CN114199927B - 固态堆芯膨胀系数非接触式测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了固态堆芯膨胀系数非接触式测量装置及方法，固态堆芯膨胀系数非接触式测量装置包括荧光涂料标志物、CCD相机和计算机；所述荧光涂料标志物包括分别置于堆芯侧壁和底部的侧壁荧光涂料标志物和底部荧光涂料标志物；所述CCD相机与荧光涂料一一对应设置，所述CCD相机设置在堆芯外侧，用于采用荧光涂料的图像；所述计算机与CCD相机通信连接，用于接收荧光涂料标志物的图像，并根据荧光涂料标志物的图像计算堆芯膨胀系数。本发明能够实现对态堆芯膨胀系数测量。
Description
技术领域
本发明涉及核工业技术领域，具体涉及固态堆芯膨胀系数非接触式测量装置及方法。
背景技术
热管冷却反应堆(简称“热管堆”)是一种利用碱金属热管作为堆芯传热元件的全固态反应堆。热管堆的固态堆芯运行温度一般在1000K以上，因此具有显著的热膨胀效应。该热膨胀效应是评估热管堆堆芯反应性反馈、反应堆热工力学分析、反应堆安全的重要参数。在现有的热管堆设计中，通常采用计算模拟的方式，由测量的温度信息间接推算堆芯热膨胀参数，尚无直接的热膨胀测量手段。
发明内容
本发明的目的在于提供固态堆芯膨胀系数非接触式测量装置及方法，以实现对态堆芯膨胀系数测量。
本发明通过下述技术方案实现：
固态堆芯膨胀系数非接触式测量装置，包括荧光涂料标志物、CCD相机和计算机；
所述荧光涂料标志物包括分别置于堆芯侧壁和底部的侧壁荧光涂料标志物和底部荧光涂料标志物；
所述CCD相机与荧光涂料一一对应设置，所述CCD相机设置在堆芯外侧，用于采用荧光涂料的图像；
所述计算机与CCD相机通信连接，用于接收荧光涂料标志物的图像，并根据荧光涂料标志物的图像计算堆芯膨胀系数。
本发明为基于电荷耦合元件(Charge-Coupled Device,CCD)反应堆固态堆芯多方位热膨胀位移的装置。
CCD可以获得图像信息，广泛应用数码摄影、光学遥测、频谱望远镜等领域，具有自扫描、畸变小、体积小、重量轻、系统噪声低、功耗小、寿命长、可靠性高等一系列优点。
本发明利用荧光涂料作为标志物，采用CCD相机对荧光涂料标志物进行图像拍摄，将拍摄的图像传输至计算进行计算堆芯膨胀系数，实现了非接触式测量堆芯膨胀系数。
进一步地，侧壁荧光涂料标志物的至少设置有两个，多个侧壁荧光涂料标志物呈均匀间隔布置，所述底部荧光涂料标志物设置有一个。
进一步地，侧壁荧光涂料标志物包括椭圆形荧光涂料标志物，所述椭圆形荧光涂料标志物的长轴位于堆芯的竖直高度方向，所述椭圆形荧光涂料标志物的内侧设置有多个水平横线涂料标志物，所述水平横线涂料标志物的两端与椭圆形荧光涂料标志物连接；所述底部荧光涂料标志物为圆形荧光涂料标志物。
本发明采用侧壁为椭圆形和底部为圆形的荧光标志物是基于圆柱状的堆芯，采用侧壁为椭圆形和底部为圆形的荧光标志物能够确保计算结果的准确性。
进一步地，多个水平横线涂料标志物在椭圆形荧光涂料标志物的长轴方向等间距布置。
进一步地，椭圆形荧光涂料标志物的长轴长度与堆芯外壳高度相同，短轴所在圆形截面内对应的圆心角为60°。
进一步地，圆形荧光涂料标志物与堆芯外壳底面的同心设置，且圆形荧光涂料标志物的半径为堆芯外壳底面半径的一半。
进一步地，荧光涂料标志物采用的荧光涂料是由金属硫化物或稀土氧化物与微量活性剂配合经煅烧而成。
进一步地，金属硫化物至少包括硫化锌和硫化镉中的一种。
进一步地，还包括照明装置。
基于固态堆芯膨胀系数非接触式测量装置的测量方法，包括以下步骤：
S1、在核燃料装载前，用荧光涂料在圆柱体堆芯外壳外表面绘制侧壁荧光涂料标志物和底部荧光涂料标志物；
S2、调整各个CCD相机的位置，直至荧光标记物成像清晰并处于图像中心；各个CCD相机将各个荧光标记物初始图像发送给计算机储存；
S3、当固态堆芯处于工作状态时，各个CCD相机连续不断拍摄荧光标志物的图像，并将图像发送给计算机储存；
S4、计算机分析拍摄的某一帧图像，根据该图像的尺寸变化计算此图像对应的固态堆芯膨胀系数。
本发明为比较某一图像中荧光标志物特征尺寸与初始时刻记录的荧光标志物特征尺寸，计算固态堆芯膨胀系数，并可结合荧光标志物原始特征尺寸估算膨胀后固态堆芯实际尺寸。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明结合热管堆结构和运行环境特点，设计了所述测量装置，实现了非接触式测量堆芯膨胀系数。
2、本发明可实时监控和评估固态堆芯的安全状况并远传。
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为本发明的测量装置的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-侧壁荧光涂料标志物，2-底部荧光涂料标志物，3-CCD相机，4-计算机，11-水平横线涂料标志物。
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所示，固态堆芯膨胀系数非接触式测量装置，包括荧光涂料标志物、CCD相机3和计算机4；
所述荧光涂料标志物包括分别置于堆芯侧壁和底部的侧壁荧光涂料标志物1和底部荧光涂料标志物2；
所述CCD相机3与荧光涂料一一对应设置，所述CCD相机3设置在堆芯外侧，用于采用荧光涂料的图像；
所述计算机4与CCD相机3通信连接，用于接收荧光涂料标志物的图像，并根据荧光涂料标志物的图像计算堆芯膨胀系数；
还包括用于实现照明的照明装置，所述照明装置为LED灯。
在本实施例中，所述侧壁荧光涂料标志物1的设置有3个，3个侧壁荧光涂料标志物1呈均匀间隔布置，所述底部荧光涂料标志物2设置有一个，适用的堆芯为圆柱状堆芯。
所述侧壁荧光涂料标志物1包括椭圆形荧光涂料标志物，所述椭圆形荧光涂料标志物的长轴长度与堆芯外壳高度相同，短轴所在圆形截面内对应的圆心角为60°，所述椭圆形荧光涂料标志物的长轴位于堆芯的竖直高度方向，所述椭圆形荧光涂料标志物的内侧设置有3个水平横线涂料标志物11，3个水平横线涂料标志物11在椭圆形荧光涂料标志物的长轴方向等间距布置，所述水平横线涂料标志物11的两端与椭圆形荧光涂料标志物连接；所述底部荧光涂料标志物2为圆形荧光涂料标志物，所述圆形荧光涂料标志物与堆芯外壳底面的同心设置，且圆形荧光涂料标志物的半径为堆芯外壳底面半径的一半
在本实施例中，所述荧光涂料标志物采用的荧光涂料是由硫化锌与微量活性剂配合经煅烧而成。
本实施例的测量方法，包括以下步骤：
S1、在核燃料装载前，用荧光涂料在圆柱体堆芯外壳外表面绘制侧壁荧光涂料标志物1和底部荧光涂料标志物2：
三个等间距分布在圆柱体堆芯外壳侧面的椭圆形，其长轴a0实物取圆柱体堆芯外壳高度H0，短轴所在圆形截面内对应的圆心角为60°，在椭圆内部，长轴的三个四等分点处，垂直于长轴绘制横线Li1、Li2、Li3i＝1，2，3，延长至椭圆处；一个圆柱体堆芯外壳底面的同心圆，其半径r0实物取圆柱体堆芯外壳底面半径R0的一半，同时标记圆心O点；
S2、调整各个CCD相机3的位置，直至荧光标记物成像清晰并处于图像中心；各个CCD相机3将各个荧光标记物初始图像发送给计算机4储存，计算机储存四张初始图像，并记录图像中椭圆长轴ai0图像、Li10图像、Li20图像、Li30图像、r0图像i＝1，2，3；
S3、当固态堆芯处于工作状态时，各个CCD相机3连续不断拍摄荧光标志物的图像，并将图像发送给计算机4储存；
S4、计算机4分析拍摄的某一帧图像，测量其中椭圆长轴ait图像、Li1t图像、Li2t图像、Li3t图像、rt图像i＝1，2，3，计算此图像对应的固态堆芯膨胀系数：轴向膨胀率径向膨胀率/>同时可估算此时固态堆芯实际尺寸Rt＝R0αr。
本实施例是通过比较某一图像中荧光标志物特征尺寸与初始时刻记录的荧光标志物特征尺寸，计算固态堆芯膨胀系数，并可结合荧光标志物原始特征尺寸估算膨胀后固态堆芯实际尺寸。
本实施例所述测量装置可计算出圆柱体堆芯外壳高度H0范围内任意高度的径向膨胀率，只需在椭圆形荧光标记物上指定高度取垂直于其长轴的弦，按照所述步骤计算即可。
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 (8)
1.固态堆芯膨胀系数非接触式测量装置，其特征在于，包括荧光涂料标志物、CCD相机（3）和计算机（4）；
所述荧光涂料标志物包括分别置于堆芯侧壁和底部的侧壁荧光涂料标志物（1）和底部荧光涂料标志物（2）；
所述CCD相机（3）与荧光涂料一一对应设置，所述CCD相机（3）设置在堆芯外侧，用于采集荧光涂料的图像；
所述计算机（4）与CCD相机（3）通信连接，用于接收荧光涂料标志物的图像，并根据荧光涂料标志物的图像计算堆芯膨胀系数；
所述侧壁荧光涂料标志物（1）至少设置有两个，多个侧壁荧光涂料标志物（1）呈均匀间隔布置，所述底部荧光涂料标志物（2）设置有一个；
所述侧壁荧光涂料标志物（1）包括椭圆形荧光涂料标志物，所述椭圆形荧光涂料标志物的长轴位于堆芯的竖直高度方向，所述椭圆形荧光涂料标志物的内侧设置有多个水平横线涂料标志物（11），所述水平横线涂料标志物（11）的两端与椭圆形荧光涂料标志物连接；所述底部荧光涂料标志物（2）为圆形荧光涂料标志物。
2.根据权利要求1所述的固态堆芯膨胀系数非接触式测量装置，其特征在于，多个水平横线涂料标志物（11）在椭圆形荧光涂料标志物的长轴方向等间距布置。
3.根据权利要求1所述的固态堆芯膨胀系数非接触式测量装置，其特征在于，所述椭圆形荧光涂料标志物的长轴长度与堆芯外壳高度相同，短轴所在圆形截面内对应的圆心角为60°。
4.根据权利要求1所述的固态堆芯膨胀系数非接触式测量装置，其特征在于，所述圆形荧光涂料标志物与堆芯外壳底面同心设置，且圆形荧光涂料标志物的半径为堆芯外壳底面半径的一半。
5.根据权利要求1所述的固态堆芯膨胀系数非接触式测量装置，其特征在于，所述荧光涂料标志物采用的荧光涂料是由金属硫化物与微量活性剂配合经煅烧而成，或稀土氧化物与微量活性剂配合经煅烧而成。
6.根据权利要求5所述的固态堆芯膨胀系数非接触式测量装置，其特征在于，所述金属硫化物至少包括硫化锌或硫化镉中的一种。
7.根据权利要求1-6任一项所述的固态堆芯膨胀系数非接触式测量装置，其特征在于，还包括照明装置。
8.基于权利要求1-7任一项所述的固态堆芯膨胀系数非接触式测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在核燃料装载前，用荧光涂料在圆柱体堆芯外壳外表面绘制侧壁荧光涂料标志物（1）和底部荧光涂料标志物（2）；
S2、调整各个CCD相机（3）的位置，直至荧光标记物成像清晰并处于图像中心；各个CCD相机（3）将各个荧光标记物初始图像发送给计算机（4）储存；
S3、当固态堆芯处于工作状态时，各个CCD相机（3）连续不断拍摄荧光标志物的图像，并将图像发送给计算机（4）储存；
S4、计算机（4）分析拍摄的某一帧图像，根据该图像的尺寸变化计算此图像对应的固态堆芯膨胀系数。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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