CN113963821B - 核反应堆泄漏及缺陷声发射信号的有效性判定方法和装置 - Google Patents

核反应堆泄漏及缺陷声发射信号的有效性判定方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了核反应堆泄漏及缺陷声发射信号的有效性判定方法和装置，方法包括：步骤1、获取经处理后的数字声发射信号，并按区间和通道将其分离为多路单通道声发射信号；步骤2、对目标通道声发射信号分别进行有效性判定，得到该目标通道声发射信号的判定次数；步骤3、如果该目标通道声发射信号的判定次数达到阈值，则判定该通道声发射信号有效；步骤4、从多路单通道声发射信号中另选一路作为目标通道声发射信号，重复执行步骤2‑步骤3，直到完成所有通道声发射信号的有效性判定。本发明实现了对核反应堆关键设备泄漏及缺陷信号更准确可靠地监测与诊断，便于维护核反应堆长期稳定安全地运行。

Description

核反应堆泄漏及缺陷声发射信号的有效性判定方法和装置
技术领域
本发明属于核反应堆监测技术领域，具体涉及一种核反应堆泄漏及缺陷声发射信号的有效性判定方法和装置。
背景技术
核反应堆中的关键设备例如主管道和波动管、蒸汽发生器、阀门等设备长期工作在高温高压高辐照的恶劣环境中，对这些关键设备的实时状态监测对于维护核反应堆的安全至关重要，其中，对这些关键设备密封性能的泄漏、缺陷监测是最重要的监测方向之一。
目前，通过在这些关键设备的表面布置声发射传感器进行监测，声发射是材料受外力或内力作用而产生变形或断裂时以应力波的形式释放能量的现象。当发生泄漏或存在缺陷时，设备表明会产生连续且不交叠的声发射脉冲信号予以表征，该信号为中高频的微小信号，在量级上与本底噪声相当。然而，现有监测方法中仅仅依靠有效值大小与随机设置的阈值比较对声发射信号的有效性进行判定，普遍存在将本底噪声或其它各种噪声适时增大误诊断为泄漏或缺陷的情况，或输入标准的正弦波、方波等信号也能触发泄漏或缺陷的情况，此外，还存在声发射信号较小造成系统漏判泄漏及缺陷的情况。
综上所述，本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
在现有技术中，不能有效地对核反应堆关键设备的泄漏及缺陷等声发射信号进行较为准确的判定，存在漏判、误判等情况。
发明内容
为解决现有技术不能有效准确地针对核反应堆关键设备的泄漏及缺陷监测进行声发射信号的判定的问题，本发明提供了一种核反应堆泄漏及缺陷声发射信号的有效性判定方法，实现了对核反应堆关键设备泄漏及缺陷信号更准确可靠地监测与诊断，便于维护核反应堆长期稳定安全地运行。
本发明通过下述技术方案实现：
核反应堆泄漏及缺陷声发射信号的有效性判定方法，包括：
步骤1、获取经核反应堆关键设备密封性监测系统处理后的数字声发射信号，并按区间和通道将其分离为多路单通道声发射信号；从多路单通道声发射信号中任意选择一路作为目标通道声发射信号；
步骤2、对目标通道声发射信号分别进行有效性判定，包括振荡次数有效性判定、长短有效值有效性判定、裕度有效性判定、极大值有效性判定，并根据该目标通道声发射信号的各有效性判定结果进行逻辑运算，得到该目标通道声发射信号的判定次数；
步骤3、将该目标通道声发射信号的判定次数与预先设置的阈值相比较，如果该目标通道声发射信号的判定次数达到阈值，则判定该通道声发射信号有效；
步骤4、从多路单通道声发射信号中另选一路作为目标通道声发射信号，重复执行步骤2-步骤3，直到完成所有通道声发射信号的有效性判定。
优选的，本发明的步骤2具体包括：
步骤21，对一个采样周期内的目标通道声发射信号分别进行振荡次数有效性判定、长短有效值有效性判定、裕度有效性判定和极大值有效性判定；
步骤22，对该采样周期内的目标通道声发射信号的各有效性判断结果进行逻辑与运算，若结果为真，则判定次数M加1，反之则判定次数M置0；所述判定次数M的初始值为0；
步骤23，采用步骤21至步骤22对连续多个采集周期内的目标通道声发射信号进行处理，即可得到该目标通道声发射信号的判定次数M。
优选的，本发明的振荡次数有效性判定具体为：
获取单个声发射信号波形的导数；
根据该声发射信号波形及其导数，得到该声发射信号波形振荡次数；
在振荡有效性判定时间范围内，如果振荡次数大于振荡阈值，则判定该声发射信号的振荡次数有效；如果振荡次数小于振荡阈值与振荡无效因子系数之积，则判定为噪声误触发，将震荡次数重置为0。
优选的，本发明的长短有效值有效性判定过程具体为：
在长有效时间内，如果一声发射信号的短有效值大于长有效值与有效值判定因子之积，则判定该声发射信号的长短有效值有效。
优选的，本发明的裕度有效性判定过程具体为：
如果一声发射信号的实时采样值的四次方加权平均值大于有效判断门限的四次方，则判定该声发射信号裕度有效。
优选的，本发明的极大值有效性判定过程具体为：
在短有效时间内，对一声发射信号满足波形导数等于0且波形大于0条件下求解得到各极大值，如果求解得到的各极大值满足在短有效时间内是单调递减的，则判定该声发射信号的极大值有效。
优选的，本发明的方法还包括步骤105，根据得到的多个声发射信号的有效性判定结果，进行区间泄漏或设备缺陷的识别。
第二方面，本发明提出了一种核反应堆泄漏及缺陷声发射信号的有效性判定装置，包括：数据获取模块、有效性模块、逻辑运算模块和判断模块；
所述数据获取模块用于获取经核反应堆关键设备密封性能监测系统处理之后的数字声发射信号，并按区间和通道将其分离为多路单通道声发射信号；
所述有效性模块用于对目标通道声发射信号分别进行有效性判定，包括振荡次数有效性判定、长短有效值有效性判定、裕度有效性判定、极大值有效性判定；所述目标通道声发射信号为从分离出的多路单通道声发射信号中任意选择的一路；
所述逻辑运算模块根据所述有效性模块输出的各有效性判定结果进行逻辑运算，得到该目标通道声发射信号的判定次数；
所述判断模块将该目标通道声发射信号的判定次数与预先设置的阈值相比较，如果该目标通道声发射信号的判定次数达到阈值，则判定该通道声发射信号有效。
第三方面，本发明提出了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明所述方法的步骤。
第四方面，本发明提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明所述方法的步骤。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明通过对核反应堆关键设备如阀门、蒸汽发生器、主管道和波动管等设备的泄漏与缺陷监测获得的声发射信号进行甄别，对其有效性进行更加精准的判定，避免了仅仅通过有效值与设置的随机阈值进行比较判定造成的误判或漏判等问题，对这些信号故障诊断准确性的提高、以及对于维护核反应堆的安全性和经济性具有重要意义。
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：
图1为本发明的方法流程示意图。
图2为本发明的核反应堆关键设备密封性能监测系统原理框图。
图3为本发明分离得到的单通道声发射信号。
图4为本发明的有效性判定示意图。
图5为计算机设备原理框图。
图6为本发明的判定装置原理框图。
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
为提高核反应堆关键设备的泄漏及缺陷声发射信号的有效性判定的准确性和可靠性，降低漏判和误判率，提高核反应堆的安全性，本实施例提出了一种核反应堆泄漏及缺陷声发射信号的有效性判定方法。
本实施例的方法通过试验对核反应堆各关键设备如主管道和波动管、阀门等泄漏及缺陷声发射信号进行了实际采集，并开展了分析，得到实际声发射信号的特性与波形特征，并基于此给出了适用于判定表征设备泄漏及缺陷声发射信号的方法。
如图1所示，本实施例的方法具体包括：
步骤101，实时获取经核反应堆关键设备密封性能监测系统处理后的数字声发射信号，并按区间和通道将其分离为多路单通道声发射信号；从多路单通道声发射信号中任意选择一路作为目标通道声发射信号。
步骤102，对目标通道声发射信号分别进行有效性判定，包括振荡次数有效性判定、长短有效值有效性判定、裕度有效性判定、极大值有效性判定，并根据该目标通道声发射信号的各有效性判定结果进行逻辑运算，得到该目标通道声发射信号的判定次数。
所述步骤102具体包括以下子步骤：
步骤201，对一个采样周期T内的目标通道声发射信号进行有效性判定，包括：振荡次数有效性判定、长短有效值有效性判定、裕度有效性判定、极大值有效性判定；
步骤202，对该采样周期T内的目标通道声发射信号的各有效性判断结果进行逻辑与运算，若结果为真，则判定次数M加1，反之则判定次数M置0。其中，M的初始值为0。
步骤203，采用步骤201至步骤202对连续P个采集周期T内的目标通道声发射信号进行处理，即可得到该目标通道声发射信号的判定次数M。
步骤103，将该目标通道声发射信号的判定次数M与阈值相比较，如果判定次数M达到阈值，则判定该通道声发射信号有效。
步骤104，从多路单通道声发射信号中选取另一路单通道声发射信号作为目标通道声发射信号，重复执行步骤102至步骤103即可实现多路声发射信号的有效性判定。
本实施例的方法还包括步骤105，根据一个区间的所有通道中的声发射信号的有效性对该区间是否发生泄漏或设备是否具有缺陷进行识别，具体为：如果一个区间中至少有2个通道满足声发射信号判定有效，则该区间发生泄漏或设备具有缺陷可能性较大，需进一步核实并进行维护性处理。
如图2所示，本实施例的核反应堆关键设备密封性能监测系统通过在前端核反应堆待监测设备上布置N个声发射传感器获取N路声发射信号，由于信号为中高频的微小信号，衰减较大，需由前置放大器经贯穿件传输至电气厂房硬件调理及采集系统，调理及采集系统对各声发射信号进行电气隔离、程控放大、带通滤波等模拟信号处理，之后通过AD转换将处理之后的模拟信号转换为数字信号，再对数字信号进行有效性判定。
例如，对核反应堆一回路中的管道进行泄漏及缺陷监测，在一段管道的4个分段上分别布置1个声发射传感器，4路声发射信号经前置放大器及贯穿件传输至电气厂房硬件调理及采集系统，硬件调理及采集系统对各声发射信号进行电气隔离、程控放大、带通滤波等模拟信号处理，之后通过AD采集模块将经处理后的模拟信号转换为数字信号用于后续的按区间和通道进行分离。
本实施例的步骤101对经处理之后的数字声发射信号按区间和通道进行分离，得到如图3所示的单通道声发射信号。
本实施例根据图4所示的有效性判定示意图，对步骤102中的振荡次数有效性判定、长短有效值有效性判定、裕度有效性判定、极大值有效性判定作进一步具体说明：
其中，振荡次数有效性判定：
该判定的目的是为了验证振荡是否相较本底噪声较强，获取实时波形f(x)的导数f′(x)，设置振荡阈值为L，振荡次数Z初始置为0，振荡次数通过判断这三个之间的关系式验证上下起伏的次数满足设定要求。
满足导数f′(x)＞0、f(x)＞L，波峰振荡达到要求，振荡次数Z+1；满足导数f′(x)＜0、f(x)＜-L，波谷振荡达到要求，振荡次数Z+1；波峰波谷振荡要求需满足交叉触发，若波峰振荡满足要求后，没有触发波谷振荡要求，则振荡次数Z保持不变。
若振荡次数在过去Tz时间内满足振荡次数Z＞L，则振荡次数判定有效。其中Tz为设置的振荡有效性判定时间，一般的取值范围为1ms～15ms。
若振荡次数在过去Tz时间内满足关系式Z＜FL，则振荡次数过少，可以判定为噪声误触发，将其重置为0。其中F为可设置的振荡无效因子系数，根据具体的关键设备信号进行设置，一般的取值范围为0.2～0.5。
长短有效值有效性判定：
该判定是为了验证单个声发射信号区间内信号是否满足声发射信号的波形形状特征。声发射信号的短有效值为Srms，长有效值为Lrms，K为有效值判定因子，一般的取值范围为2～10。可设置的长有效时间为TL和短有效时间为TS，由于声发射信号的有效频率范围一般为50kHz～200kHz，对应的时间为5～20us，因此TS一般的取值范围为1～10us、TL一般的取值范围为100us～1ms。
若信号在过去的的TL时间内(即在一个声发射信号时间段内)长短有效值满足Srms＞K*Lrms的关系式，代表信号的短时脉冲响应相较于长时脉冲响应更大，符合单个声发射信号的波形形状特征，长短有效值判定有效。
裕度有效性判定：
该判定用于验证信号的统计特征是否满足声发射信号的特征。过去声发射信号的判定通常采用信号有效值Xrms与裕度有效判断门限M进行比较，若声发射信号不大的时候较易进行漏判。用裕度的方式主要利用声发射信号为脉冲信号的特征，将短时的值进一步放大，增加识别声发射信号的几率。
有效判断门限M根据现场实际采集的本底噪声进行设置，一般设置为现场5～10s内本底噪声有效值的1.5～3倍。若信号满足表明信号裕度判定有效，符合声发射信号的特征，其中，n为单次采样的点数，xi表示瞬时信号。
极大值有效性判定：
极大值有效性判定是为了判定声发射信号是否在短有效时间内是逐渐减小的。在短有效时间TS内，对f′(x)＝0且f(x)＞0条件下进行求解，求出的各极大值应满足在短有效时间内是单调递减的。
本实施例的判定方法对反应堆关键设备密封性能监测中泄漏及缺陷声发射信号进行较为准确的有效性判定，大大降低系统进行误报或者漏报的可能性，其综合考虑实际泄漏及缺陷信号的各种波形特征，并与各种噪声信号进行对比，选出了振荡次数有效性判定、长短有效值有效性判定、裕度有效性判定、极大值有效性判定的四种综合性区分方法，使判定的准确性有较大的提升。
本实施例还提出了一种计算机设备，用于执行本实施例的上述方法。
具体如图5所示，计算机设备包括处理器、内存储器和系统总线；内存储器和处理器在内的各种设备组件连接到系统总线上。处理器是一个用来通过计算机系统中基本的算术和逻辑运算来执行计算机程序指令的硬件。内存储器是一个用于临时或永久性存储计算程序或数据(例如，程序状态信息)的物理设备。系统总线可以为以下几种类型的总线结构中的任意一种，包括存储器总线或存储控制器、外设总线和局部总线。处理器和内存储器可以通过系统总线进行数据通信。其中内存储器包括只读存储器(ROM)或闪存(图中未示出)，以及随机存取存储器(RAM)，RAM通常是指加载了操作系统和计算机程序的主存储器。
计算机设备一般包括一个外存储设备。外存储设备可以从多种计算机可读介质中选择，计算机可读介质是指可以通过计算机设备访问的任何可利用的介质，包括移动的和固定的两种介质。例如，计算机可读介质包括但不限于，闪速存储器(微型SD卡)，CD-ROM，数字通用光盘(DVD)或其它光盘存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其它磁存储设备，或者可用于存储所需信息并可由计算机设备访问的任何其它介质。
计算机设备可在网络环境中与一个或者多个网络终端进行逻辑连接。网络终端可以是个人电脑、服务器、路由器、智能电话、平板电脑或者其它公共网络节点。计算机设备通过网络接口(局域网LAN接口)与网络终端相连接。局域网(LAN)是指在有限区域内，例如家庭、学校、计算机实验室、或者使用网络媒体的办公楼，互联组成的计算机网络。WiFi和双绞线布线以太网是最常用的构建局域网的两种技术。
应当指出的是，其它包括比计算机设备更多或更少的子系统的计算机系统也能适用于发明。
如上面详细描述的，适用于本实施例的计算机设备能执行核反应堆泄漏及缺陷声发射信号的有效性判定方法的指定操作。计算机设备通过处理器运行在计算机可读介质中的软件指令的形式来执行这些操作。这些软件指令可以从存储设备或者通过局域网接口从另一设备读入到存储器中。存储在存储器中的软件指令使得处理器执行上述的群成员信息的处理方法。此外，通过硬件电路或者硬件电路结合软件指令也能同样实现本发明。因此，实现本实施例并不限于任何特定硬件电路和软件的组合。
实施例2
本实施例提出了一种核反应堆泄漏及缺陷声发射信号的有效性判定装置，如图6所示，该装置包括数据获取模块、有效性模块、逻辑运算模块、判断模块。
其中，该数据获取模块用于获取经核反应堆关键设备密封性能监测系统处理之后的数字声发射信号，并按区间和通道将其分离为多路单通道声发射信号。
有效性模块用于对目标通道声发射信号分别进行有效性判定，包括振荡次数有效性判定、长短有效值有效性判定、裕度有效性判定、极大值有效性判定；所述目标通道声发射信号为从分离出的多路单通道声发射信号中任意选择的一路。
具体的，该有效性模块包括振荡次数单元、长短有效值单元、裕度单元和极大值单元；其中，振荡次数单元用于进行振荡次数有效性判定，以验证振荡是否相较本底噪声较强；长短有效值单元用于进行长短有效值有效性判定，以验证单个声发射信号区间内信号是否满足声发射信号的波形形状特征；裕度单元用于进行裕度有效性判定，以验证信号的的统计特征是否满足声发射信号的特征；极大值单元用于进行极大值有效性判定，以验证声发射信号是否在短有效时间内是逐渐减小的。
该逻辑运算模块根据所述有效性模块输出的各有效性判定结果进行逻辑运算，得到该目标通道声发射信号的判定次数。
该判断模块将该目标通道声发射信号的判定次数与预先设置的阈值相比较，如果该目标通道声发射信号的判定次数达到阈值，则判定该通道声发射信号有效。
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.核反应堆泄漏及缺陷声发射信号的有效性判定方法，其特征在于，包括：
步骤1、获取经核反应堆关键设备密封性监测系统处理后的数字声发射信号，并按区间和通道将其分离为多路单通道声发射信号；从多路单通道声发射信号中任意选择一路作为目标通道声发射信号；
步骤2、对目标通道声发射信号分别进行有效性判定，包括振荡次数有效性判定、长短有效值有效性判定、裕度有效性判定、极大值有效性判定，并根据该目标通道声发射信号的各有效性判定结果进行逻辑运算，得到该目标通道声发射信号的判定次数；
步骤3、将该目标通道声发射信号的判定次数与预先设置的阈值相比较，如果该目标通道声发射信号的判定次数达到阈值，则判定该通道声发射信号有效；
步骤4、从多路单通道声发射信号中另选一路作为目标通道声发射信号，重复执行步骤2-步骤3，直到完成所有通道声发射信号的有效性判定。
2.根据权利要求1所述的核反应堆泄漏及缺陷声发射信号的有效性判定方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：
步骤21，对一个采样周期内的目标通道声发射信号分别进行振荡次数有效性判定、长短有效值有效性判定、裕度有效性判定和极大值有效性判定；
步骤22，对该采样周期内的目标通道声发射信号的各有效性判断结果进行逻辑与运算，若结果为真，则判定次数M加1，反之则判定次数M置0；所述判定次数M的初始值为0；
步骤23，采用步骤21至步骤22对连续多个采集周期内的目标通道声发射信号进行处理，即可得到该目标通道声发射信号的判定次数M。
3.根据权利要求1所述的核反应堆泄漏及缺陷声发射信号的有效性判定方法，其特征在于，所述振荡次数有效性判定具体为：
获取单个声发射信号波形的导数；
根据该声发射信号波形及其导数，得到该声发射信号波形振荡次数；
在振荡有效性判定时间范围内，如果振荡次数大于振荡阈值，则判定该声发射信号的振荡次数有效；如果振荡次数小于振荡阈值与振荡无效因子系数之积，则判定为噪声误触发，将震荡次数重置为0。
4.根据权利要求1所述的核反应堆泄漏及缺陷声发射信号的有效性判定方法，其特征在于，所述长短有效值有效性判定过程具体为：
在长有效时间内，如果一声发射信号的短有效值大于长有效值与有效值判定因子之积，则判定该声发射信号的长短有效值有效。
5.根据权利要求1所述的核反应堆泄漏及缺陷声发射信号的有效性判定方法，其特征在于，所述裕度有效性判定过程具体为：
如果一声发射信号的实时采样值的四次方加权平均值大于有效判断门限的四次方，则判定该声发射信号裕度有效。
6.根据权利要求1所述的核反应堆泄漏及缺陷声发射信号的有效性判定方法，其特征在于，所述极大值有效性判定过程具体为：
在短有效时间内，对一声发射信号满足波形导数等于0且波形大于0条件下求解得到各极大值，如果求解得到的各极大值满足在短有效时间内是单调递减的，则判定该声发射信号的极大值有效。
7.根据权利要求1所述的核反应堆泄漏及缺陷声发射信号的有效性判定方法，其特征在于，还包括步骤5，根据得到的多路通道声发射信号的有效性判定结果，进行区间泄漏或设备缺陷的识别。
8.核反应堆泄漏及缺陷声发射信号的有效性判定装置，其特征在于，包括：数据获取模块、有效性模块、逻辑运算模块和判断模块；
所述数据获取模块用于获取经核反应堆关键设备密封性能监测系统处理之后的数字声发射信号，并按区间和通道将其分离为多路单通道声发射信号；
所述有效性模块用于对目标通道声发射信号分别进行有效性判定，包括振荡次数有效性判定、长短有效值有效性判定、裕度有效性判定、极大值有效性判定；所述目标通道声发射信号为从分离出的多路单通道声发射信号中任意选择的一路；
所述逻辑运算模块根据所述有效性模块输出的各有效性判定结果进行逻辑运算，得到该目标通道声发射信号的判定次数；
所述判断模块将该目标通道声发射信号的判定次数与预先设置的阈值相比较，如果该目标通道声发射信号的判定次数达到阈值，则判定该通道声发射信号有效。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。
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