入到喇叭口探测器容器10内时，横向位移装置6带动中子探测器8横向位移；

现场屏2包括驱动电路模块和数据回传模块，控制屏1通过控制指令线与驱动电路模块导接，控制屏1通过回传数据线与数据回传模块导接，驱动电路模块通过驱动传导线与升降装置4、横向位移装置6导接，数据回传模块通过传感信号线与红外反射计数高度传感器5、红外反射对中传感器44导接。

控制时，控制屏1根据手动的撤退指令或根据中子探测器8探测到中子数量超过阈值时，启动撤退控制动作；

投入控制动作包括：

控制屏1输出控制指令使得驱动电路模块驱动控制横向位移装置6向外带动中子探测器8横向位移，

控制屏1根据红外反射对中传感器44回传的对中感应信号进行对中确认为对中到位，

控制屏1输出控制指令使得驱动电路模块驱动控制升降装置4带动中子探测器向上移动。

控制时，控制屏1根据手动的投入指令或根据中子探测器8探测到中子数量低于阈值时，启动投入控制动作；

投入控制动作包括：

控制屏1根据红外反射对中传感器44回传的对中感应信号进行对中确认为对中到位，

控制屏1输出控制指令使得驱动电路模块驱动控制升降装置4带动中子探测器向下移动，

控制屏1根据红外反射计数高度传感器5回传的高度计数信号进行高度确认为下降高度到位；

控制屏1输出控制指令使得驱动电路模块驱动控制控制横向位移装置6向内带动中子探测器8横向位移。

上述向外和向内横向位移是相对于反应堆的描述，向内是指靠近反应堆，向外是指远离反应堆。

中子探测器安装在堆外仪表井内的探测器容器中，该容器处于生物屏蔽墙内部。喇叭口探测器容器通过贯穿伸缩杆与生物屏蔽墙外部的横向驱动装置相连，贯穿伸缩杆与横向驱动装置(横向驱动气缸)组成横向位移装置。可以在生物屏蔽墙外通过横向驱动装置将探测器容器拉至撤离点位位置，此时探测器容器中心线与仪表井中心线对中(横向驱动装置实现第一次对中动作)，本发明可以通过红外反射对中传感器(44)和控制屏的对中确认模块实现对中子探测器是否被移动到撤离点位位置而进行对中确认；再通过升降装置将中子探测器吊出堆外仪表井。中子探测器投入时，通过升降装置将中子探测器放入探测器容器中(实现提供横向驱动装置对探测器容器位移，使得探测器容器中心线与仪表井中心线对中)，在下放过程中或过程前通过红外反射对中传感器44和控制屏的对中确认模块实现对中子探测器的对中确认，避免在下放过程中或下放过程前由于中子探测器的晃动导致中子探测器无法插入到探测器容器内，然后通过横向强度装置将探测器容器推至工作位置。工作位置和撤离点位位置都位于仪表井下部。仪表井下部正对反应堆，辐照剂量高。仪表井上部远离堆芯，辐照剂量相对较低。因此，提供上述控制系统和控制动作实现对中子探测器的投入和撤退控制。

在上述方案的基础上，进一步的技术方案为：

所述控制屏包括存储器和处理器、1个或多个模块，

1个或多个模块存储在存储器中并被配置成由所述处理器执行，所述一个或多个模块包括：

获取中子探测器9回传的中子数量数据与数量阈值进行比较的比较模块；

获取自动撤退指令的撤退指令获取模块；

获取红外反射对中传感器回传的对中感应信号并依据对中感应信号执行对中确认的对中确认模块；

获取红外反射计数高度传感器回传的高度计数信号并依据高度计数信号执行升高高度到位确认的升高高度确认模块；

当比较模块的比较结果为：回传的中子数量数据大于数量阈值或撤退指令获取模块获得：自动撤退指令时，输出撤离驱动指令的撤离指令模块；

撤离指令模块输出的撤离驱动指令包括：

控制横向位移装置带动中子探测器向远离于反应堆的方向横向移动的驱动指令；

在对中确认模块确认为：对中到位时、控制升降装置4带动中子探测器向上移动的驱动指令；

在升高高度确认模块确认为：升高高度到位时、控制升降装置4闭锁的驱动指令。

在上述方案的基础上，进一步的技术方案为：

所述控制屏包括存储器和处理器、1个或多个模块，

1个或多个模块存储在存储器中并被配置成由所述处理器执行，所述一个或多个模块包括：

获取中子探测器9回传的中子数量数据与数量阈值进行比较的比较模块；

获取自动投入指令的投入指令获取模块；

获取红外反射对中传感器回传的对中感应信号并依据对中感应信号执行对中确认的对中确认模块；

获取红外反射计数高度传感器回传的高度计数信号并依据高度计数信号执行下降高度到位确认的下降高度确认模块；

当比较模块的比较结果为：回传的中子数量数据小于数量阈值或投入指令获取模块获得：自动投入指令时，输出投入驱动指令的投入指令模块；

投入指令模块输出的投入驱动指令包括：

在对中确认模块确认为：对中到位时、控制升降装置4带动中子探测器向下移动的驱动指令；

在下降高度确认模块确认为：下降高度到位时、控制横向位移装置带动中子探测器向靠近于反应堆的方向横向移动的驱动指令。

在上述方案的基础上，进一步的技术方案为：

当所有红外反射对中传感器回传的对中感应信号均为有效对中点位时，对中确认模块执行对中确认为：对中到位。

在上述方案的基础上，进一步的技术方案为：

中子探测器8的上端面的外沿涂覆有高反光涂层形成有高反光涂层外环82，高反光涂层外环82的环内区域为涂覆有低反光涂层形成有低反光涂层内圆面81；

红外反射对中传感器44的探测头朝下，正对中子探测器8的上端，

红外反射对中传感器44具有1个点位感应控制处理器和位于同侧的1个红外发射二极管和1个反射光敏电阻，点位感应控制处理器用于控制红外发射二极管发光，反射光敏电阻用于根据反射光的强度的大小获得不同感应电压，点位感应控制处理器用于根据反射光敏电阻的感应电压与电压阈值进行比较，点位感应控制处理器用于在感应电压低于预设低电压阈值时、记录为有效对中点位，记录有效对中点位时，表明：此时红外反射对中传感器44的探测头正对高反光涂层外环82。

在上述方案的基础上，进一步的技术方案为：

所述高反光涂层外环82的环宽度为40-60mm。

在上述方案的基础上，进一步的技术方案为：

所述卷扬钢丝7为具有外壳的钢丝，钢丝的外壳从上之下交替涂覆有低反光涂层和高反光涂层后形成有宽度为1mm的低反光涂层环71和1mm的高反光涂层环72；

红外反射计数高度传感器5具有1个计数控制处理器和位于同侧的1个红外发射二极管和1个反射光敏电阻，计数控制处理器用于控制红外发射二极管发光，反射光敏电阻用于根据反射光的强度的大小获得不同感应电压，计数控制处理器用于根据反射光敏电阻的感应电压与电压阈值进行比较，计数控制处理器用于在感应电压大于高电压阈值或感应电压低于预设低电压阈值时，进行计数1次、并进行累加计算为总次数后输出高度计数信号。

在上述方案的基础上，进一步的技术方案为：

所述升降装置包括升降驱动电机41、卷绕轮42、降驱动电机41的输出转轴与卷绕轮42联动，卷扬钢丝绕制在卷绕轮42上；降驱动电机41受驱动电路模块的控制；

所述横向位移装置包括横向驱动气缸，横向驱动气缸的具有横向贯穿堆外仪表井的贯穿伸缩杆11，喇叭口探测器容器10竖向设立后安装于贯穿伸缩杆11上；横向驱动气缸受驱动电路模块的控制。

优选的，现场屏和控制屏，两者直接通过光纤进行网络通讯。

在上述方案中，本发明还设计了新的红外反射对中传感器44和红外反射计数高度传感器，这2个器件有别于现有技术，其采用的是反射感光强度原理，在特定的反光设置下，其光敏电阻能识别出不同的反光强度，从这些反光强度中找打我们需要的特征强度，即可实现有效信息的识别。比如，在本发明中，将钢丝的外壳设置不同的反光材料，且这些不同反光材料的尺寸均为1mm，红外反射计数高度传感器可以根据反光强度进行计数，从而根据计数次数*1mm就可以得出高度数据；其高度可以控制在毫米级别的精度。又比如，本发明为了实现对中，将中子探测器的外沿设置一圈高反光涂层，当圆周布局的所有红外反射对中传感器44都识别出高反光状态时，则视为红外反射对中传感器44所在的圆与中子探测器对中。

实施例2

如图1-图8所示：

中子探测器自动化的控制装置，所述中子探测器自动撤离控制装置为用于布局于控制厂房的控制屏1；

所述控制屏包括存储器和处理器、1个或多个模块，

1个或多个模块存储在存储器中并被配置成由所述处理器执行，所述一个或多个模块包括：

获取中子探测器9回传的中子数量数据与数量阈值进行比较的比较模块；

获取自动撤退指令的撤退指令获取模块；

获取红外反射对中传感器回传的对中感应信号并依据对中感应信号执行对中确认的对中确认模块；

获取红外反射计数高度传感器回传的高度计数信号并依据高度计数信号执行升高高度到位确认的升高高度确认模块；

当比较模块的比较结果为：回传的中子数量数据大于数量阈值或撤退指令获取模块获得：自动撤退指令时，输出撤离驱动指令的撤离指令模块；

撤离指令模块输出的撤离驱动指令包括：

控制横向位移装置带动中子探测器向远离于反应堆的方向横向移动的驱动指令；

在对中确认模块确认为：对中到位时、控制升降装置4带动中子探测器向上移动的驱动指令；

在升高高度确认模块确认为：升高高度到位时、控制升降装置4闭锁的驱动指令。

实施例3

如图1-图8所示：

中子探测器自动化的控制装置，所述中子探测器自动投入控制装置为用于布局于控制厂房的控制屏1；

所述控制屏包括存储器和处理器、1个或多个模块，

1个或多个模块存储在存储器中并被配置成由所述处理器执行，所述一个或多个模块包括：

获取中子探测器9回传的中子数量数据与数量阈值进行比较的比较模块；

获取自动投入指令的投入指令获取模块；

获取红外反射对中传感器回传的对中感应信号并依据对中感应信号执行对中确认的对中确认模块；

获取红外反射计数高度传感器回传的高度计数信号并依据高度计数信号执行下降高度到位确认的下降高度确认模块；

当比较模块的比较结果为：回传的中子数量数据小于数量阈值或投入指令获取模块获得：自动投入指令时，输出投入驱动指令的投入指令模块；

投入指令模块输出的投入驱动指令包括：

在对中确认模块确认为：对中到位时、控制升降装置4带动中子探测器向下移动的驱动指令；

在下降高度确认模块确认为：下降高度到位时、控制横向位移装置带动中子探测器向靠近于反应堆的方向横向移动的驱动指令。

一种适应核电厂无中子源引入的高灵敏中子探测器：

如图9-图11所示；

所述中子探测器为要解决核电厂无中子源引入启动所研发的一款新的高灵敏中子探测器，该中子探测器，需要避免高辐照环境的需求，因此上述系统可以对该中子探测器实现自动化撤退。

所述中子探测器具体为：包括中子感应芯体，中子感应芯体内设置有至少2个灵敏段，灵敏段依次从上至下沿中子感应芯体的纵向长度方向依次排列布置。

在本发明中，中子探测器用于监测核电厂反应堆新燃料组件自发裂变产生的中子，由于取消中子源引入，因此，本发明所设计的中子探测器是用于探测自发裂变产生的中子，这种释放出的本底中子量小，因此对于现有的堆外检测的中子探测器并不适用该应用场景。在现有提高中子探测灵敏度的技术中，多数是提供材料改进的技术手段来实现探测灵敏度提升。但经过研究发现，目前的材料还难以满足这种特殊的需求。为此，从理论角度来看，还可以采用提高灵敏段体积的做法来实现，因此，由于探测器需要布设在堆外，对堆芯的整个高度区域进行检测，我们理论上可以制造灵敏段高度达到3米，利用长度方向的增加，提高整体空腔尺寸才能有足够的氦气体积形成的灵敏段(灵敏段的设计原理是：内部填充氦气，中子对氦气反应后释放电子，电子汇聚成感应电流或电压，从而根据电流或电压确定中子量)才能达到灵敏度的要求；然而这种超高度的灵敏段从制造工艺角度无法实现，同时这种结构在转配和拆卸时也是非常复杂的。因此这种大尺寸的灵敏段仅理论支持、难以实际应用。

本发明经过分析和研究后发现，本发明将1个整体灵敏段分割为多个独立的灵敏段，这些独立的灵敏段各自独立输出感应电信号，同时设置对应的处理电路，将这些感应信号叠加在一起，其灵敏度等同于整个高度方向长度的灵敏段的效果。因此，本发明设置了多个独立的灵敏段，但要求这些灵敏段在高度方向上从上至下依次排列，以满足对堆芯高度方向的全覆盖的，从而从叠加角度实现高灵敏度的目的。

进一步的技术方案为：中子感应芯体2A的外露端设置有信号端子24A，每个灵敏段各自引出电信号线后经过电信号处理部的处理后输出信号从信号端子24A输出。

进一步的技术方案为：还包括电信号处理部，电信号处理部包括加法电路，加法电路引入每个灵敏段的电信号进行加法处理后，将加法处理后的结果视为中子探测器的实测数值。

进一步的技术方案为：电信号处理部还包括数量与灵敏段数量相等的电荷放大电路，电荷放大电路一一对应的引入灵敏段的电信号；电荷放大电路的输出端均连接到加法电路，电荷放大电路将每段灵敏段的电信号各自独立放大处理，加法电路将放大处理后的灵敏段的电信号进行加法处理。

在此处设置电荷放大电路以实现对每个灵敏段的信号分别进行放大，输出电压信号；同时还可以在加法处理电路之后设置阻抗匹配电路，阻抗匹配电路可调整整个电子电路的输出阻抗，匹配外接电缆及连接器的阻抗。

进一步的技术方案为：所述灵敏段的数量为3，灵敏段有：上灵敏段23A、中灵敏段22A、下灵敏段21A，上灵敏段23A、中灵敏段22A、下灵敏段21A从上至下沿中子感应芯体2A的纵向长度方向依次排列布置。

进一步的技术方案为：所述灵敏段为内部填充氦气的空腔管。

进一步的技术方案为：中子感应芯体2A的长度大于或等于反应堆12的堆芯活性段的长度；每个灵敏段的长度为0.8m-1.5m。

进一步的技术方案为：还包括套设在中子感应芯体2A外的慢化体1A，慢化体包括内套管和外套管，中子感应芯体2A设置在内套管内，内套管和外套管之间填充有慢化材料填充部11A。

在上述设计方案的基础上，具体的：

如图9所示，探测器主要由慢化体和中子感应芯体构成，分别独立，可将中子感应芯体从慢化体中取出并更换中子感应芯体。慢化体和中子感应芯体分别设置有吊钩3A，通过线缆连接，以便整体吊装。

慢化体的外套管和内套管采用铝管，中间设置连接拉杆，并填充高密度聚乙烯作为慢化材料填充部11，以便慢化中子。

如图9所示，中子感应芯体主要由三个对中子灵敏的灵敏段和电子电路(电信号处理部)组成，内部设拉杆，以便设备部件定位及增强结构强度。如图9所示，三个灵敏段在中子感应芯体2A内部纵向布置，每个灵敏体的中心线与堆芯的堆芯活性段的1/3高度中心线平齐。电子电路(电信号处理部)结构图如图11所示，主要包含电荷放大电路、加法电路和阻抗匹配电路。电荷放大电路对三个灵敏区段的信号分别进行放大，输出电压信号；加法电路对电荷放大电路输出的信号进行求和，将三个灵敏区段的信号合成一路输出；阻抗匹配电路可调整整个电子电路的输出阻抗，匹配外接电缆及连接器的阻抗。此电子电路输出的信号具有如下特性：信号幅度正比于入射中子能量、输出信号是三个灵敏区段信号的叠加、可适配任意输入阻抗的信号处理电路。

总体来说，本发明的中子探测器的主要技术指标：热中子测量范围：0.0005n·cm^-2·s^-1至100n·cm^-2·s^-1(测量下限以输出0.5cps计算，上限以最高线性计数率1×10⁵cps计算)。

如图9-图11所示，所述中子探测器沿反应堆12外周布局，其中，

用于核电厂的中子探测器自动撤离控制系统和控制装置中中子感应芯体2A的灵敏段与反应堆12的堆芯活性段存在以下对应关系：

堆芯活性段根据灵敏段的数量划分为相同数量的等分段，每段灵敏段的高度方向尺寸的中点与等分段的高度方向尺寸的中点在同一水平高度。

具体的，如图2所示，进一步的技术方案为：

灵敏段的数量为3个，堆芯活性段划分3个等分段，

3个灵敏段分别是上灵敏段23A、中灵敏段22A、下灵敏段21A，

3个等分段分别是上1\3H等分段、中1\3H等分段、下1\3H等分段，

上灵敏段23A的高度方向尺寸的中点与上1\3H等分段的高度方向尺寸的中点在同一水平面A内，

中灵敏段22A的高度方向尺寸的中点与中1\3H等分段的高度方向尺寸的中点在同一水平面B内，

下灵敏段21A的高度方向尺寸的中点与下1\3H等分段的高度方向尺寸的中点在同一水平面C内，

水平面A在水平面B上方，水平面B在水平面C上方。

H为堆芯活性段高度。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.中子探测器自动化撤退和投入的控制系统，其特征在于，包括：

布局于控制厂房的控制屏(1)、布局于反应堆厂房的现场屏(2)、布局在堆外仪表井的井进口处的升降装置(4)、布局于堆外仪表井的井底部处的横向位移装置(6)、布局于堆外仪表井的井内壁的红外反射计数高度传感器(5)，布局于升降装置(4)底部的对中传感器安装基板(43)，在对中传感器安装基板上呈圆环阵列的至少3个红外反射对中传感器(44)；

升降装置(4)通过其内的卷扬钢丝(7)带动中子探测器(8)上下位移；

横向位移装置(6)上装配有喇叭口探测器容器(10)，在中子探测器(8)落入到喇叭口探测器容器(10)内时，横向位移装置(6)带动中子探测器(8)横向位移；

现场屏(2)包括驱动电路模块和数据回传模块，控制屏(1)通过控制指令线与驱动电路模块导接，控制屏(1)通过回传数据线与数据回传模块导接，驱动电路模块通过驱动传导线与升降装置(4)、横向位移装置(6)导接，数据回传模块通过传感信号线与红外反射计数高度传感器(5)、红外反射对中传感器(44)导接。

2.根据权利要求1上述的中子探测器自动化撤退和投入的控制系统，其特征在于，其特征在于，

所述控制屏包括存储器和处理器、1个或多个模块，

1个或多个模块存储在存储器中并被配置成由所述处理器执行，所述一个或多个模块包括：

获取中子探测器(9)回传的中子数量数据与数量阈值进行比较的比较模块；

获取自动撤退指令的撤退指令获取模块；

获取红外反射对中传感器回传的对中感应信号并依据对中感应信号执行对中确认的对中确认模块；

获取红外反射计数高度传感器回传的高度计数信号并依据高度计数信号执行升高高度到位确认的升高高度确认模块；

当比较模块的比较结果为：回传的中子数量数据大于数量阈值或撤退指令获取模块获得：自动撤退指令时，输出撤离驱动指令的撤离指令模块；

撤离指令模块输出的撤离驱动指令包括：

控制横向位移装置带动中子探测器向远离于反应堆的方向横向移动的驱动指令；

在对中确认模块确认为：对中到位时、控制升降装置(4)带动中子探测器向上移动的驱动指令；

在升高高度确认模块确认为：升高高度到位时、控制升降装置(4)闭锁的驱动指令。

3.根据权利要求1上述的中子探测器自动化撤退和投入的控制系统，其特征在于，其特征在于，

所述控制屏包括存储器和处理器、1个或多个模块，

1个或多个模块存储在存储器中并被配置成由所述处理器执行，所述一个或多个模块包括：

获取中子探测器(9)回传的中子数量数据与数量阈值进行比较的比较模块；

获取自动投入指令的投入指令获取模块；

获取红外反射对中传感器回传的对中感应信号并依据对中感应信号执行对中确认的对中确认模块；

获取红外反射计数高度传感器回传的高度计数信号并依据高度计数信号执行下降高度到位确认的下降高度确认模块；

当比较模块的比较结果为：回传的中子数量数据小于数量阈值或投入指令获取模块获得：自动投入指令时，输出投入驱动指令的投入指令模块；

投入指令模块输出的投入驱动指令包括：

在对中确认模块确认为：对中到位时、控制升降装置(4)带动中子探测器向下移动的驱动指令；

在下降高度确认模块确认为：下降高度到位时、控制横向位移装置带动中子探测器向靠近于反应堆的方向横向移动的驱动指令。

4.根据权利要求2或3所述的中子探测器自动化撤退和投入的控制系统，其特征在于，其特征在于，

当所有红外反射对中传感器回传的对中感应信号均为有效对中点位时，对中确认模块执行对中确认为：对中到位。

5.根据权利要求1所述的中子探测器自动化撤退和投入的控制系统，其特征在于，其特征在于，

中子探测器(8)的上端面的外沿涂覆有高反光涂层形成有高反光涂层外环(82)，高反光涂层外环(82)的环内区域为涂覆有低反光涂层形成有低反光涂层内圆面(81)；

红外反射对中传感器(44)的探测头朝下，正对中子探测器(8)的上端，

红外反射对中传感器(44)具有1个点位感应控制处理器和位于同侧的1个红外发射二极管和1个反射光敏电阻，点位感应控制处理器用于控制红外发射二极管发光，反射光敏电阻用于根据反射光的强度的大小获得不同感应电压，点位感应控制处理器用于根据反射光敏电阻的感应电压与电压阈值进行比较，点位感应控制处理器用于在感应电压低于预设低电压阈值时、记录为有效对中点位，记录有效对中点位时，表明：此时红外反射对中传感器(44)的探测头正对高反光涂层外环(82)。

6.根据权利要求5所述的中子探测器自动化撤退和投入的控制系统，其特征在于，其特征在于，

所述高反光涂层外环(82)的环宽度为40-60mm。

7.根据权利要求1所述的中子探测器自动化撤退和投入的控制系统，其特征在于，其特征在于，

所述卷扬钢丝(7)为具有外壳的钢丝，钢丝的外壳从上之下交替涂覆有低反光涂层和高反光涂层后形成有宽度为1mm的低反光涂层环(71)和1mm的高反光涂层环(72)；

红外反射计数高度传感器(5)具有1个计数控制处理器和位于同侧的1个红外发射二极管和1个反射光敏电阻，计数控制处理器用于控制红外发射二极管发光，反射光敏电阻用于根据反射光的强度的大小获得不同感应电压，计数控制处理器用于根据反射光敏电阻的感应电压与电压阈值进行比较，计数控制处理器用于在感应电压大于高电压阈值或感应电压低于预设低电压阈值时，进行计数1次、并进行累加计算为总次数后输出高度计数信号。

8.根据权利要求1所述的中子探测器自动化撤退和投入的控制系统，其特征在于，其特征在于，

所述升降装置包括升降驱动电机(41)、卷绕轮(42)、降驱动电机(41)的输出转轴与卷绕轮(42)联动，卷扬钢丝绕制在卷绕轮(42)上；降驱动电机(41)受驱动电路模块的控制；

所述横向位移装置包括横向驱动气缸，横向驱动气缸的具有横向贯穿堆外仪表井的贯穿伸缩杆(11)，喇叭口探测器容器(10)竖向设立后安装于贯穿伸缩杆(11)上；横向驱动气缸受驱动电路模块的控制。

9.中子探测器自动化的控制装置，其特征在于，所述中子探测器自动撤离控制装置为用于布局于控制厂房的控制屏(1)；

所述控制屏包括存储器和处理器、1个或多个模块，

1个或多个模块存储在存储器中并被配置成由所述处理器执行，所述一个或多个模块包括：

获取中子探测器(9)回传的中子数量数据与数量阈值进行比较的比较模块；

获取自动撤退指令的撤退指令获取模块；

获取红外反射对中传感器回传的对中感应信号并依据对中感应信号执行对中确认的对中确认模块；

获取红外反射计数高度传感器回传的高度计数信号并依据高度计数信号执行升高高度到位确认的升高高度确认模块；

当比较模块的比较结果为：回传的中子数量数据大于数量阈值或撤退指令获取模块获得：自动撤退指令时，输出撤离驱动指令的撤离指令模块；

撤离指令模块输出的撤离驱动指令包括：

控制横向位移装置带动中子探测器向远离于反应堆的方向横向移动的驱动指令；

在对中确认模块确认为：对中到位时、控制升降装置(4)带动中子探测器向上移动的驱动指令；

在升高高度确认模块确认为：升高高度到位时、控制升降装置(4)闭锁的驱动指令。

10.中子探测器自动化的控制装置，其特征在于，所述中子探测器自动投入控制装置为用于布局于控制厂房的控制屏(1)；

所述控制屏包括存储器和处理器、1个或多个模块，

1个或多个模块存储在存储器中并被配置成由所述处理器执行，所述一个或多个模块包括：

获取中子探测器(9)回传的中子数量数据与数量阈值进行比较的比较模块；

获取自动投入指令的投入指令获取模块；

获取红外反射对中传感器回传的对中感应信号并依据对中感应信号执行对中确认的对中确认模块；

获取红外反射计数高度传感器回传的高度计数信号并依据高度计数信号执行下降高度到位确认的下降高度确认模块；

当比较模块的比较结果为：回传的中子数量数据小于数量阈值或投入指令获取模块获得：自动投入指令时，输出投入驱动指令的投入指令模块；

投入指令模块输出的投入驱动指令包括：

在对中确认模块确认为：对中到位时、控制升降装置(4)带动中子探测器向下移动的驱动指令；

在下降高度确认模块确认为：下降高度到位时、控制横向位移装置带动中子探测器向靠近于反应堆的方向横向移动的驱动指令。

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