ES2589280T3 - Sistemas y procedimientos para medir remotamente un nivel de líquido usando reflectometría en el dominio del tiempo (TDR) - Google Patents

Abstract

Un sistema (100) para la medición del nivel de agua, que comprende: una sonda (106) que incluye una barra (112) conductora y separadores (126) de aislamiento dentro de un tubo (110) conductor, dispuesta la barra (112) conductora coaxialmente dentro del tubo (110) conductor, extendiéndose la barra (112) conductora a través de los separadores (126) de aislamiento, incluyendo el tubo (110) conductor perforaciones que exponen la barra (112) conductora y los separadores (126) de aislamiento en su interior; un conector (108) de cabeza conectado a la sonda (106); un cable (118) coaxial conectado al conector (108) de cabeza, incluyendo el cable (118) coaxial un hilo conductor interior dentro de una pantalla conductora exterior y separado por un aislante interior, estando el hilo conductor interior y la pantalla conductora exterior del cable (118) coaxial en comunicación eléctrica con la barra (112) conductora y el tubo (110) conductor de la sonda (106), respectivamente, a través del conector (108) de cabeza; y un cable (502) de calibración que conecta el conector (108) de cabeza al cable (118) coaxial, teniendo el cable (502) de calibración una impedancia que es mayor que la del cable (118) coaxial pero igual a la del conector (108) de cabeza, alargando así eficazmente una distancia desde la primera discontinuidad de impedancia hasta el nivel de agua, teniendo el cable (502) de calibración una longitud menor que la del cable (118) coaxial; una unidad (120) de pulsos conectada al cable (118) coaxial, estando configurada la unidad (120) de pulsos para transmitir un pulso corto a la sonda y para recibir un primer pulso reflejado positivo y un segundo pulso reflejado negativo desde la misma a través del cable (118) coaxial, incluyendo el pulso transmitido un pulso corto con tiempos de elevación y caída que totalizan 10 nanosegundos o menos, reflejándose el primer pulso positivo desde una discontinuidad de impedancia en una interfaz entre el cable de calibración y el cable coaxial, y reflejándose el segundo pulso negativo desde una discontinuidad de impedancia en una interfaz aire/agua del nivel de agua, estando configurada la unidad (120) de pulsos para calcular un tiempo entre el primer pulso positivo reflejado y el segundo pulso negativo reflejado y para convertir el tiempo en una distancia que es indicativa del nivel de agua.

Description

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DESCRIPCION

Sistemas y procedimientos para medir remotamente un nivel de Kquido usando reflectometna en el dominio del tiempo (TDR)

La presente invencion se refiere a sistemas y procedimientos para la medicion de un nivel de Ifquido.

Convencionalmente, se ha usado la reflectometna en el dominio del tiempo (TDR, del ingles "Time-Domain Reflectometry") para caracterizar y localizar fallos en cables metalicos. Aunque hay sistemas de medicion de nivel de agua basados en reflectometna en el dominio del tiempo (TDR), no se ha disenado ninguno para medir remotamente niveles de agua (por ejemplo, niveles de agua de piscinas de combustible gastado (SFP, del ingles "Spent Fuel Pool")) desde distancias relativamente alejadas mediante la utilizacion de impulsos y procedimientos de discriminacion de reflectometna en el dominio del tiempo (TDR) altamente especializados. Por ejemplo, un sistema de reflectometna en el dominio del tiempo (TDR) convencional utiliza una onda escalonada en lugar de impulsos. Otros enfoques convencionales incluyen tecnicas de radar de onda guiada (GWR, del ingles "Guided Wave Radar") que usan tecnologfa en esta categona general. Sin embargo, todas las dichas tecnicas convencionales requieren dispositivos electronicos en la proximidad (es decir, relativamente en la cercana proximidad) de la piscina de combustible gastado (SFP) y, por ello, no son adecuados para la medicion del nivel de agua en entornos post- accidente hostiles que podnan incluir alta radiacion, altas temperaturas, alta actividad sfsmica, fuego, explosiones, y cafda de residuos.

El documento US 3.474.337 se refiere a un sistema para la deteccion de niveles y caractensticas electricas de materiales fluidos.

En un aspecto, se proporciona un sistema para la medicion de un nivel de lfquido de acuerdo con la reivindicacion 1.

En otro aspecto, se proporciona un procedimiento de medicion de un nivel de lfquido de acuerdo con la reivindicacion 11.

Diversas realizaciones del presente documento se refieren a un sistema de TDR de pulsos remotos para la medicion de un nivel de agua (o nivel de cualquier lfquido) en un tanque (por ejemplo, piscina de combustible gastado) en un entorno post-accidente usando equipos electronicos localizados remotamente (hasta 305 m o mas) desde la sonda. No se localiza ningun circuito electrico o electronico, que podna ser susceptible a las condiciones del hostil entorno post-accidente, en o cerca de la sonda.

El chasis del equipo electronico de TDR de pulsos localizado remotamente contiene circuitos para la generacion de un pulso incidente y la recepcion de pulsos reflejados. El circuito de generacion de pulsos se disena para producir un pulso incidente corto con rapidos tiempos de elevacion y cafda y suficiente amplitud para la transmision sobre el largo cable coaxial (hasta 305 m o mas) hasta la sonda y la produccion de pulsos reflejados desde la sonda con amplitud suficiente para trasladarse de vuelta sobre el largo cable coaxial de la lmea de transmision y ser medidos por el circuito receptor. El circuito receptor de pulsos se disena para recibir e identificar/discriminar los pulsos reflejados producidos a partir de dos discontinuidades de impedancia espedficas en la sonda, y para medir el tiempo entre ellos. Los pulsos reflejados espedficos que se detectan proceden de las dos discontinuidades de impedancia principales siguientes.

El primer pulso reflejado (Pulso n.° 1) procede de la discontinuidad de impedancia entre el cable de la lmea de transmision coaxial de baja impedancia y un cable de calibracion de alta impedancia. Esto da como resultado un pulso reflejado con polaridad positiva.

El segundo pulso reflejado (Pulso n.° 2) procede de la discontinuidad de impedancia entre la interfaz aire/agua en la sonda. La constante dielectrica del aire es mas baja que la del agua, de modo que este pulso reflejado desde una impedancia alta a baja produce un pulso reflejado con polaridad negativa.

El primer pulso reflejado proporciona una referencia para la medicion del nivel de agua dado que tiene lugar en una localizacion fija, mientras que el segundo pulso reflejado tiene lugar en la interfaz del nivel de agua y cambia cuando cambia el nivel de agua. Podnan anadirse tambien deliberadamente otras discontinuidades de impedancia en localizaciones espedficas para establecer una localizacion de referencia alternativa para la medicion del nivel de agua.

En el equipo electronico del TDR de pulsos, el Pulso n.° 1 reflejado de la discontinuidad de impedancia se detecta automaticamente tomando nota de cuando la amplitud del flanco ascendente del pulso positivo supera un ajuste discriminador positivo preestablecido fijo. El Pulso n.° 2 reflejado de la discontinuidad de impedancia se detecta automaticamente tomando nota de cuando la amplitud del flanco de inicio del pulso negativo cae por debajo de un ajuste discriminador negativo preestablecido fijo. Se inicia una rampa de tension automaticamente cuando se detecta el Pulso n.° 1 y se detiene cuando se detecta el Pulso n.° 2, de modo que la rampa de tension es una medida del intervalo de tiempo entre los pulsos. El intervalo de tiempo entre pulsos reflejados se convierte a una distancia basandose en la calibracion inicial del sistema. Para minimizar el tiempo de calculo y el volumen de datos analizados, el sistema de medicion se inicializa para reconocer solamente los Pulsos n.° 1 y n.°2 reflejados de

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grandes discontinuidades de impedancia. El tiempo que utiliza el pulso inicial para propagarse a lo largo de la lmea de transmision del cable coaxial hasta la sonda es bloqueado en la electronica como "tiempo muerto". Este "tiempo muerto" depende de la longitud del cable y se determina despues de que se instale el sistema y se establezcan las longitudes de la lmea de transmision del cable coaxial.

Basar la medicion del nivel de agua en el tiempo entre dos Pulsos n.° 1 y n.°2 reflejados de discontinuidades de impedancia evita la imprecision debido a cambios en la velocidad de propagacion del pulso en los 30,5-305 m o mas de lmea de transmision de cable coaxial. Dichos cambios pueden tener lugar debido a cambios en el material dielectrico entre el conductor del centro del cable y la pantalla debido a interferencias cruzadas, oxidacion, cambios de temperatura, etc. en un entorno post-accidente. Cualquier pequeno cambio en la velocidad podna provocar un error significativo en el nivel del agua debido a la larga longitud (por ejemplo 305 m) del cable. El uso de la tecnologfa TDR de pulsos descrita en la presente divulgacion no esta sometido a este error de degradacion del cable.

El uso del pulso incidente corto con el sistema TDR de pulsos proporciona menor distorsion del pulso reflejado (comparado con el incidente) que un sistema TDR de onda escalonada. Esto es debido a que el pulso corto contiene principalmente altas frecuencias, y dado que estas frecuencias se atenuan uniformemente cuando el pulso se propaga a lo largo de la larga lmea de transmision del cable coaxial, los pulsos reflejados en la discontinuidad de impedancia tienen aproximadamente la misma forma (y espedficamente la misma agudeza distintiva del tiempo de elevacion del flanco ascendente) que el pulso incidente. Por el contrario, la onda escalonada contiene una cantidad significativa de bajas frecuencias que se atenuan menos que las altas frecuencias en la onda escalonada. Asf para la misma ganancia del sistema necesaria para supervisar toda la onda escalonada, las bajas frecuencias dominan, y la rapida elevacion del flanco ascendente de la onda escalonada incidente se distorsiona hacia una elevacion mas lenta para la onda escalonada reflejada. De modo que la relacion senal a ruido de un sistema TDR de pulsos descrita en la presente divulgacion es mayor que la de un sistema TDR de la onda escalonada para la medicion del nivel de agua.

La sonda de nivel de lfquido se disena de modo que la interfaz del cable de calibracion en la parte superior de la sonda tiene una impedancia caractenstica (~130 ohmios) significativamente mas alta que la lmea de transmision del cable coaxial (por ejemplo 50 o 75 ohmios) para crear un pulso (Pulso n.°1) reflejado en la discontinuidad de impedancia de amplitud positiva con amplitud suficientemente alta. Dado que este pulso reflejado tiene lugar en una localizacion fija, su deteccion proporciona un punto de referencia exacta para la medicion del nivel de agua.

La sonda de nivel de lfquido se disena de modo que la elevada impedancia de sonda con el dielectrico aire (130 ohmios) es significativamente mas alta que la baja impedancia de sonda con el dielectrico agua (~15 ohmios a temperatura ambiente), y esto produce un pulso negativo (Pulso n.° 2) de amplitud significativamente grande en la interfaz aire/agua de la sonda. Dado que el pulso reflejado en la discontinuidad de impedancia tiene lugar en el nivel del agua, su deteccion con relacion al pulso positivo proporciona una medicion exacta del nivel de lfquido desde el punto de referencia.

Se usa una longitud relativamente corta (por ejemplo 1,83 m) de cable coaxial de calibracion para conectar la parte superior de la sonda y la lmea de transmision del cable coaxial (por ejemplo, 305 m), para proporcionar una localizacion de referencia alternativa para la medicion del nivel de agua. El cable de calibracion se elige para que tenga la misa impedancia que la parte superior de la sonda (~130 ohmios). Esta disposicion con el cable de calibracion alarga efectivamente la distancia desde la parte superior de la sonda al nivel de agua desde el punto de vista de los tiempos del pulso, dado que permite que tenga lugar un primer Pulso n.° 1 reflejado en la discontinuidad de impedancia en la interfaz entre el cable de calibracion y los 305 m de cable y no proporciona un pulso en la discontinuidad de impedancia en la parte superior de la sonda. Esta disposicion proporciona mas tiempo entre los pulsos positivos y negativos para una medicion del nivel de agua mas precisa. El uso de un cable de calibracion corto puede facilitar tambien el movimiento vertical y calibracion de la sonda, dado que la larga lmea de transmision del cable coaxial puede fijarse en un conducto y no tener capacidad para moverse facilmente. El uso de esta configuracion requiere un cable de calibracion cuya constante dielectrica permanezca constante entre calibraciones y durante condiciones de accidente.

En una variante no de acuerdo con la invencion reivindicada, el cable de calibracion puede usarse para conectar la parte superior de la sonda y la lmea de transmision de cable coaxial incluso para el caso en el que el punto de referencia para el Pulso n.° 1 sea la parte superior de la sonda. Para este caso el cable de calibracion tendna la misma impedancia caractenstica baja que la larga lmea de transmision de cable coaxial (50 o 75 ohmios) de modo que no haya discontinuidad de impedancias en el punto en el que el largo cable coaxial se une con el cable de calibracion corto y el cable de calibracion sena simplemente una extension del largo cable coaxial. Dicha disposicion proporcionana la capacidad para facilitar la calibracion pero el pulso n.° 1 reflejado en la discontinuidad de impedancia aun tendna lugar en la parte superior de la sonda.

La sonda se disena para una configuracion de lmea de transmision coaxial con una barra interior dentro de un tubo exterior, y la longitud de la sonda es igual a o mayor que la longitud del nivel de agua que ha de medirse (~10,7 m para la aplicacion en la SFP). Para asegurar que las caractensticas de impedancia se mantienen a todo lo largo de la longitud de la sonda, el diseno proporciona delgados separadores de aislamiento localizados cada 1,52 m entre

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los electrodos interior y exterior que aseguran que la geometna del espacio (o concentricidad) entre el interior de la sonda y los electrodos exteriores permanece constante a todo lo largo de la longitud de la sonda. La parte superior de la sonda tiene un conector de cabeza coaxial que se adapta al cable coaxial, y disenado con una pequena longitud axial (por ejemplo, unas pocas pulgadas), de modo que no introduzca un pulso reflejado en la discontinuidad de impedancia que interfiera, y proporcione un sellado efectivo entre el interior y exterior de la sonda. La parte inferior de la sonda tiene una placa que se suelda a los electrodos central y exterior que proporciona un diseno de sonda solido, y el pulso de discontinuidad de impedancia desde el fondo no interfiere con el nivel de medicion de agua dado que tiene lugar posteriormente al Pulso n.°2 en la discontinuidad de impedancia desde la interfaz aire/agua de la sonda.

Los electrodos de la sonda se fabrican con metales conductores (tales como acero inoxidable) que propagan las senales TDR de pulsos de modo efectivo y que tambien realizan sondas robustas capaces de operar en un entorno hostil de radiacion, temperatura, sfsmico y de calidad del agua post-accidente. Pueden ponerse sobre los electrodos si es necesario recubrimientos conductores que usen materiales tales como oro. Los separadores de aislamiento se realizan de materiales que pueden fabricarse para satisfacer el diseno de los separadores y para soportar una elevada radiacion, temperatura y entorno de calidad de agua (tal como circonio, ceramica, cuarzo) dentro de la sonda. El aislante entre las conexiones del electrodo en el conector de la parte superior de la sonda se realiza de un material que pueda fabricarse para cumplir con el diseno de conector y para soportar un entorno de alta radiacion y temperatura en la sonda por encima del agua de la SFP.

El tubo exterior de la sonda tiene orificios en el a todo lo largo de la longitud de la sonda y en la parte inferior para permitir que el agua se mueva libremente en la sonda y para asegurar que el nivel de agua en el interior de la sonda es el mismo que el nivel de agua en el exterior de la sonda. Estos separadores de aislamiento se disenan tambien para permitir que el agua se mueva libremente a traves y alrededor de ellos.

La sonda puede instalarse en la SFP usando un diseno unico de rotula en el que la bola se suelda a la sonda y el asiento es integral con la placa que se suelda al borde del revestimiento de la SFP o se ancla a la Plataforma de Reabastecimiento. La sonda cuelga como un pendulo con la bola afianzada en el asiento. En un evento sfsmico la sonda oscilana como un pendulo amortiguado por el agua de la SFP y limitada por la pared de la SFP. Las bajas frecuencias naturales reducen las fuerzas sfsmicas sobre la sonda y simplifican su calificacion con el espectro sfsmico especificado. El conjunto de sonda montado se equipa con una cubierta para protegerlo durante el ambiente normal y post-accidente. La cubierta puede alojar tambien el cable de calibracion y proporcionar proteccion para el cable de calibracion y el conector de la sonda.

La sonda y su montaje en la SFP se disenan para permitir una calibracion simple de la sonda in situ. Esta calibracion in situ puede llevarse a cabo simplemente elevando y descendiendo la sonda verticalmente en la SFP por medio de un anillo de elevacion (o gancho) fijado a la parte superior de la sonda, y midiendo el cambio correspondiente en el nivel del agua con relacion a la parte superior de la sonda. La sonda puede moverse verticalmente en una cantidad igual a la longitud del cable de calibracion (~1,83 m), y esto puede ser todo lo que es necesario para la calibracion de la sonda. No se requiere la retirada de la sonda de la sFp, o medios complicados de ascenso y descenso del agua en la sonda, para la calibracion de la sonda.

Las diversas caractensticas y ventajas de las realizaciones no limitativas del presente documento pueden hacerse mas evidentes tras la revision de la descripcion detallada, en conjunto con los dibujos adjuntos. Los dibujos adjuntos se proporcionan meramente con finalidades ilustrativas y no debenan interpretarse como limitacion del alcance de las reivindicaciones. Los dibujos adjuntos no han de ser considerados como dibujados a escala a menos que se haga notar explfcitamente. Por razones de claridad, pueden haberse exagerado diversas dimensiones de los dibujos.

La FIG. 1A es una vista esquematica de un sistema para la medicion de un nivel de lfquido de acuerdo con una realizacion no limitativa.

La FIG. 1B es una vista esquematica de otro sistema para la medicion de un nivel de lfquido de acuerdo con una realizacion no limitativa.

La FIG. 1C es una vista en perspectiva de una sonda que puede usarse en el sistema de la FIG. 1A o en el sistema de la FIG. 1B.

La FIG. 2 es un diagrama de bloques del equipo electronico que puede usarse en un sistema para la medicion del nivel de lfquido de acuerdo con una realizacion no limitativa.

La FIG. 3A es una vista en perspectiva de una disposicion de montaje para un sistema para la medicion de un nivel de lfquido de acuerdo con una realizacion no limitativa.

La FIG. 3B es una vista en perspectiva de otra disposicion de montaje para un sistema para la medicion de un nivel de lfquido de acuerdo con una realizacion no limitativa.

La FIG. 4A es una vista esquematica del sistema para la medicion de un nivel de lfquido en un ensayo de prueba de

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concepto de acuerdo con una realizacion no limitativa.

La FIG. 4B es un grafico de los resultados del ensayo de prueba de concepto realizado con el sistema de la FIG. 4A.

La FIG. 5A es una vista esquematica del sistema para la medicion de un nivel de lfquido en un ensayo del prototipo de desarrollo conceptual de acuerdo con una realizacion no limitativa.

La FIG. 5B es un grafico de los resultados del ensayo de prototipo de desarrollo conceptual llevado a cabo con el sistema de la FIG. 5A.

Debena entenderse que cuando un elemento o capa se refiere como que esta "sobre", "conectado a", "acoplado a", o "cubriendo" otro elemento o capa, puede estar directamente sobre, conectado a, acoplado a o cubriendo el otro elemento o capa o pueden estar presentes elementos o capas intermedias. Por el contrario, cuando un elemento se refiere como que esta "directamente sobre, "directamente conectado a", o "directamente acoplado a" otro elemento o capa, no hay elementos o capas intermedios presentes. Numeros iguales se refieren a elementos iguales a todo lo largo de la memoria. Tal como se usa en el presente documento, el termino "y/o" incluye cualquiera y todas las combinaciones de uno o mas de los artfculos listados asociados.

Debena entenderse que, aunque los terminos primero, segundo, tercero, etc. pueden usarse en el presente documento para describir diversos elementos, componentes, zonas, capas y/o secciones, estos elementos, componentes, zonas, capas y/o secciones no debenan estar limitados por esos terminos. Estos terminos se usan solamente para distinguir un elemento, componente, zona, capa o seccion de otra zona, capa o seccion. Por ello, un primer elemento, componente, zona, capa o seccion explicado a continuacion podna denominarse como un segundo elemento, componente, zona, capa o seccion sin apartarse de las ensenanzas de las realizaciones de ejemplo.

Los terminos relativos especialmente (por ejemplo, "debajo de", "debajo", "inferior", "encima", "superior" y similares) pueden usarse en el presente documento por facilidad de descripcion para describir un elemento o relacion de caractensticas con otro(s) elemento(s) o caractenstica(s) tal como se ilustra en las figuras. Debena entenderse que los terminos espacialmente relativos se pretende que engloben diferentes orientaciones del dispositivo en uso u operacion ademas de la orientacion representada en las figuras. Por ejemplo, si el dispositivo en las figuras se vuelca, los elementos descritos como "debajo" o "debajo de" otros elementos o caractensticas estanan entonces orientados "encima" de los otros elementos o caractensticas. Por ello, el termino "debajo" pueden englobar tanto una orientacion de por encima como por debajo. El dispositivo puede orientarse en otra forma (girarse 90 grados o en otras orientaciones) y los descriptores espacialmente relativos usados en el presente documento interpretarse en consecuencia.

La terminologfa usada en el presente documento tiene la finalidad de describir varias realizaciones solamente y no se pretende que sea limitativa de las realizaciones de ejemplo. Tal como se usa en el presente documento, las formas singulares "un", "una", y "el", "la" se pretende que incluyan asimismo las formas plurales, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Se entendera adicionalmente que los terminos "incluye", "incluyendo", "comprende" y/o "comprendiendo", cuando se usan en la presente memoria, especifican la presencia de las caractensticas, enteros, etapas, orientaciones, elementos y/o componentes establecidos, pero no presuponen la presencia o adicion de una o mas de otras caractensticas, enteros, etapas, operaciones, elementos, componentes y/o grupos de los mismos.

Las realizaciones de ejemplo se describen en el presente documento con referencia a ilustraciones de seccion transversal que son ilustraciones esquematicas de realizaciones idealizadas (y estructuras intermedias) de las realizaciones de ejemplo. Como tales, han de esperarse variaciones respecto a las formas de las ilustraciones como resultado, por ejemplo, de las tecnicas de fabricacion y/o tolerancias. Por ello, las realizaciones de ejemplo no debenan interpretarse como limitadas a las formas de las zonas ilustradas en el presente documento sino que han de incluir desviaciones en formas que sean el resultado, por ejemplo, de la fabricacion. Por ejemplo, una zona implantada e ilustrada como un rectangulo tendra, tfpicamente, caractensticas redondeadas o curvadas y/o un gradiente de concentracion de implantacion en sus bordes en lugar de un cambio binario de implantada a zona no implantada. De la misma manera, una zona sepultada formada por implantacion puede ser resultado de alguna implantacion en la zona entre la zona sepultada y la superficie a traves de la que tienen lugar la implantacion. Por ello, las zonas ilustradas en las figuras son de naturaleza esquematica y sus formas no se pretende que ilustren la forma real de una zona de un dispositivo y no se pretende que limiten el alcance de las realizaciones de ejemplo.

A menos que se defina lo contrario, todos los terminos (incluyendo terminos tecnicos y cientfficos) usados en el presente documento tienen el mismo significado que se entiende comunmente por un experto en la materia a la que pertenecen las realizaciones de ejemplo. Se entendera adicionalmente que los terminos, incluyendo aquellos definidos en los diccionarios comunmente usados, debenan interpretarse teniendo un significado que es consistente con su significado en el contexto de la tecnica relevante y no se interpretaran en un sentido idealizado o excesivamente formal a menos que asf se defina expresamente en el presente documento.

La presente divulgacion se refiere a sistemas de instrumentos unicos (sondas y equipos electronicos) y procedimientos para la medicion del nivel de lfquido en un tanque, por ejemplo, un nivel de agua en una piscina de combustible gastado (SFP) de un reactor nuclear, aunque las realizaciones de ejemplo no estan limitadas a la

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misma. Por el contrario, se debena entender que la referencia a la medicion de un nivel de agua en la presente divulgacion puede generalizarse a la medicion de cualquier nivel de lfquido, dado que los sistemas de instrumented y los procedimientos del presente documento pueden usarse para medir cualquier nivel de lfquido en una diversidad de recipientes.

El sistema de instrumentacion del presente documento es unico en que envfa un pulso de ancho corto (nanosegundos) (denominado como un "impulso") a lo largo de una lmea de transmision por cable relativamente larga hasta una sonda y mide el tiempo entre los impulsos reflejados creados por condiciones de discontinuidad de impedancia especialmente disenadas usando una tecnica de discriminador especial. En este sistema, la generacion de pulsos de reflectometna en el dominio del tiempo (TDR) y el equipo electronico de medicion pueden localizarse remotamente a una distancia relativamente alejada (por ejemplo, un centenar de pies) desde la piscina de combustible gastado (SFP).

La divulgacion del presente documento puede utilizarse para supervisar el nivel de agua en una piscina de combustible gastado (SFP) en un reactor nuclear en un entorno post-accidente. Sin embargo, debena entenderse que la tecnologfa puede adaptarse tambien facilmente para medicion del nivel de agua en la vasija a presion del reactor nuclear (RpV) u otras aplicaciones de medicion de nivel de agua que requieran un equipo electronico remoto y una sonda robusta.

La FIG. 1A es una vista esquematica de un sistema para la medicion de un nivel de lfquido de acuerdo con un ejemplo no de acuerdo con la invencion tal como se reivindica.

La FIG. 1B es una vista esquematica de otro sistema para la medicion de un nivel de lfquido de acuerdo con un ejemplo no de acuerdo con la invencion tal como se reivindica.

Debena entenderse que cualquiera de las caractensticas, disposiciones y/o configuraciones mostradas en la FIG.

IA, pero no explteitamente mostrada en la FIG. 1B, pueden aplicarse tambien a la FIG. 1B y viceversa. La FIG. 1C es una vista en perspectiva de una sonda que puede usarse en el sistema de la FIG. 1A o en el sistema de la FIG.

IB.

En referencia a las FIGS. 1A-1C, un sistema 100 incluye una sonda 106 que se monta en el interior del tanque 102 que contiene una masa de agua 104 (por ejemplo, la piscina de combustible gastado del reactor nuclear), aunque debena entenderse que las ensenanzas del presente documento pueden aplicarse a lfquidos en general. La sonda 106 incluye una barra conductora 112 dispuesta dentro de un tubo conductor 110. El tubo conductor 110 puede incluir una pluralidad de perforaciones 124 a lo largo de toda su longitud. Pueden usarse una pluralidad de separadores 126 de aislamiento para mantener una disposicion coaxial entre la barra conductora 112 y el tubo conductor 110. Puede proporcionarse un dispositivo 114 de tensado en un extremo inferior del tubo conductor 110. La sonda 106 puede sujetarse a las paredes interiores del tanque 102 con soportes laterales 116. Un cable coaxial 118 conecta una unidad 120 de pulsos a la sonda 106 a traves de un conector 108 de cabeza. La unidad 120 de pulsos puede incluir un discriminador 120a y una pantalla 120b de nivel. Puede utilizarse un calibrador 122 en conexion con la unidad 120 de pulsos.

Con detalle adicional, el sistema 100 incluye una sonda 106 especialmente disenada (o sensor) que se coloca en el interior del tanque 102 cuyo nivel de agua ha de ser medido. La sonda 106 se conecta a traves de un conector 108 de cabeza especialmente disenado a un cable coaxial 118 de bajas fugas pero largo (lmea de transmision) hasta una unidad 120 de pulsos disenada de modo unico (unidad de envte y recepcion de pulsos TDR). El cable coaxial 118 puede variar desde 30,5 m a 305 m de largo. Por ejemplo, el cable coaxial puede ser de 76 m, 152 m, o 229 m de largo, aunque la presente divulgacion no esta limitada a los mismos.

La sonda 106 tiene una longitud ligeramente mas larga que el nivel de agua a ser medido (aproximadamente 10,7 m para una aplicacion de supervision en piscina de combustible gastado) y tiene una configuracion coaxial que consiste en una barra conductora 112 (una barra o tubo central electricamente conductor) que forma un electrodo, y un tubo conductor 110 (un tubo exterior electricamente conductor) que forma el otro electrodo. La sonda 106 es pasiva y no tiene partes moviles o componentes activos. El diametro exterior de la barra conductora 112 (electrodo interior) y el diametro interior del tubo conductor 110 (electrodo exterior) se seleccionan especialmente para asegurar que hay un incremento significativo en la impedancia entre el cable de la lmea de transmision y la interfaz de aire de la sonda y una disminucion significativa de la impedancia en la interfaz de aire y agua de la sonda.

Otro factor en la seleccion de los diametros de los dos electrodos es asegurar mecanicamente que el hueco o separacion entre los electrodos permanece constante a todo lo largo de la longitud de la sonda 106. Se han construido varios modelos de desarrollo de sonda para finalidades de ensayo, y se han realizado ensayos con sondas en donde el diametro interior es un cable con diametro exterior ~1,6256 mm y el electrodo exterior es un tubo con diametro interior ~20,88 mm, y una sonda en donde el electrodo interior es una barra con un diametro exterior ~3,175 mm y el electrodo exterior es un tubo con un diametro interior ~60,20 mm. Pueden usarse tambien otros disenos de sonda coaxial que mantienen una relacion adecuadamente elevada entre el diametro interior del electrodo exterior y el diametro exterior del electrodo interior, siempre que se satisfagan los requisitos mecanicos de la sonda. Un requisito mecanico importante es que la barra conductora 112 (conductor central) mantenga una

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separacion constante respecto a las paredes del tubo conductor 110 de modo que la geometna del hueco (o concentricidad) se mantenga a todo lo largo de la longitud de la sonda 106 incluso bajo una carga sfsmica. El mantenimiento de la concentricidad asegura que los pulsos reflejados dependeran solamente del nivel del agua la sonda 106 para una deteccion precisa del nivel de agua.

Un diseno potencial para asegurar la concentricidad es montar un numero suficiente de delgados separadores 126 de aislamiento (denominados como discos de separacion o separadores) sobre la barra conductora 112 (electrodo o conductor central). La distancia entre los separadores 126 de aislamiento montados sobre el electrodo central depende del diseno de la sonda y como de ngido es el electrodo central. Para el electrodo central menos ngido de 1,6256 mm de diametro puede ser necesario colocar los separadores 126 de aislamiento cada 30,5 cm a lo largo de la longitud de la sonda, pero para el diseno de barra central mas ngida de 6,35 mm de diametro, los separadores 126 de aislamiento pueden separarse de 1,52 a 3,05 m de separacion. Los separadores 126 de aislamiento se disenan para permitir que el agua pase libremente a traves y/o alrededor de ellos mientras mantienen una configuracion coaxial y separacion electrica entre el conductor central y el exterior.

Los separadores 126 de aislamiento se realizan de materiales tales como ceramica, vidrio, cuarzo, etc. para soportar las condiciones de temperatura y radiacion post-accidente y las propiedades qmmicas del agua en el interior de la piscina de combustible gastado (SFP). La introduccion de separadores 126 de aislamiento puede complicar el diseno de la sonda y afectar potencialmente a la impedancia y a la medicion del nivel de agua en sus localizaciones, de modo que es deseable limitar el numero de separadores 126 de aislamiento en la sonda 106. Una forma de reducir el numero de separadores 126 de aislamiento es rigidizar el electrodo central mediante la aplicacion de una tension en el en ambos extremos a traves de un dispositivo de tensado 114, pero debe tenerse cuidado en asegurar que la resistencia del electrodo central se mantiene y que no hay una tension indebida sobre los hilos del cable soldados al conector 108 de cabeza en la parte superior de la sonda 106. Los separadores 126 de aislamiento se disenan para permitir que el agua se mueva libremente pasandoles cuando cambia el nivel del agua. El tubo conductor 110 exterior tiene perforaciones 124 (orificios) a todo lo largo de su longitud para permitir que el agua se mueva libremente dentro y fuera de la sonda 106 de modo que el nivel de agua en el interior de la sonda 106 sea el mismo que el de la piscina en la que se localiza la sonda 106.

Los materiales del conductor central y del conductor exterior tubular se disenan especialmente para una propagacion eficiente de los pulsos TDR y tambien para soportar los efectos de la corrosion del agua en la SFP, y los efectos de la radiacion gamma y temperatura elevada del combustible usado. La parte superior de la sonda tiene un conector coaxial con un aislador ceramico capaz de funcionar en las condiciones medioambientales y de radiacion post- accidente, que conecta los electrodos central y exterior de la sonda al cable coaxial para transmision al equipo electronico TDR localizado remotamente. Las conexiones de los electrodos conductores central y exterior al conector coaxial en la parte superior de la sonda 106 se disenan especialmente para una propagacion eficiente del pulso TDR. La sonda 106 se inserta verticalmente en la SFP y el montaje se disena para cumplir con los requisitos de cualificacion sfsmica.

El chasis del equipo electronico TDR localizado remotamente contiene circuitos electronicos para la generacion de pulsos y la recepcion de los pulsos reflejados. El circuito de generacion de pulsos se disena para producir un pulso corto con un rapido tiempo de elevacion y cafda (por ejemplo, 1 a 10 ns) y una amplitud suficiente para su transmision a traves del largo (hasta 305 m) cable coaxial 118 a la sonda 106 y producir los pulsos reflejados desde la sonda 106 con suficiente amplitud para que se trasladen de vuelta a traves del largo cable coaxial 118 y sean medidos por el circuito receptor. El circuito receptor de pulsos se disena para recibir e identificar/discriminar los pulsos reflejados producidos en dos discontinuidades de impedancia espedficas en la sonda, y para medir el tiempo entre ellos. Los pulsos reflejados espedficos que se detectan son en las dos discontinuidades de impedancia principales siguientes. El primer pulso reflejado (Pulso n.° 1) es de la discontinuidad de impedancia entre el cable de la lmea de transmision coaxial de baja impedancia y la interfaz en el aire superior de la sonda de alta impedancia. Esto da como resultado un pulso reflejado con una polaridad positiva. El segundo pulso reflejado (Pulso n.° 2) procede de la discontinuidad de impedancia en la interfaz aire/agua en la sonda. La constante dielectrica del aire es mas baja que la del agua, de modo que este pulso reflejado de una impedancia alta a baja produce un pulso reflejado con polaridad negativa.

El primer pulso reflejado proporciona una referencia para la medicion del nivel del agua dado que tiene lugar en una localizacion fija, mientras que el segundo pulso reflejado tiene lugar en la interfaz del nivel de agua y cambia cuando cambia el nivel de agua. Otras discontinuidades de impedancia podnan estar tambien deliberadamente en una localizacion espedfica para establecer una localizacion de referencia alternativa para la medicion del nivel de agua. Por ejemplo, puede usarse un corto cable de calibracion de longitud fija con las mismas caractensticas de impedancia de la sonda 106 dentro del dielectrico aire, para generar el pulso de TDR positivo (Pulso n.° 1) reflejado en la discontinuidad de impedancia, mientras que la interfaz en el nivel aire/agua continuana generando el pulso de TDR negativo (Pulso n.° 2) reflejado en la discontinuidad de impedancia.

Para tener una buena resolucion y una buena relacion senal a ruido para los pulsos de TDR reflejados, se necesita un equipo electronico especial para generar pulsos incidentes de tension cortos de elevada amplitud con rapidos tiempos de elevacion y cafda (por ejemplo, ~1 nanosegundo), que tengan suficiente energfa para propagarse hasta el final de un largo (hasta 305 m) cable coaxial 118 (lmea de transmision) a la sonda 106. El cable coaxial 118 desde

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el equipo electronico localizado remotamente hasta la sonda 106 se disena con caractensticas de bajas perdidas a las frecuencias de interes de modo que despues de que el pulso incidente se propague al final del largo cable coaxial 118, los pulsos (Pulso n.° 1 y Pulso n.°2) reflejados en las discontinuidades de impedancia tienen suficiente amplitud y son suficientemente cortos con rapidos tiempos de elevacion para ser resueltos por el circuito de recepcion de pulsos. Cuanto mayor sea la amplitud del pulso en el generador de pulsos, mayor sera la amplitud del pulso reflejado en la discontinuidad de impedancia recibido desde el largo (por ejemplo 152 m a 305 m) cable coaxial 118 (lmea de transmision), y mayor sera la relacion senal a ruido para una precision de medicion mejorada.

Se llevaran a cabo ensayos para probar la viabilidad del concepto de medicion de pulsos TDR descrito en la presente divulgacion, y los resultados de estos ensayos se describen en una seccion posterior. Una amplitud de pulso incidente en el generador de 250 mV fue adecuada para 137 m de cable coaxial de 75 ohmios que esta facilmente disponible del comerciante Rockbestos. Otros ensayos de desarrollo con electronica de generacion de pulsos incidentes mejorada que produjeron pulsos de amplitud mayor (~ 5 V), y el uso de 305 m de cable especial de bajas perdidas de 50 ohmios del comerciante Times Microwave, han conducido a pulsos de discontinuidad de impedancia TDR reflejados con una amplitud mas alta mejorada (~ 450 mV). Una optimizacion adicional del circuito de pulsos puede generar pulsos incidentes de amplitudes incluso mas altas que pueden incrementar adicionalmente la amplitud de los pulsos de discontinuidad de impedancia TDR reflejados para mejorar adicionalmente la resolucion y la relacion senal a ruido para unas mediciones de nivel de agua basadas en TDR mejoradas con lmeas de cable de transmision coaxial mayores de 305 m, si se requiere.

El sistema electronico se disena para tener la capacidad de detectar automaticamente los siguientes dos pulsos reflejados en las discontinuidades de impedancia. El Pulso n.° 1 se refleja en cualquiera de las dos configuraciones de discontinuidad de impedancia siguientes. Primero, hay una discontinuidad de impedancia entre la lmea de transmision del cable coaxial (impedancia caractenstica ~ 50 o 75 ohmios) y el conector coaxial en la parte superior de la sonda (impedancia caractenstica ~130 ohmios). Segundo, hay tambien una discontinuidad de impedancia entre la lmea de transmision de cable coaxial (impedancia caractenstica ~ 50 o 75 ohmios) y una corta longitud de cable fija (llamado cable de calibracion de sonda) con la misma impedancia caractenstica que la parte superior de la sonda (impedancia caractenstica ~130 ohmios).

Ambas de estas configuraciones producen un pulso positivo de amplitud adecuadamente grande debido a la gran discontinuidad de impedancia de 80 o 55 ohmios. La primera configuracion sin el cable de calibracion de alta impedancia proporciona una medicion de nivel de agua que es independiente del cable de calibracion. Sin embargo esta configuracion es adecuada cuando los pulsos son muy cortos y el equipo electronico suficientemente rapido para discriminar y medir el tiempo entre el Pulso n.° 1 y el Pulso n.°2. Para esta configuracion la sonda 106 se posiciona verticalmente en el tanque 102 de modo que hay una minima distancia entre el conector 108 de cabeza de sonda y el nivel de agua anticipado mas alto en la SFP para permitir un intervalo de tiempo suficiente entre pulsos para mediciones precisas. El uso del cable de calibracion de alta impedancia en la segunda configuracion proporciona un tiempo mayor entre los Pulsos n.° 1 y n.°2, y desde el punto de vista de tiempos eleva de modo efectivo la conexion de la cabeza de sonda. El tiempo extra es igual a la longitud del cable dividido por la velocidad del pulso en el cable.

El uso de un cable de calibracion tambien permite que la sonda se mueva arriba y abajo facilmente para calibracion sin mover el cable de 305 m que puede estar ngidamente montado en la SFP. Dado que el cable de calibracion es corto (~1,83 m) no necesita tener las mismas caractensticas de perdidas que la larga lmea de transmision del cable coaxial y se disena para ser flexible para facilitar la calibracion y para tener la impedancia caractenstica y la robustez necesaria para el entorno post-accidente. Podna incluirse tambien un cable de calibracion de pequena longitud similar en la primera configuracion para facilitar la calibracion, pero la impedancia caractenstica de este cable de calibracion necesitana ser la misma que la de la larga lmea de transmision de cable coaxial (50 o 75 ohmios) de modo que no haya discontinuidad de impedancia en esa union y la discontinuidad de impedancia para el Pulso n.° 1 tenga lugar en la parte superior de la sonda. Para ambas configuraciones, el pulso positivo (Pulso n.° 1) es fijo en el tiempo y no vana con el nivel de agua, y por ello proporciona una referencia constante para medir el nivel de agua a partir de el.

El Pulso n.°2 se refleja desde la discontinuidad de impedancia en la interfaz aire/agua en la sonda 106. La gran discontinuidad de impedancia (130 ohmios en la columna de aire de la sonda por encima del nivel de agua a ~15 ohmios en la columna de agua de la sonda en y por debajo del nivel de agua) produce un gran pulso negativo. El tiempo de este pulso negativo vana con el nivel de agua, y espedficamente el tiempo del flanco de inicio del pulso negativo es una medicion precisa del nivel de agua.

El circuito electronico de recepcion del sistema determina el nivel de agua como sigue, midiendo particularmente el intervalo de tiempo entre los pulsos reflejados en las discontinuidades de impedancia positivo (Pulso n.°1) y negativo (Pulso n.° 2) descritos anteriormente. El tiempo de inicio de la medicion del intervalo se detecta mediante la deteccion del tiempo en el que la amplitud del flanco ascendente del pulso positivo supera un ajuste de discriminador positivo preestablecido fijo. El tiempo de parada de la medicion del intervalo se detecta notando el tiempo en el que la amplitud del flanco de inicio del pulso negativo cae por debajo de un ajuste de discriminador negativo preestablecido fijo. El sistema de medicion TDR usa discriminadores rapidos para detectar y establecer el intervalo de tiempo entre el Pulso n.° 1 y el Pulso n.°2, y los discriminadores se ajustan por encima del nivel de ruido en la

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senal. Para minimizar el tiempo de calculo y el volumen de datos analizados, el sistema de medicion se inicializa para reconocer solamente los pulsos reflejados grandes (Pulso n.° 1 y Pulso n.°2) que se originan a partir de las discontinuidades de impedancia explicadas anteriormente que tienen lugar mas alla de la lmea de transmision del largo cable coaxial. El tiempo que lleva al pulso incidente propagarse a traves del largo cable coaxial 118 (lmea de transmision) hasta la sonda es bloqueado en la electronica como "tiempo muerto". Este "tiempo muerto" depende de la longitud del cable coaxial 118 y se determina despues de que se instale el sistema y se establezcan las longitudes del cable coaxial.

El intervalo de tiempo medido entre los pulsos reflejados se convierte en distancia basandose en una calibracion inicial del sistema. En esta calibracion inicial se mide el nivel de agua en el interior de la sonda 106 por separado y se correlaciona con el intervalo de tiempo medido entre los Pulsos n.° 1 y n.° 2 reflejados en las discontinuidades de impedancia. Notese que esta medicion del nivel de agua se basa solamente en cuando cambia el dielectrico de aire a agua, y por lo tanto es insensible a la temperatura del agua o a la pureza del agua. Tambien, dado que la medicion se basa en el intervalo de tiempo entre pulsos reflejados desde los cambios de impedancia cerca (o en) el conector de cabeza de sonda 108 y el nivel de agua, es insensible a cambios en la velocidad de propagacion del pulso debidos a cambios de potencial del material dielectrico en el largo (hasta 305 m) cable coaxial 118 (lmea de transmision) que conecta el equipo electronico a la sonda 106, lo que puede tener lugar debido a unas condiciones medioambientales post-accidente y debido a la larga vida de diseno del sistema (~40 anos). La velocidad de propagacion de un pulso en la zona entre el conector de cabeza de sonda 108 y el nivel de agua es relativamente constante debido a que la constante dielectrica del aire no cambia significativamente con la temperatura (~5 ppm por grado centfgrado) o con la humedad (~1,4 ppm por tanto por ciento de humedad relativa) de modo que la calibracion sea suficientemente precisa a lo largo de todo el intervalo de operacion.

La calibracion del sistema depende del posicionamiento vertical de la sonda 106 en la instalacion. Una vez instalada la calibracion de la sonda no cambia dado que el intervalo de tiempo entre los Pulsos n.° 1 y n.°2 reflejados depende solamente de la distancia entre el conector 108 de cabeza de sonda y el nivel de agua. Notese que la amplitud del pulso reflejado desde la interfaz aire/agua (Pulso n.°2) podna cambiar ligeramente (~ 15 %) debido a los cambios de la constante dielectrica del agua relacionados con la temperatura, pero el tiempo en el que este pulso de discontinuidad de impedancia tiene lugar no cambiana. Por ello aunque la amplitud del pulso de discontinuidad de impedancia reflejada pudiera cambiar, el tiempo del pulso reflejado depende solamente del nivel de agua de la SFP y no cambiana si el nivel no cambia, independientemente de la temperatura del agua. Los equipos electronicos y circuitos del discriminador remotos pueden calibrarse periodicamente respecto a su deriva mediante el uso de un calibrador 122 (por ejemplo, una fuente de calibracion externa).

La FIG. 2 es un diagrama de bloques del circuito electronico que puede usarse en un sistema para la medicion del nivel de lfquido de acuerdo con una realizacion no limitativa. En referencia a la FIG. 2, el diagrama de bloques 200 es una configuracion posible para el equipo electronico en la unidad 120 de pulsos. El equipo electronico del sistema remoto consiste basicamente en un circuito de generacion de pulsos incidentes (seccion de generacion de impulsos) que genera y transmite pulsos a la sonda 106 a traves de un largo (hasta 305 m) cable coaxial 118 (lmea de transmision), y el circuito de recepcion del pulso de discontinuidad de impedancia reflejada (seccion de discriminacion) que recibe y detecta los Pulsos n.° 1 y n.° 2 reflejados en las discontinuidades de impedancia y mide el tiempo entre ellos. El ritmo de generacion de pulsos incidentes se ajusta de modo que los Pulsos n.° 1 y n.° 2 reflejados desde un pulso incidente generado pueda medirse antes de que se genere el siguiente pulso incidente para su transmision a lo largo del cable coaxial 118 (lmea de transmision) a la sonda 106.

Dado que la velocidad de transmision del pulso incidente es muy rapida (aproximadamente 0,7 veces a 1,0 veces la velocidad de la luz dependiendo del material dielectrico del cable coaxial 118 y el aire en la sonda 106), la tasa de repeticion de pulsos incidentes (PRR) se selecciona para proporcionar una medicion de nivel de agua virtualmente continua (aproximadamente 10-100 microsegundos) sin interferir con el tiempo que lleva a cada pulso incidente generado en el equipo electronico propagarse a traves del cable coaxial 118 hasta la sonda 106 y a los pulsos reflejados en la discontinuidad de impedancia desde la sonda 106 propagarse de vuelta en el cable coaxial 118 desde la sonda 106 al equipo electronico. Hay varias clases de pulsos incidentes que pueden usarse para la medicion TDR, incluyendo una forma de onda escalonada que esta comunmente disponible en la mayor parte de equipos TDR comerciales, y una forma de onda de impulsos descrita en el presente documento que requiere circuitos de generacion de pulsos especiales pero proporciona una resolucion y relacion senal a ruido mejorados para mediciones de nivel de agua a traves de largas distancias (por ejemplo, sobre 305 m) y simplifica la discriminacion de los Pulsos n.° 1 y n.°2 reflejados en las discontinuidades de impedancia de amplitud positiva y negativa para mediciones de intervalo de tiempo y nivel de agua mas precisas.

La presente divulgacion describe un diseno unico que utiliza un generador programable de funcion de impulso para la generacion del pulso incidente. El generador de la funcion de impulso proporciona pulsos incidentes de amplitud relativamente alta (~5 voltios) con rapidos tiempos de ascenso y cafda (~1 nanosegundo). El concepto es generar un unico pulso incidente mediante la combinacion de forma logica de dos formas de onda escalonada que difieren en el retardo de propagacion en aproximadamente 1 a 10 nanosegundos. El ancho del pulso incidente puede ajustarse usando logica programable pero se mantiene suficientemente corto para proporcionar Pulsos n.° 1 y n.° 2 reflejados en las discontinuidades de impedancia que puedan resolverse para medir con precision el intervalo de tiempo entre ellos a lo largo de todo el intervalo de medicion del nivel de agua. Este pulso incidente se almacena temporalmente y

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se acopla al largo cable coaxial 118 con un circuito de adaptacion de impedancias. El cable coaxial 118, que actua como una lmea de transmision, tiene una impedancia caractenstica relativamente baja (50 a 75 ohmios) y esta especialmente disenado para tener caractensticas de bajas perdidas para minimizar la atenuacion del pulso incidente para la propagacion del pulso a traves de 305 m de longitud del cable coaxial 118.

La divulgacion describe un diseno unico que utiliza varios discriminadores programables para la deteccion de los Pulsos n.° 1 y n.°2 reflejados en las discontinuidades de impedancia. Los pulsos reflejados se introducen en varios discriminadores programables que inician y detienen generadores de rampas basandose en la polaridad y amplitud del pulso reflejado para medir la diferencia de tiempo entre los Pulsos n.° 1 y n.° 2 reflejados en las discontinuidades de impedancia. Un circuito denominado el circuito de pulsos de borrado, se utiliza para borrar el pulso incidente generado y cualquier pulso de ruido reflejado de pequena amplitud en el largo cable coaxial 118 (lmea de transmision) a la sonda 106, de modo que solo se reconozcan por parte del circuito discriminador los grandes Pulsos n.° 1 y n.° 2 reflejados positivo y negativo. El ancho del pulso de borrado es ajustable de modo que tenga en cuenta apropiadamente la transmision del pulso incidente en varias longitudes de lmea de transmision de cable coaxial usadas para cualquier aplicacion de la planta espedfica.

El instrumento se calibra inicialmente usando niveles de agua conocidos y correlacionando estos para medir el tiempo entre los pulsos reflejados en las discontinuidades de impedancia. Para una geometna de sonda fija, el tiempo entre los Pulsos n.° 1 y n.°2 reflejados en las discontinuidades de impedancia es solo una funcion del nivel de agua y no depende de la temperatura o impureza del agua. Los cambios en la temperatura o impureza del agua afectaran a la magnitud del pulso negativo reflejado pero no afectaran a la medicion del nivel de agua dado que para un nivel de agua dado el pulso reflejado en la discontinuidad de impedancia tiene lugar al mismo tiempo. El nivel de agua medido se visualiza y puede digitalizarse y fecharse y enviarse a traves de un cable de fibra optica (u otro cable de comunicacion digital) a otras estaciones de supervision de la SFP en la planta. El equipo electronico de medicion absorbe muy poca potencia y puede alimentarse mediante batenas durante condiciones de apagon de la estacion (SBO, del ingles "Station Blackout"). Se proporcionan diversos medios de conservacion de la energfa durante el SBO, incluyendo salva-pantallas y medicion y visualizacion bajo demanda, con la finalidad de prolongar la vida de la batena.

El sistema puede medir tambien la temperatura de la SFP usando un termopar (o RTD) estandar montado en un tubo fijado sobre el exterior de la sonda de nivel de agua. El sistema puede medir tambien y visualizar la tendencia y la velocidad de cambio del nivel del agua de la SFP y la temperatura de la SFP, y puede proporcionar alarmas tanto sobre el nivel como sobre la velocidad de cambio cuando el nivel disminuye por encima o la velocidad de cambio se incrementa por encima de valores predeterminados. Todos los datos medidos y calculados de la SFP pueden transmitirse tambien digitalmente a traves de cable (o de modo inalambrico) a estaciones remotas de supervision de la SFP.

La sonda 106 pasiva (o sensor) consiste basicamente en una barra conductora 112 (conductor electrico central) dentro de un tubo conductor 110 (tubo exterior hueco), de aproximadamente 10,7 m de largo. El conductor central tiene un nucleo interior hecho de material resistente (acero inoxidable) que tiene suficiente conductividad para una transmision eficiente de pulsos. El acero inoxidable proporciona la resistencia requerida y es qmmicamente no reactivo de modo que esta bien adaptado para una residencia a largo termino en la SFP, a aunque pueden usarse tambien otros materiales siempre que no degraden la propagacion de los cortos pulsos electromagneticos. Si para algunas aplicaciones se requiere una mayor inercia qrnmica y mayor resistencia a la corrosion, el material de la sonda puede recubrirse con una delgada capa de oro, que tiene tambien excelentes propiedades de conduccion electrica. El uso de oro es barato pero una capa de oro que tenga solo 200 micrometros de grueso es todo lo que se necesita dado que el pulso de tDr se propaga principalmente sobre la superficie exterior del conductor central. El diseno de la sonda tambien necesita ser resistente y robusto y capaz de resistir en la SFP durante 40 anos sin degradacion significativa, y capaz de soportar los efectos corrosivos del agua de la SFP bajo condiciones de operacion normales y post-accidente.

El diseno del tubo conductor 110 (tubo exterior tubular) incluye perforaciones 124 (por ejemplo, orificios (~6,35 mm de diametro)) a todo lo largo de su longitud y en el fondo para permitir que el agua de la SFP entre y se mueva alrededor libremente en la sonda 106 de modo que el nivel de agua en la sonda 106 sea el mismo que el nivel de agua en la SFP. Un elemento clave del diseno de la sonda es el uso de separadores 126 de aislamiento para asegurar que la barra conductora 112 (conductor central) mantiene una separacion precisa respecto al tubo conductor 110 (conductor exterior) de modo que la impedancia caractenstica de la sonda se mantenga en el valor de diseno a todo lo largo de la longitud de la sonda 106, y tambien permita que el agua fluya libremente en el interior de la sonda 106 para asegurar que el nivel de agua en el interior de la sonda 106 es el mismo que en la SFP. Un concepto de diseno para los separadores 126 de aislamiento es una oblea delgada (hecha de ceramica, cuarzo, etc.) que se ancla a la barra conductora 112 (conductor central) y tiene un diametro ligeramente menor que el diametro interior del tubo conductor 110 (tubo exterior).

La sonda 106 tiene un conector 108 de cabeza de sonda coaxial con un aislador ceramico que conecta el conductor central y el conductor exterior de la sonda al cable de calibracion y a continuacion al cable coaxial largo 118 (lmea de transmision) hasta el equipo electronico TDR localizado remotamente. Las conexiones del electrodo conductor central y exterior al conector coaxial en la parte superior de la sonda 106 (denominado como el conector 108 de

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cabeza de sonda) se disenan especialmente para una propagacion eficiente del pulso TDR y para no degradar el Pulso n.° 1 reflejado en la discontinuidad de impedancia en la interfaz conector/aire de la cabeza de sonda. Dado que el conector 108 de cabeza es fijo, el Pulso n.° 1 reflejado en la discontinuidad de impedancia en la parte superior de la sonda 106 proporciona un punto de referencia constante para la medicion del nivel de agua. El Pulso n.°2 reflejado en la discontinuidad de impedancia en la interfaz de nivel aire/agua en la sonda 106 se localiza en el nivel de agua variable a ser medido. La sonda 106 puede cerrarse mecanicamente en el fondo mediante soldadura de una placa metalica al fondo del tubo exterior y barra central, debido a que aunque esto cortocircuita electricamente los conductores exterior e interior, no afecta a los Pulsos n.° 1 y n.°2 reflejados en las discontinuidades de impedancia que se usan para medicion de nivel de agua dado que estos pulsos se reflejan por encima del fondo de la sonda 106 y tienen lugar posteriormente en el tiempo. La parte inferior necesitana tener orificios para no atrapar el agua en la sonda sino para permitir que el agua salga de la sonda y se comunique libremente con el agua de la SFP.

La sonda 106 se posiciona verticalmente en la piscina de combustible gastado (SFP) y podna anclarse conceptualmente a la pared del tanque 102 para cumplir con los requisitos sfsmicos. Sin embargo dicha instalacion en la SFP es complicada para las SFP que contienen combustible usado debido a la radiacion del combustible usado.

La FIG. 3A es una vista en perspectiva de una disposicion de montaje para un sistema para la medicion de un nivel de lfquido de acuerdo con un ejemplo no de acuerdo con la invencion tal como se reivindica.

La FIG. 3B es una vista en perspectiva de otra disposicion de montaje para un sistema para la medicion de un nivel de lfquido de acuerdo con un ejemplo no de acuerdo con la invencion tal como se reivindica.

En referencia a la FIG. 3A, un procedimiento unico de instalacion de esta sonda 106 es usar un tipo oscilante de conexion tal como una disposicion 300 de montaje de rotula en la que la bola 302 se suelda a la sonda 106 y el asiento 304 se ancla al lateral o suelo 310 de la SFP a traves de un brazo 306 de soporte. El lateral o suelo 310 puede cubrirse con un recubrimiento 308. El anclaje puede realizarse mediante el uso de pernos de anclaje en el suelo 310 de la SFP, o mediante soldadura de la placa de montaje directamente en la parte superior del bordillo. Puede proporcionarse tambien una cubierta 312. La sonda 106 colgana como un pendulo afianzandose la bola 302 en el asiento 304. En un evento sfsmico la sonda 106 oscilana como un pendulo amortiguado por el agua de la SFP y su movimiento se limitana por la pared de la SFP proxima a la que se monta la sonda 106, y no impactana o danana el combustible usado. Esta disposicion reduce las fuerzas sfsmicas en la sonda 106 y simplifica su cualificacion para las cargas sfsmicas especificadas.

En referencia a la FIG. 3B, otro procedimiento de instalacion de la sonda 106 es el uso de una disposicion 300' de montaje de barra final. Ambas configuraciones de montaje permiten que la sonda 106 se localice tan proxima como sea posible a la esquina de la SFP. Puede sujetarse una placa 318 de montaje al bordillo 314 mientras esta adyacente a una cuenca 316. El conector 108' de cabeza se conecta al extremo de la barra 320 con un pasador 324 y tuerca 322. El conjunto de sonda montada puede equiparse con una cubierta protectora tras la instalacion.

Se realizaron dos ensayos, primero un ensayo de prueba de concepto inicial y a continuacion un ensayo de prototipo de desarrollo conceptual, para verificar el diseno conceptual del GEH SFPLMS. La FIG. 4A es una vista esquematica del sistema para la medicion del nivel de lfquido en un ensayo de prueba de concepto de acuerdo con un ejemplo no de acuerdo con la invencion tal como se reivindica.

La FIG. 4B es un grafico de los resultados del ensayo de prueba de concepto realizados con el sistema de la FIG. 4A.

Se realizo un ensayo de prueba de concepto inicial para demostrar la viabilidad de este procedimiento para la supervision del nivel de agua en la piscina de combustible gastado. Este fue un ensayo realizado con un osciloscopio 406 y se baso en la medicion visual del intervalo de tiempo sobre el osciloscopio 406 entre los Pulsos n.° 1 y n.° 2 reflejados en las discontinuidades de impedancia, y no incluyeron la deteccion automatica de los pulsos y medicion automatica del tiempo entre los pulsos reflejados en las discontinuidades de impedancia.

Para el ensayo se fabricaron los siguientes artfculos de ensayo. La sonda 106 configurada coaxialmente tema 3,05 m de largo. El tubo conductor 110 (electrodo exterior) fue un tubo de cobre (20,88 mm de diametro interior) con muchas perforaciones 124 (6,35 mm de taladros) taladrados en toda la longitud. La barra conductora 112 (electrodo central) fue un cable de cobre (diametro exterior 1,6256 mm). Esto creo una sonda 106 en la que la impedancia con el dielectrico aire fue de ~ 150 ohmios y con el dielectrico agua de ~ 17 ohmios. El conector 108 de cabeza coaxial en la parte superior de la sonda 106 se diseno especialmente para que no tuviera discontinuidades electricas, y tema un aislante de polietileno entre las conexiones del electrodo. El conector del electrodo exterior se soldo al tubo de modo que la pared interior del tubo estaba electricamente conectada al borde inferior del conector, y el terminal central del conector coaxial se soldo al conductor central de cobre de la sonda. Se montaron discos separadores de aislamiento (~3,175 mm de grosor de polietileno con un diametro de 0,762 mm mas pequenos que el diametro interior del tubo) se montaron sobre la barra conductora 112 (conductor central) aproximadamente cada 15,24 cm para mantener una separacion constante entre los electrodos de la sonda y para mantener la seguridad de que el conductor central no tocaba los lados del tubo y cortocircuitaba la sonda 106. Se monto un dispositivo de tensado

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114 en el fondo de la sonda 106 para mantener el conductor central recto. Se uso un cable 118 coaxial de 137,2 metros con una impedancia de 75 ohmios (fabricado por Rockbestos) para conectar la sonda 106 al equipo electronico a traves de una pieza en T 402. Se uso tambien un cable coaxial 118 de 50 ohmios en el diseno final. Se uso el generador 404 de pulsos incidentes en una caja electronica de TDR hecha en laboratorio para crear un pulso incidente con rapido tiempo de elevacion, y se supervisaron los Pulsos n.° 1 y n.°2 reflejados en las discontinuidades de impedancia mediante un osciloscopio Tektronix (velocidad de muestreo de 1,25 GHz) conectado al circuito de recepcion de la caja electronica del TDR.

Los ensayos iniciales se realizaron mediante la insercion de la sonda 106 en la piscina de las instalaciones del GEH San Jose. Se tomaron datos para varios niveles de agua mediante la elevacion y descenso de la sonda 106 en la piscina. Los datos consistieron en la medicion del tiempo entre los pulsos reflejados desde la discontinuidad de impedancia (75 a 150 ohmios) en la interfaz conector de cabeza de sonda/aire y la discontinuidad de impedancia (150 a 17 ohmios) en la interfaz aire/nivel de agua. Los tiempos de los pulsos se determinaron mediante la observacion visual del tiempo correspondiente a cuando el pulso positivo (Pulso n.° 1) se elevo por encima del eje de la lmea base y el pulso negativo (Pulso n.°2) cayo por debajo del eje de la lmea base de la firma del trazado del TDR. Los resultados de este ensayo inicial se muestran en la Tabla 1 y graficamente en la FIG. 4B.

Tabla 1

Nanosegundos

Nivel (m)

5,68

2,44

7,52

2,13

9,36

1,83

11,3

1,52

13,3

1,22

15,1

0,914

16,9

0,610

19,0

0,305

Estos resultados demuestran que los Pulsos n.° 1 y n.°2 reflejados en las discontinuidades de impedancia pueden usarse con instrumentacion tDr de impulsos localizada remotamente para la medicion precisa del nivel de agua. Segun se esperaba, el intervalo de tiempo entre el inicio de los Pulsos n.° 1 y n.° 2 reflejados en las discontinuidades de impedancia es linealmente proporcional al nivel de agua. La precision de la medicion del nivel de agua fue mejor de 15,24 cm, y esta precision se mejoro hasta 25,4 a 50,8 mm mediante un ajuste fino del equipo electronico del instrumento tDr y la incorporacion de un ancho de pulso incidente mas corto y un cable coaxial 118 de perdidas mas bajas.

Se realizo tambien un ensayo para determinar el efecto del agua en ebullicion sobre la medicion del nivel de agua. Para este ensayo, la sonda de 3,05 m se puso en una cuba de ~0,914 m de alta con un calentador que llevo el agua a ebullicion. La presencia de vapor en la sonda se aseguro mediante la observacion del vapor vertiendose fuera de los orificios en la sonda 106. El nivel de agua se midio visualmente con un osciloscopio 406 como antes con y sin vapor. Los resultados de los ensayos demostraron que el entorno de vapor debido a la ebullicion del agua no afecto a la precision de la medicion del nivel de agua. Este resultado de ensayo fue tal como se esperaba debido a que la presencia de vapor en el espacio de aire por encima del agua a presion atmosferica tiene un efecto insignificante sobre la constante dielectrica y velocidad de propagacion del pulso.

La FIG. 5A es una vista esquematica del sistema para la medicion del nivel de lfquido en un ensayo de prototipo de desarrollo conceptual de acuerdo con una realizacion no limitativa. La FIG. 5B es un grafico de los resultados del ensayo de prototipo de desarrollo conceptual realizados con el sistema de la FIG. 5A. El ensayo de prototipo de desarrollo conceptual se realizo para demostrar la viabilidad de este procedimiento de instrumentacion de tDr de pulsos para la supervision automatica del nivel de agua en la piscina de combustible gastado, remotamente desde 305 m. Este ensayo tambien incluyo la deteccion automatica de los Pulsos n.° 1 y n.° 2 reflejados en las discontinuidades de impedancia, y la medicion automatica del tiempo entre estos pulsos reflejados.

Para el ensayo se fabricaron los siguientes artmulos de ensayo. Dos sondas identicamente disenadas, excepto en el tubo exterior y barra interior que fue realizada de acero inoxidable para la primera sonda y de aluminio para la segunda sonda. Las sondas 106 fueron de 3,66 m de largo y el electrodo exterior fue un tubo conductor 110 (diametro exterior de 60,20 mm, diametro interior de 56,90 mm) con muchas perforaciones 124 (6,35 mm de taladro) taladrados en el sobre toda la longitud de la sonda 106. El electrodo interior fue una barra conductora 112 (6,35 mm de diametro) que establecio la impedancia caractenstica de la sonda con dielectrico aire en ~137 ohmios y con dielectrico agua en ~15 ohmios. El conector 108 de cabeza de la sonda coaxial se diseno para encajar en esta geometna y tuvo un material de aislamiento especial (PEAK) entre los electrodos. Dado que la barra central era suficientemente ngida no se requirio una fuerza de tensado para sus 3,66 m de longitud, y no se usaron discos

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15

20

25

30

separadores de aislamiento. Sin embargo, se observo que para longitudes mas largas (~10,7 m pod^an requerirse discos separadores de aislamiento. Se conecto una pequena longitud fija (~1,83 m) de cable (cable de calibracion 502) con la misma impedancia caractenstica (~130 ohmios) que la interfaz conector/aire a la parte superior de la sonda 106 para extender el tiempo entre los Pulsos n.° 1 y n.° 2 reflejados en las discontinuidades de impedancia de modo que el intervalo de tiempo entre estos pulsos pudiera medirse mas precisamente.

Se uso una longitud de 305 m de cable coaxial 118 de bajas perdidas con impedancia caractenstica de 50 ohmios (fabricado por Times Microwave) para conectar la sonda 106 (con 1,83 m de cable 502 de calibracion) al equipo electronico de instrumentacion TDR. Se diseno un circuito electronico 504 que inclrna una tarjeta electronica tDr especial que era compatible con la electronica GEH NUMAC estandar con un generador de impulsos y circuito discriminador para detectar y medir el intervalo de tiempo entre los Pulsos n.° 1 y n.° 2 reflejados en las discontinuidades de impedancia para la medicion automatica del nivel de agua. El intervalo de tiempo se midio a traves de la medicion de la tension de una rampa de tension (usando un circuito de carga de un condensador) que se inicio cuando el discriminador detecto el gran pulso positivo (Pulso n.°1) reflejado en la discontinuidad de impedancia en la parte superior de la sonda, y se detuvo cuando el discriminador detecto el gran pulso negativo (Pulso n.°2) reflejado en la discontinuidad de impedancia en la interfaz aire/agua en la sonda 106. La tension medida se digitalizo a continuacion y se convirtio a cuentas que se convirtieron de nuevo a nivel de agua y se visualizaron sobre la pantalla NUMAC.

Se realizo un tubo de plastico opticamente claro especial (~15,24 cm de diametro, 3,66 m de alto) para alojar la sonda 106 y en el que pudiera variarse el nivel de agua para simular el nivel de agua en la SFP. Para el ensayo, la sonda 106 se inserto verticalmente dentro de este tubo y las mediciones de TDR de pulsos se realizaron mediante la elevacion o descenso del nivel de agua para abarcar todos los 3,66 m de longitud de la sonda. El ensayo se realizo en el laboratorio GEH. Los ensayos de medicion del TDR de pulsos se realizaron tanto con las sondas de acero inoxidable como de aluminio. Ambas sondas proporcionaron aproximadamente los mismos resultados. Los resultados para el acero inoxidable se muestran en la Tabla 2 y graficamente en la FIG. 5B.

Tabla 2

Nivel de agua

Tiempo entre pulsos

Metros desde el fondo Metros desde la parte superior

Rampa de tension (recuentos)

3,353

0,305 1093

3,200

0,457 1182

3,048

0,610 1281

2,896

0,762 1361

2,743

0,914 1423

2,591

1,067 1485

2,438

1,219 1550

2,286

1,372 1614

2,134

1,524 1687

1,981

1,676 1756

1,829

1,829

1822

1,676

1,981 1887

1,524

2,134 1960

1,372

2,286 2020

1,219

2,438 2077

1,067

2,591 2137

0,914

2,743 2205

0,762

2,896 2268

0,610

3,048 2329

0,457

3,200 2381

0,305

3,353 2433

Estos resultados demuestran que con este diseno de tarjeta electronica de TDR en el chasis NUMAC, los Pulsos n.° 1 y n.°2 reflejados en las discontinuidades de impedancia pueden detectarse con precision mediante los discriminadores y el tiempo entre ellos puede medirse precisamente de modo que tras la calibracion el instrumento puede proporcionar automaticamente medias precisas del nivel de agua. Tal como se esperaba, el intervalo de

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10

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20

25

30

35

40

45

50

55

tiempo entre los pulsos es linealmente proporcional al nivel de agua. Hay una ligera no linealidad espedficamente cuando el nivel de agua esta proximo a la parte superior de la sonda debido a una ligera perdida de resolucion del ancho del pulso debido al ancho del pulso. La no linealidad observada puede reducirse mediante el uso de un pulso incidente mas corto. Ha de tomarse nota sin embargo, que la presencia de esta no linealidad no es un problema cntico debido a que puede tenerse en cuenta durante la calibracion. Los resultados indican que para este instrumento NUMAC, una vez los circuitos electronicos estan estabilizados en temperatura, la precision de la medicion del nivel de agua sena mejor de ~25,4 mm.

Lo que sigue es un sumario de las diversas caractensticas y ventajas del sistema desvelado de medicion de nivel de agua de TDR por pulsos remotos, aunque debena entenderse que lo que sigue no es una lista exhaustiva. El equipo electronico puede localizarse remotamente a una distancia alejada (hasta 305 m o mas) de la sonda de nivel de agua. La sonda de nivel de agua es completamente pasiva sin partes moviles o circuitos electricos o electronicos activos en o alrededor de la sonda. El diseno de sonda de nivel de agua robusto y relativamente simple no es susceptible al hostil ambiente de radiacion y post-accidente o a condiciones de calidad de agua. Una vez instalada, la calibracion de la sonda de nivel de agua es fija, y no se requiere una calibracion periodica en toda la longitud de la sonda. La verificacion de la calibracion de la sonda puede realizarse en cualquier momento mediante el movimiento manualmente de la sonda arriba y abajo unos pocos pies. Electronicamente puede calibrarse periodicamente respecto a deriva mediante el uso de una fuente de calibracion electronica externa. El sistema proporciona precisas mediciones de nivel (~25,4 mm) en las condiciones de agua previas a la ebullicion y en ebullicion. El sistema usa discriminadores rapidos y proporciona medicion de nivel de agua automatica con la salida del nivel de agua indicada en pies (u otras unidades). El sistema proporciona una supervision del nivel de agua continua cuando cambia el nivel de agua en toda la longitud de la sonda. La longitud de la sonda es arbitraria y puede extenderse hasta el fondo de la SFP. La sonda puede montarse usando una disposicion de rotula de modo que no se requiere la fijacion a las paredes de la SFP, y la instalacion puede realizarse sin peligro de radiacion. El sistema tiene un bajo consumo de potencia —aproximadamente 30 vatios para operacion normal, ~20 vatios en el modo de salva-pantallas, y ~30 vatios durante unos pocos minutos durante el modo bajo demanda—. El instrumento puede operarse con un paquete de batenas portatiles bajo condiciones de SBO. Con muy baja potencia (< milivatios) a la sonda debido a los cortos pulsos (< 10 nanosegundos) hasta una amplitud de unos pocos voltios cada 10-100 microsegundos. El sistema no es sensible a la calidad del agua y puede usarse para medicion de nivel de agua en la SFP con agua salada, agua borada, y otros tanques abiertos con otras clases de aguas o lfquidos. El sistema puede integrarse facilmente con termopares (o RTD) disponibles comercialmente si se requieren mediciones de la temperatura de la SFP. El sistema puede proporcionar una velocidad de cambio del nivel de agua y la temperatura e informacion integrada de temperatura/nivel de agua de la SFP segun se requiera en el caso de un accidente. Todos los datos medidos y calculados pueden transmitirse a otras estaciones de supervision de la SFP segun se requiera.

La presente divulgacion describe un sistema de instrumentacion de TDR de pulsos remotos unicos que puede usarse para determinar el nivel de agua en la piscina de combustible gastado (SFP) de un reactor nuclear desde una distancia remota (hasta 305 m o mas). El procedimiento es adecuado para una supervision de nivel de agua de la SFP post-accidente continua desde una localizacion remota cuando el personal puede no tener capacidad para acceder al area de la piscina de combustible gastado debido a la alta radiacion o a danos de la planta desde el accidente. La sonda y el cable son robustos y resistentes a la radiacion post-accidente y condiciones medioambientales, y el diseno del sistema permite que el equipo electronico se localice en un area protegida lejos del reactor. La medicion de TDR de pulsos remota descrita usa relativamente poca potencia y puede alimentarse mediante una batena portatil, de modo que esta bien adaptado para las condiciones de supervision post-accidente bajo un apagon de la estacion (SBO).

Aunque la presente divulgacion se enfoca sobre la supervision del nivel de agua en el combustible usado en un reactor nuclear, debena entenderse que los sistemas y procedimientos del presente documento pueden adaptarse con relativa facilidad para medir el nivel de agua remotamente en la vasija de presion del reactor (RPV) durante la operacion normal del reactor y tras un accidente. Dicho sistema proporcionana una medicion del nivel de agua del RPV diversa, y que podna incrementar la fiabilidad global para la supervision normal y post-accidente. Adicionalmente, los sistemas y procedimientos del presente documento son aplicables tambien a escenarios no nucleares que impliquen varios tipos de lfquidos.

Aunque se han desvelado en el presente documento cierto numero de realizaciones de ejemplo, debena entenderse que son posibles otras variaciones. Dichas variaciones no han de considerarse como una separacion del alcance de la presente divulgacion, y todas las dichas modificaciones, como sena obvio para un experto en la materia, se pretende que se incluyan dentro del alcance de las reivindicaciones a continuacion.

Claims (14)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

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   55

   REIVINDICACIONES

   1. Un sistema (100) para la medicion del nivel de agua, que comprende:

   una sonda (106) que incluye una barra (112) conductora y separadores (126) de aislamiento dentro de un tubo (110) conductor, dispuesta la barra (112) conductora coaxialmente dentro del tubo (110) conductor, extendiendose la barra (112) conductora a traves de los separadores (126) de aislamiento, incluyendo el tubo (110) conductor perforaciones que exponen la barra (112) conductora y los separadores (126) de aislamiento en su interior;

   un conector (108) de cabeza conectado a la sonda (106);

   un cable (118) coaxial conectado al conector (108) de cabeza, incluyendo el cable (118) coaxial un hilo conductor interior dentro de una pantalla conductora exterior y separado por un aislante interior, estando el hilo conductor interior y la pantalla conductora exterior del cable (118) coaxial en comunicacion electrica con la barra (112) conductora y el tubo (110) conductor de la sonda (106), respectivamente, a traves del conector (108) de cabeza;

   y

   un cable (502) de calibracion que conecta el conector (108) de cabeza al cable (118) coaxial, teniendo el cable (502) de calibracion una impedancia que es mayor que la del cable (118) coaxial pero igual a la del conector (108) de cabeza, alargando asf eficazmente una distancia desde la primera discontinuidad de impedancia hasta el nivel de agua, teniendo el cable (502) de calibracion una longitud menor que la del cable (118) coaxial; una unidad (120) de pulsos conectada al cable (118) coaxial, estando configurada la unidad (120) de pulsos para transmitir un pulso corto a la sonda y para recibir un primer pulso reflejado positivo y un segundo pulso reflejado negativo desde la misma a traves del cable (118) coaxial, incluyendo el pulso transmitido un pulso corto con tiempos de elevacion y cafda que totalizan 10 nanosegundos o menos, reflejandose el primer pulso positivo desde una discontinuidad de impedancia en una interfaz entre el cable de calibracion y el cable coaxial, y reflejandose el segundo pulso negativo desde una discontinuidad de impedancia en una interfaz aire/agua del nivel de agua, estando configurada la unidad (120) de pulsos para calcular un tiempo entre el primer pulso positivo reflejado y el segundo pulso negativo reflejado y para convertir el tiempo en una distancia que es indicativa del nivel de agua.
2. 2. El sistema (100) de la reivindicacion 1, en el que la sonda (106) tiene una longitud que excede una profundidad correspondiente al nivel de agua.
3. 3. El sistema (100) de la reivindicacion 1 o 2, en el que la barra (112) conductora incluye un nucleo hecho de un primer material y una carcasa que rodea al nucleo, hecha la carcasa de un segundo material, siendo una conductividad del segundo material mayor que la del primer material.
4. 4. El sistema (100) de la reivindicacion 3, en el que el segundo material es oro.
5. 5. El sistema (100) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la barra (112) conductora se extiende a traves de un centro de cada uno de los separadores (126) de aislamiento.
6. 6. El sistema (100) de cualquier reivindicacion anterior, en el que los separadores (126) de aislamiento estan en forma de discos y estan hechos de al menos uno de entre ceramica, cuarzo, vidrio y porcelana.
7. 7. El sistema (100) de cualquier reivindicacion anterior, en el que los separadores (126) de aislamiento estan situados a intervalos regulares a lo largo de la barra (112) conductora.
8. 8. El sistema (100) de cualquier reivindicacion anterior, en el que una relacion de un diametro interior del tubo conductor (100) a un diametro exterior de la barra (112) conductora vana de 10 a 20.
9. 9. El sistema (100) de cualquier reivindicacion anterior, en el que una superficie exterior de la barra (112) conductora esta equidistantemente separada de una superficie interior del tubo (110) conductor.
10. 10. El sistema (100) de cualquier reivindicacion anterior, en el que el conector (108) de cabeza incluye una conexion de conductor central y una conexion de conductor exterior, estando la conexion de conductor central del conector (108) de cabeza en comunicacion electrica con la barra conductora de la sonda (106) y el hilo conductor interior del cable (502) de calibracion coaxial,

    estando la conexion de conductor exterior del conector (108) de cabeza en comunicacion electrica con el tubo (110) conductor de la sonda (106) y con la pantalla conductora exterior del cable (502) de calibracion coaxial.
11. 11. Un procedimiento de medicion de un nivel de agua, que comprende: conectar un conector (108) de cabeza a una sonda (106),

    conectar un cable (118) coaxial al conector (108) de cabeza mediante el uso de un cable (502) de calibracion, en el que el cable (502) de calibracion tiene una impedancia mayor que la del cable (118) coaxial pero igual a la del conector (108) de cabeza, teniendo el cable de calibracion una longitud menor que la del cable coaxial; conectar una unidad (120) de pulsos al cable coaxial;

    insertar la sonda (106) dentro de una masa (104) de agua, teniendo la sonda (106) una interfaz sonda/aire,

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    20

    incluyendo la masa (104) de agua una interfaz aire/agua;

    transmitir a la sonda (106), usando la unidad (120) de pulsos, un pulso corto con tiempos de elevacion y ca^da que totalizan 10 nanosegundos o menos;

    recibir, en la unidad (120) de pulsos, una primera discontinuidad de impedancia desde la interfaz cable de calibracion/cable coaxial en una forma de un pulso reflejado positivo;

    recibir, en la unidad (120) de pulsos, una segunda discontinuidad de impedancia desde la interfaz aire/agua en una forma de un pulso reflejado negativo;

    usando la unidad (120) de pulsos para:

    calcular un tiempo entre el pulso reflejado positivo y el pulso reflejado negativo; y convertir el tiempo en una distancia, siendo la distancia indicativa del nivel de agua;

    en el que la conexion del cable (118) coaxial al conector (108) de cabeza mediante el uso del cable (502) de calibracion alarga de modo efectivo una distancia desde la primera discontinuidad de impedancia al nivel de agua, teniendo lugar la primera discontinuidad de impedancia en una interfaz entre el cable de calibracion y el cable coaxial.
12. 12. El procedimiento de la reivindicacion 11, en el que la insercion incluye el posicionamiento de la sonda (106) verticalmente en la masa (104) de agua.
13. 13. El procedimiento de las reivindicaciones 11 o 12, en el que la recepcion de un pulso reflejado negativo incluye una segunda discontinuidad de impedancia alta a baja de al menos 100 ohmios.
14. 14. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, que comprende adicionalmente:

    la realizacion de una calibracion mediante la determinacion independientemente del nivel de agua y correlacionando el tiempo y distancia resultantes con el nivel de agua determinado independientemente.