ES2969332T3 - Sistema y método que utiliza reflectometría en el dominio del tiempo para medir un nivel de un líquido - Google Patents

Abstract

Un sistema para medir el nivel de un líquido puede incluir un receptáculo, una sonda, una unidad de pulsación y un digitalizador. El receptáculo tiene una parte superior y un fondo y está configurado para contener el líquido. La sonda puede extenderse hacia el interior del receptáculo a través del fondo. La unidad de pulsación está configurada para transmitir un pulso a la sonda. El digitalizador está configurado para recibir al menos un primer pulso reflejado y un segundo pulso reflejado desde la sonda. El tiempo entre el primer impulso reflejado y el segundo impulso reflejado puede calcularse y convertirse en una distancia que sea indicativa del nivel del líquido en el receptáculo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y método que utiliza reflectometría en el dominio del tiempo para medir un nivel de un líquido

Antecedentes

Campo

La presente invención se refiere a sistemas y métodos para medir el nivel de un líquido.

Descripción de la técnica relacionada

Convencionalmente, la reflectometría en el dominio del tiempo (TDR) se ha utilizado para caracterizar y localizar fallos en cables metálicos. Aunque existen sistemas de medición del nivel de agua basados en reflectometría en el dominio del tiempo (TDR), normalmente no están diseñados para medir niveles de agua a distancia (por ejemplo, en un reactor de agua en ebullición (BWR) en funcionamiento) desde distancias relativamente lejanas utilizando pulsos y métodos de discriminación por reflectometría en el dominio del tiempo (TDR) de especialización relativamente elevada. Por ejemplo, un sistema convencional de reflectometría en el dominio del tiempo (TDR) utiliza una onda en escalón en lugar de un pulso. Otros enfoques convencionales incluyen técnicas de radar de onda guiada (GWR) que utilizan tecnología de esta categoría general. Sin embargo, todas estas técnicas convencionales requieren equipos electrónicos en las proximidades (es decir, relativamente cerca) de la piscina de combustible gastado (SFP) y, por lo tanto, no son adecuadas para la medición del nivel del agua en un entorno hostil que podría incluir alta radiación y/o altas temperaturas. Mohr, Charles L. et al. (US 4.786.857) divulgan métodos y aparatos para determinar las proporciones relativas de constituyentes entremezclados de un sistema de fluido multifásico. Los constituyentes para los cuales se miden las proporciones relativas deben tener permitividades eléctricas mensurables diferentes. Los sistemas utilizan al menos una sonda eléctricamente conductora que tiene dos conductores que están separados entre sí y son capaces de recibir el sistema fluido entre ellos. Los reflectómetros en el dominio del tiempo presentan a las sondas una señal eléctrica estimulante que varía en el tiempo, y reciben y miden señales reflejadas generadas por los cambios de impedancia en la línea de transmisión y en la sonda. El tiempo de tránsito de la sonda y/o la velocidad promedio de la sonda asociada proporcionan una medida de las condiciones del sistema fluido que se puede comparar con valores predeterminados correspondientes a diversas proporciones relativas de los constituyentes entremezclados. De este modo se proporciona una medida de las proporciones relativas de los constituyentes.

Dayal, Yogeshwar et al. (US 2016/003662) divulgan un sistema y un método de medición de nivel de líquido por TDR de pulso a distancia, que incluye la inserción de una sonda en una masa de agua. La sonda tiene una interfaz sonda / aire, y el cuerpo de agua incluye una interfaz aire / agua. Un pulso estrecho se transmite a distancia a la sonda a través de un cable coaxial. Se recibe un primer desajuste de impedancia desde la interfaz sonda / aire en forma de un pulso reflejado positivo, y un segundo desajuste de impedancia se recibe desde la interfaz aire / agua en forma de un pulso reflejado negativo. Se calcula un tiempo entre el pulso reflejado positivo y el pulso reflejado negativo, y ese tiempo se convierte en una distancia, siendo la distancia indicativa del nivel del agua.

Kanto, Denki Koji (JP 2016/194421) divulga un método mediante el cual se puede medir de manera fiable el nivel de agua en un reactor atómico, y un aparato para implementar el método, que consiste en un cable de MI triple que comprende un hilo central, una vaina interior que cubre la circunferencia exterior del hilo central por medio de un aislante, y una vaina exterior que cubre la circunferencia exterior de la vaina interior por medio de un aislante dispuesto dentro de una tubería de vaina detectora de neutrones que penetra en el fondo de un reactor atómico y se extiende hasta el cuerpo de bastidor superior, en el extremo superior del núcleo del reactor. Kanto, Denki Koji (JP 2016/194422) divulga métodos mediante los cuales se puede medir de manera fiable la temperatura o el estado fundido en un reactor atómico, y aparatos para implementar los métodos, que consisten en una tubería de vaina detectora de neutrones dispuesta en un reactor atómico, de manera que una línea de circuito de detección de temperatura a la que se conectan una pluralidad de metales, que difieren entre sí en el punto de fusión, conectados desde arriba en el orden ascendente del punto de fusión a la línea de circuito con intervalos entre ellos, se inserta desde el extremo inferior hasta la parte superior de la tubería de vaina detectora de neutrones. La línea del circuito de detección de temperatura se hace salir al lado exterior del reactor atómico desde el extremo inferior de la tubería de vaina detectora de neutrones y se conecta a un instrumento de medición por TDR, se transmite una onda de pulso desde el instrumento de medición TDR y se refleja en la posición de la línea del circuito de detección de temperatura cortada por la fusión de los metales. A partir de ese intervalo de tiempo se mide el intervalo de tiempo en el cual retorna la onda reflejada, y se calcula a partir del intervalo de tiempo la distancia hasta la posición de corte.

Compendio

De acuerdo con la invención, se proporciona un sistema para medir el nivel de un líquido según se define en la reivindicación independiente 1, y un método para medir el nivel de un líquido contenido en un recipiente que tiene una parte superior y un fondo según se define en la reivindicación independiente 10. Otras características ventajosas de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes.

Un sistema para medir el nivel de un líquido puede incluir un recipiente, una sonda, una unidad de pulsación y un digitalizador. El recipiente tiene una parte superior y un fondo y está configurado para contener el líquido. La sonda puede extenderse al interior del recipiente a través del fondo. La unidad de pulsación está configurada para transmitir un pulso a la sonda. El digitalizador está configurado para recibir al menos un primer pulso reflejado y un segundo pulso reflejado desde la sonda.

El recipiente puede ser una vasija de presión de reactor perteneciente a un reactor de agua en ebullición. La vasija de presión del reactor puede incluir una guía superior, una placa de núcleo y conjuntos de combustible situados entre la guía superior y la placa de núcleo. La sonda puede extenderse a través de la placa de núcleo y los conjuntos de combustible. Además, la vasija de presión del reactor puede incluir un tubo de seguimiento de intervalo de potencias locales (LPRM). La sonda puede estar dispuesta dentro del tubo de LPRM. El tubo de LPRM puede estar perforado para que sea permeable al líquido del recipiente.

La sonda puede estar orientada verticalmente dentro del recipiente. La sonda tiene un extremo superior y un extremo inferior. El extremo superior puede estar dentro del recipiente. El extremo inferior está configurado para recibir el pulso de la unidad de pulsación. La sonda incluye un tubo conductor, al menos un marcador situado dentro del tubo conductor, y al menos una barra conductora dispuesta coaxialmente dentro del tubo conductor y conectada al al menos un marcador. El tubo conductor puede estar perforado para que sea permeable al líquido del recipiente.

La unidad de pulsación se puede colocar a al menos 340,8 metros (1.000 pies) de distancia de la sonda. El sistema puede comprender, además, un cable coaxial que conecta la sonda a la unidad de pulsación y al digitalizador. El cable coaxial puede estar configurado para transportar el pulso desde la unidad de pulsación a la sonda y para transportar el primer pulso reflejado y el segundo pulso reflejado desde la sonda al digitalizador. El primer pulso reflejado puede provenir de una interfaz inicial con el líquido del fondo del recipiente. El segundo pulso reflejado puede provenir de un interfaz líquido / aire del recipiente.

Un método para medir el nivel de un líquido en un recipiente puede incluir insertar una sonda en el fondo del recipiente y a través del líquido. Además, el método puede incluir transmitir un pulso a la sonda. El método puede incluir también recibir un primer desajuste de impedancia en forma de un primer pulso reflejado desde una interfaz inicial con el líquido del fondo del recipiente. El método también puede incluir recibir un segundo desajuste de impedancia en forma de un segundo pulso reflejado desde un interfaz líquido / aire del recipiente. El método puede incluir también calcular un tiempo entre el primer pulso reflejado y el segundo pulso reflejado. Además, el método puede incluir convertir el tiempo en una distancia. La distancia puede ser indicativa del nivel del líquido en el recipiente.

La transmisión puede incluir que el pulso viaje hacia arriba a través del líquido hasta el interfaz líquido / aire. La transmisión puede incluir también hacer funcionar un transistor en modo de avalancha para generar el pulso. El funcionamiento del transistor puede dar como resultado un pulso gaussiano que tiene una magnitud de al menos 5 voltios y una anchura de 4 nanosegundos o menos. El recipiente puede ser una vasija de presión de reactor perteneciente a un reactor de agua en ebullición, y la transmisión puede realizarse durante condiciones de funcionamiento normales o de accidente.

La conversión puede incluir calcular una velocidad del pulso a través de la sonda, con al menos un marcador que está dispuesto a una distancia conocida desde un extremo inferior de la sonda. El método puede comprender, además, determinar una temperatura del líquido basándose en la velocidad del pulso.

Breve descripción de los dibujos

Las diversas características y ventajas de las realizaciones no limitativas de la presente memoria pueden resultar más evidentes con la revisión de la descripción detallada junto con los dibujos adjuntos. Los dibujos adjuntos se proporcionan meramente con fines ilustrativos y no deben interpretarse como limitativos del alcance de las reivindicaciones. Los dibujos adjuntos no deben considerarse como trazados a escala, a menos que se indique explícitamente. Para mayor claridad, es posible que se hayan exagerado varias dimensiones de los dibujos.

La Figura 1 es una vista recortada de un reactor de agua en ebullición (BWR) que incluye un sistema para medir el nivel de un líquido en su interior según una realización proporcionada a modo de ejemplo.

La Figura 2 es una vista esquemática de una sonda de reflectometría en el dominio del tiempo (TDR) según una realización proporcionada a modo de ejemplo.

La Figura 3 es una vista en corte transversal de un tubo de seguimiento de intervalo de potencias locales (LPRM) que incluye una sonda de TDR según una realización proporcionada a modo de ejemplo.

La Figura 4 es una vista recortada de un tubo de LPRM que incluye una sonda de TDR según una realización proporcionada a modo de ejemplo.

La Figura 5 es una vista en perspectiva de un marcador de una sonda de TDR según una realización proporcionada a modo de ejemplo.

La Figura 6 es una vista en corte transversal de un tubo de LPRM que incluye una sonda de TDR según una realización proporcionada a modo de ejemplo.

La Figura 7 es una vista esquemática de la conexión de la sonda de TDR a la unidad de pulsación y al digitalizador según una realización proporcionada a modo de ejemplo.

La Figura 8 es una vista esquemática de una unidad de pulsación y un cable de TDR según una realización proporcionada a modo de ejemplo.

La Figura 9 es una firma de TDR de voltaje frente al tiempo de las reflexiones durante un método para medir el nivel de un líquido según una realización proporcionada a modo de ejemplo.

La Figura 10 es una firma de TDR de voltaje frente al tiempo de las reflexiones durante un método para medir el nivel de un líquido mostrando las diferencias de tiempo relevantes, de acuerdo con una realización proporcionada a modo de ejemplo.

La Figura 11 muestra filtros de borde para convolución con los datos según una realización proporcionada a modo de ejemplo.

La Figura 12 muestra la convolución del filtro del borde superior de la sonda y el filtro del borde inferior de la sonda con los datos según una realización proporcionada a modo de ejemplo.

La Figura 13 muestra la convolución del filtro de borde de marcador con los datos según una realización proporcionada a modo de ejemplo.

La Figura 14 muestra la convolución del filtro de borde de la interfaz aire / agua con los datos según una realización proporcionada a modo de ejemplo.

La Figura 15 es un diagrama de flujo de un método para medir el nivel de un líquido usando datos de TDR según una realización de ejemplo.

Descripción detallada

Debe entenderse que cuando se hace referencia a un elemento o capa como situado "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 bien pueden estar presentes elementos o capas intermedios. Por el contrario, cuando se hace referencia a un elemento como situado "directamente sobre", "directamente conectado a" o "directamente acoplado a" otro elemento o capa, no hay presentes elementos o capas intermedias. Los mismos números se refieren a elementos similares en toda la memoria. Tal como se utiliza en la presente memoria, el término "y/o" incluye cualquiera y todas las combinaciones de uno o más de los elementos enumerados asociados.

Debe entenderse que, aunque los términos “primero”, “segundo”, “tercero”, etc. pueden usarse en la presente memoria para describir varios elementos, componentes, regiones, capas y/o secciones, estos elementos, componentes, regiones, capas y/o secciones no estarán limitados por estos términos. Estos términos solo se utilizan para distinguir un elemento, componente, región, capa o sección de otra región, capa o sección. Por tanto, un primer elemento, componente, región, capa o sección expuesto en lo que sigue podría denominarse segundo elemento, componente, región, capa o sección sin apartarse de las enseñanzas de las realizaciones proporcionadas a modo de ejemplo.

En la presente memoria se pueden utilizar términos y expresiones relativos espacialmente (por ejemplo, "por debajo", "debajo", "inferior", "por encima", "superior" y similares) para facilidad de descripción con el fin de describir la relación de un elemento o característica con otro(s) elemento(s) o característica(s), tal como se ilustra en las figuras. Debe entenderse que los términos espacialmente relativos están destinados a abarcar diferentes orientaciones del dispositivo en uso o funcionamiento, además de la orientación representada en las figuras. Por ejemplo, si el dispositivo representado en las figuras se da la vuelta, los elementos descritos como "debajo" o "por debajo" de otros elementos o características quedarán orientados entonces "encima" de los otros elementos o características. Por tanto, el término "debajo" puede abarcar una orientación tanto encima como debajo. El dispositivo puede orientarse de otra manera (girado 90 grados o en otras orientaciones) y los descriptores espacialmente relativos utilizados en la presente memoria pueden interpretarse en consecuencia.

La terminología utilizada en la presente memoria tiene el propósito de describir diversas realizaciones únicamente y no pretende ser limitativo a las realizaciones proporcionadas a modo de ejemplo. Tal como se usan en esta memoria, las formas singulares "un", "una" y "el" están destinadas a incluir también las formas plurales, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Se entenderá, además, que los términos y expresiones "incluye", "que incluye", "comprende" y/o "que comprende", cuando se usan en esta memoria, especifican la presencia de las características, integrantes, etapas, operaciones, elementos y/o componentes mencionados, pero no excluyen la presencia o adición de una o más de otras características, números enteros, etapas, operaciones, elementos, componentes y/o grupos de los mismos.

En la presente memoria se describen realizaciones proporcionadas a modo de ejemplo, con referencia a ilustraciones en corte transversal que son ilustraciones esquemáticas de realizaciones idealizadas (y estructuras intermedias) de realizaciones proporcionadas a modo de ejemplo. Por lo tanto, son de esperar variaciones con respecto a las formas de las ilustraciones como resultado, por ejemplo, de técnicas de fabricación y/o tolerancias. Por lo tanto, las realizaciones proporcionadas a modo de ejemplo no deben considerarse limitadas a las formas de las regiones ilustradas en la presente memoria, sino que deben incluir desviaciones en las formas que resultan, por ejemplo, de la fabricación.

A menos que se definan de otro modo, todos los términos (incluidos los términos técnicos y científicos) utilizados en la presente memoria tienen el mismo significado que entiende comúnmente un experto en la técnica a la que pertenecen las realizaciones proporcionadas a modo de ejemplo. Se entenderá, además, que los términos, incluidos los definidos en diccionarios de uso común, deben interpretarse con un significado que sea consistente con su significado en el contexto de la técnica relevante, y no se interpretarán en un sentido idealizado o demasiado formal, a menos que se defina así expresamente en esta memoria.

La Figura 1 es una vista recortada de un reactor de agua en ebullición (BWR) que incluye un sistema para medir el nivel de un líquido contenido en su interior, según una realización proporcionada a modo de ejemplo. Haciendo referencia a la Figura 1, un sistema 1000 para medir el nivel de un líquido puede incluir un recipiente, una sonda, una unidad de pulsación y un digitalizador. El recipiente tiene una parte superior y un fondo y está configurado para contener el líquido. La sonda puede extenderse al interior del recipiente a través del fondo. La unidad de pulsación está configurada para transmitir un pulso a la sonda. El digitalizador está configurado para recibir al menos un primer pulso reflejado y un segundo pulso reflejado desde la sonda. El recipiente, la sonda, la unidad de pulsación y el digitalizador se expondrán con más detalle en la presente memoria.

El recipiente puede ser una vasija de presión de reactor (RPV) 100 perteneciente a un reactor de agua en ebullición, aunque las realizaciones proporcionadas a modo de ejemplo no están limitadas por ello. La vasija de presión 100 del reactor puede incluir una guía superior 110, una placa de núcleo 130 y conjuntos de combustible 120 situados entre la guía superior 110 y la placa de núcleo 130. La sonda puede ser una sonda de reflectometría en el dominio del tiempo (TDR) 300 que se extiende dentro de la vasija de presión 100 del reactor a través del fondo, al tiempo que se extiende también a través de la placa de núcleo 130 y de los conjuntos de combustible 120. La región entre la guía superior 110 y la placa de núcleo 130 puede considerarse como la región de combustible 140. En un caso, la sonda de TDR 300 puede terminar en la guía superior 110 (por ejemplo, cuando un reactor de agua en ebullición existente se adapta para incluir el sistema 1000), de modo que el extremo superior de la sonda de TDR 300 se encuentre por debajo del nivel de líquido en la vasija de presión 100 del reactor durante condiciones de funcionamiento normal, y por encima del nivel del líquido durante condiciones de accidente. En otro caso, la sonda de TDR 300 puede extenderse a través de la guía superior 110 (por ejemplo, para un nuevo reactor de agua en ebullición integrado con el sistema 1000), de modo que el extremo superior de la sonda de TDR 300 se encuentre por encima del nivel del líquido en la vasija de presión 100 del reactor durante condiciones de funcionamiento normal y condiciones de accidente.

La Figura 2 es una vista esquemática de una sonda de reflectometría en el dominio del tiempo (TDR) según una realización proporcionada a modo de ejemplo. Haciendo referencia a la Figura 2, la sonda de TDR 300 incluye un tubo conductor 310, al menos un marcador 330 dentro del tubo conductor 310, y al menos una barra conductora 320 dispuesta coaxialmente dentro del tubo conductor 310 y conectada al al menos un marcador 330. Aunque la sonda de TDR 300 se ilustra de modo que incluye tres marcadores 330, debe entenderse que las realizaciones proporcionadas a modo de ejemplo no están limitadas por estos.

La sonda de TDR 300 tiene un extremo superior y un extremo inferior. Cuando está instalada, el extremo superior de la sonda de TDR 300 está dentro del recipiente. El extremo inferior de la sonda de TDR 300 también puede estar dentro del recipiente. En una realización proporcionada a modo de ejemplo, el extremo superior de la sonda de TDR 300 puede configurarse de manera que se extienda a través de la región de combustible 340 (cuando se instala en una vasija de presión del reactor). Además, el tubo conductor 310 de la sonda de TDR 300 puede estar perforado para que sea permeable al líquido contenido en el recipiente. Como resultado de ello, el nivel del líquido en la sonda de TDR 300 puede ser el mismo que el nivel del líquido en el recipiente. La sonda de TDR 300 también puede estar orientada verticalmente dentro del recipiente.

El extremo inferior de la sonda de TDR 300 está configurado para recibir un pulso desde la unidad de pulsación. Además, el pulso puede reflejarse a lo largo de varias posiciones de la sonda de TDR 300, de modo que los pulsos reflejados se transmitan de regreso al digitalizador. En un caso, un primer pulso reflejado puede provenir de una interfaz inicial con el líquido del fondo del recipiente. En otro caso, un segundo pulso reflejado puede provenir de un interfaz líquido / aire dentro del recipiente. Tal como se utiliza en la presente memoria, debe entenderse que el interfaz líquido / aire también puede denominarse interfaz líquido / gas (por ejemplo, interfaz agua / vapor). Además, como se explicará con más detalle en la presente memoria, los pulsos reflejados también pueden provenir del (de los) marcador(es) 330 y/o de la parte superior de la sonda de TDR 300.

La unidad de pulsación y/o el digitalizador pueden estar dispuestos a distancia con respecto a la sonda de TDR 300, lo que puede ser beneficioso desde el punto de vista de la seguridad para ciertos entornos (por ejemplo, entornos de reactores nucleares). Por ejemplo, la unidad de pulsación y/o el digitalizador pueden estar dispuestos a al menos 340,8 metros (1.000 pies) de distancia de la sonda de TDR 300, aunque las realizaciones proporcionadas como ejemplo no están limitadas por ello. Para permitir esta disposición distante, se puede proporcionar un cable coaxial para conectar la sonda de TDR 300 a la unidad de pulsación y al digitalizador. Como resultado de ello, el cable coaxial puede estar configurado para transmitir el pulso desde la unidad de pulsación a la sonda de TDR 300 y para transportar al menos el primer pulso reflejado y el segundo pulso reflejado desde la sonda de TDR 300 al digitalizador. El cable coaxial, la unidad de pulsación y el digitalizador se explicarán con más detalle en la presente memoria.

La Figura 3 es una vista en corte transversal de un tubo supervisor de intervalo de potencias locales (LPRM) que incluye una sonda de TDR según una realización proporcionada a modo de ejemplo. Haciendo referencia a la Figura 3, el tubo 210 de seguimiento de intervalo de potencias locales (LPRM) puede estar dispuesto dentro de la vasija de presión 100 del reactor. Por ejemplo, el tubo de LPRM 210 puede extenderse (por ejemplo, verticalmente) al interior de la vasija de presión 100 del reactor a través del fondo, al tiempo que se extiende también a través de la región de combustible 140 (y, por lo tanto, a través de la placa de núcleo 130 y de los conjuntos de combustible 120). La sonda de TDR 300 (que incluye el tubo conductor 310 y la(s) barra(s) conductora(s) 320) puede estar dispuesta dentro del tubo de LPRM 210. Un tubo de sonda transversal dentro del núcleo (TIP) 410 también puede estar dispuesto dentro del tubo de LPRM 210 y dispuesto en paralelo con respecto a la sonda de TDR 300, aunque las realizaciones proporcionadas a modo de ejemplo no están limitadas por esto. El tubo de LPRM 210 puede estar perforado para que sea permeable al líquido de la vasija de presión 100 del reactor. Como resultado de ello, el nivel del líquido en el tubo de LPRM 210 puede ser el mismo que el nivel del líquido de la vasija de presión 100 del reactor.

En una realización proporcionada a modo de ejemplo, el tubo de LPRM 210 puede tener un diámetro D que oscila entre 2,032 cm y 3,048 cm (de 0,8 a 1,2 pulgadas), por ejemplo 2,54 cm (1 pulgada). Además, el tubo conductor 310 (de la sonda de TDR 300) y el tubo de TIP 410 pueden tener, cada uno, un diámetro que oscila entre 0,889 cm y 1,016 cm (de 0,350 a 0,400 pulgadas), por ejemplo, 0,9525 cm (0,375 pulgadas). Además, la barra conductora 320 de la sonda de TDR 300 puede tener un diámetro que oscila entre 0,0889 cm y 0,1143 cm (de 0,035 a 0,045 pulgadas), por ejemplo 0,1016 cm (0,040 pulgadas).

La Figura 4 es una vista recortada de un tubo de LPRM que incluye una sonda de TDR según una realización proporcionada a modo de ejemplo. Haciendo referencia a la Figura 4, la sonda de TDR 300, el tubo de TIP 410 y un detector LPRM 220 están dispuestos dentro del tubo de LPRM 210. Con respecto a la sonda de TDR 300, se puede proporcionar una pluralidad de separadores 350 en su interior para ayudar a mantener una distancia relativamente igual (por ejemplo, disposición coaxial) entre la barra conductora 320 y el tubo conductor 310 de la sonda de TDR 300. Cada uno de los separadores 350 define un orificio pasante a través del cual se extiende la barra conductora 320. Cada uno de los separadores 350 también puede incluir tres aletas dispuestas radialmente que pueden hacer contacto con una superficie interior del tubo conductor 310 de la sonda de TDR 300, aunque las realizaciones proporcionadas a modo de ejemplo no están limitadas por esto. Además, cada uno de los separadores 350 puede estar hecho de un material aislante (por ejemplo, cerámica). Por otra parte, puede colocarse al menos un marcador 330 a una distancia conocida desde la parte inferior de la sonda de TDR 300. Como resultado de ello, puede usarse un pulso reflejado por el marcador 330 para calcular información adicional (por ejemplo, la velocidad de propagación del pulso). El marcador 330 se expondrá con más detalle en la presente memoria.

La Figura 5 es una vista en perspectiva de un marcador de una sonda de TDR según una realización proporcionada a modo de ejemplo. Haciendo referencia a la Figura 5, el marcador 330 incluye una parte de cuerpo 332 y una pluralidad de partes de aleta 336. La parte de cuerpo 332 del marcador 330 define un orificio ciego 334 (por ejemplo, en cada extremo) configurado para acomodar la(s) barra(s) conductora(s) 320 de la sonda de TDR 300. Cuando solo se utiliza un marcador 330, la al menos una barra conductora de la sonda TDR 300 puede darse en la forma de dos barras conductoras 320 conectadas al marcador 330 a través de los orificios ciegos 334 de cada extremo. Cuando se utiliza una pluralidad de marcadores 330, tal como tres (por ejemplo, Figura 2), la al menos una barra conductora de la sonda de TDR 300 puede darse en la forma de cuatro barras conductoras 320 conectadas alternadamente a los marcadores 330 en serie y coaxialmente a través de los orificios ciegos 334 de cada marcador 330. Por lo tanto, cuando el número de marcadores 330 es n, el número de barras conductoras 320 puede ser n+1. En algunos casos, el (los) marcadore(s) 330, si se utiliza(n), puede(n) estar formado(s) integralmente con la barra conductora 320.

La parte de cuerpo 332 del marcador 330 puede tener una forma cilíndrica, y la pluralidad de partes de aleta 336 pueden estar dispuestas radialmente y separadas entre sí equidistantemente conforme se extienden a lo largo de la parte de cuerpo 332. Por ejemplo, las partes de aleta 336 pueden extenderse a lo largo de toda la longitud de la parte de cuerpo 332 de forma que queden al ras de los extremos de la parte de cuerpo 332. El marcador 330 también puede ser una estructura monolítica en la que la parte de cuerpo 332 está formada integralmente con la pluralidad de partes de aleta 336. Aunque en los dibujos se han ilustrado tres partes de aleta 336, debe entenderse que las realizaciones proporcionadas a modo de ejemplos no están limitadas por esto.

El marcador 330 está configurado para provocar que un pulso reflejado se transmita de regreso al digitalizador (en respuesta al pulso inicial procedente de la unidad de pulsación) como resultado de un desajuste de impedancia entre la barra conductora 320, el marcador 330 y el tubo conductor 310. El desajuste de impedancia puede deberse a diferencias resistivas, capacitivas y/o inductivas. Para garantizar que se genere un pulso reflejado de anchura y amplitud adecuadas (para facilitar la detección), el marcador 330 puede tener una longitud que oscila entre aproximadamente 2,54 cm y 7,62 cm (de 1 a 3 pulgadas), por ejemplo, 5,08 cm (2 pulgadas). En un caso, la barra conductora 320 y el marcador 330 pueden estar hechos del mismo material conductor (por ejemplo, acero inoxidable). En otro caso, la barra conductora 320 puede estar hecha de un material conductor (por ejemplo, platino), mientras que el marcador 330 puede estar hecho de un material conductor diferente (por ejemplo, acero inoxidable). En cualquier situación, el desajuste de impedancia puede deberse, al menos, al cambio de geometría con respecto a la barra conductora 320 y al marcador 330.

La Figura 6 es una vista en corte transversal de un tubo de LPRM que incluye una sonda de TDR según una realización proporcionada a modo de ejemplo. Haciendo referencia a la Figura 6, el tubo de LPRM 210 incluye la sonda de TDR 300 (que incluye el tubo conductor 310 y la barra conductora 320), el tubo de TIP 410 y un cable de LPRM 230. Cuando están instaladas, las estructuras de las proximidades del contorno 150 (que puede ser una placa) pueden estar dentro de la vasija de presión del reactor. Se ha proporcionado un elemento de obturación 370 en el extremo del cable de TDR 500. El elemento de obturación 370 puede estar hecho de cerámica y configurado para ser estanco a los líquidos y capaz de soportar presiones relativamente altas. Se puede utilizar una estructura de alivio de tensiones 360 para mitigar la tensión causada por la expansión térmica. Aunque la estructura de alivio de tensiones 360 se muestra en forma de zigzag, debe entenderse que las realizaciones proporcionadas a modo de ejemplo no están limitadas por esto. Por ejemplo, como alternativa, la estructura de alivio de tensiones 360 puede tener una forma espiral o helicoidal. El cable de<t>D<r>500 puede considerarse parte del cable coaxial que está conectado a la unidad de pulsación y al digitalizador. Por ejemplo, la sonda de TDR 300, la unidad de pulsación y el digitalizador pueden estar conectados por medio de una pluralidad de segmentos de cable que se denominan colectivamente cable coaxial.

La Figura 7 es una vista esquemática de la conexión de la sonda de TDR a la unidad de pulsación y al digitalizador, según una realización proporcionada como ejemplo. Haciendo referencia a la Figura 7, la sonda de TDR 300 está conectada a la unidad de pulsación 600 y al digitalizador 700 a través de una T 510. Por ejemplo, la sonda de TDR 300 puede estar conectada a la T 510 por un primer segmento del cable coaxial. La unidad de pulsación 600 puede estar conectada a la T 510 por un segundo segmento del cable coaxial. El digitalizador 700 puede estar conectado a la T 510 por un tercer segmento del cable coaxial. La T 510 puede ser un conector BNC (Bayonet Neill-Concelman), aunque las realizaciones proporcionadas a modo de ejemplo no están limitadas por esto. Como se ha señalado más arriba, la unidad de pulsación 600 está configurada para transmitir un pulso a la sonda de TDR 300. El digitalizador 700 está configurado para recibir pulsos reflejados desde la sonda de TDR 300 y para producir representaciones digitales de los pulsos reflejados. El digitalizador 700 puede incluir un convertidor de analógico a digital (ADC) y puede implementarse en una computadora. Aunque no se muestra específicamente en la Figura 7, se puede utilizar una tarjeta de control de procesos (PCC) como interruptor.

La Figura 8 es una vista esquemática de una unidad de pulsación y un cable de TDR según una realización proporcionada a modo de ejemplo. Haciendo referencia a la Figura 8, la unidad de pulsación 600 está configurada para producir un pulso eléctrico corto (en contraposición a una forma de onda en escalón más larga) que se transmite a la sonda de TDR 300 a través de un cable de TDR 500. El uso de un pulso eléctrico corto permite una separación temporal de reflexiones en las diversas características de la sonda de TDR 300. Como resultado de esto, se pueden usar algoritmos de detección automatizados para analizar las reflexiones. Por el contrario, con formas de onda en escalón más largas, las reflexiones en las diversas características de la sonda TDR 300 tienden a interferir entre sí, frustrando así su detección.

En una realización proporcionada como ejemplo, el pulso presenta tiempos de subida y de bajada rápidos para garantizar una interferencia mínima entre las diferentes reflexiones. Por ejemplo, la unidad de pulsación 600 puede producir pulsos gaussianos con los rápidos tiempos de subida y de bajada requeridos. Sin embargo, debido a los efectos de piel (por ejemplo, del cable de TDR 500 y/o de la barra conductora 320), los pulsos más cortos pueden atenuarse más rápidamente que los pulsos más largos. Por lo tanto, además de la anchura del pulso, también se debe considerar el nivel de la señal para garantizar un funcionamiento robusto. Por ejemplo, la unidad de pulsación 600 puede producir un pulso de 5-15 V en un cable de 75 ohmios.

La unidad de pulsos 600 puede incluir un transistor que está configurado para funcionar en modo de avalancha para generar un pulso. El transistor puede ser un transistor de unión bipolar (BJT) con una base, un colector y un emisor como terminales. En el modo de avalancha, se aplica un voltaje positivo al colector hasta que se supera el voltaje de ruptura del colector al emisor (por ejemplo, 110 V). Cuando se supera el voltaje de ruptura del colector al emisor, fluye un pulso de corriente del colector al emisor. Los tiempos de subida y de bajada del pulso están, cada uno de ellos, en el rango por debajo de los nanosegundos.

La resistencia R1 y el condensador C1 forman una red resistencia-condensador (RC) que puede servir para los siguientes propósitos. Los valores relativos de R1 y C1 afectan la velocidad de acumulación de voltaje en el colector del transistor. El transistor entra en modo de avalancha cuando el voltaje se acumula hasta un valor suficientemente alto. La magnitud de C1 también afecta a la anchura de la avalancha resultante. Un valor más alto de C1 hará que la avalancha dure un intervalo de tiempo más largo, porque hay más carga presente en C1 al comienzo de la avalancha. Y a la inversa, un valor más bajo de C1 hará que la avalancha dure un intervalo de tiempo más corto, porque hay menos carga presente en C1 al comienzo de la avalancha. Por lo tanto, la anchura del pulso se puede seleccionar basándose en el valor de C1. La unidad de pulsación 600 puede producir pulsos relativamente consistentes de 1 a 3 nanosegundos de anchura.

El transistor tiene un valor de capacidad parásita relativamente bajo, con bajas fugas intrínsecas de colector a emisor. La baja capacidad parásita permite la creación de un pulso estrecho de amplitud relativamente alta. Además, las bajas fugas intrínsecas de colector a emisor evitan la aparición prematura de una avalancha cuando la red RC formada por R1 y C1 se está cargando. Sin las bajas fugas intrínsecas del colector al emisor, la descarga puede no ser rápida, lo que resulta en un tiempo de subida más largo para el pulso.

La resistencia R2 está configurada para facilitar la terminación de la avalancha de una manera relativamente limpia (por ejemplo, sin rebote). Las resistencias R3, R4 y R5 pueden tener múltiples funciones. En una realización proporcionada a modo de ejemplo, la resistencia paralela formada por R3, R4 y R5 hace coincidir la impedancia de salida de la unidad de pulsación 600 con la impedancia del cable de TDR 500. Además, el pulso (que se genera cuando se produce la avalancha) fluye a través de la resistencia en paralelo formada por R3, R4 y R5 para desarrollar el voltaje del pulso de TDR. Aunque no se muestra en la Figura 8, también se puede incluir una resistencia R6 junto con R3, R4 y R5 para formar la resistencia en paralelo. El uso de resistencias en paralelo también es beneficioso, porque los múltiples caminos del circuito aumentan el área superficial disponible para que la corriente de avalancha llegue a tierra. Esto minimiza tanto las pérdidas por efecto de piel como los efectos de autoinductancia. Minimizar las pérdidas por efecto de piel ayuda a aumentar la amplitud del pulso resultante. Minimizar los efectos de autoinductancia tiene como resultado una avalancha más rápida, lo que también ayuda a aumentar la amplitud del pulso resultante. La avalancha más rápida puede ayudar a generar un pulso estrecho.

Como se expondrá con más detalle en la presente memoria, un método para medir el nivel de un líquido en un recipiente (por ejemplo, la vasija de presión 100 del reactor) puede incluir insertar una sonda (por ejemplo, la sonda de TDR 300) en un fondo del recipiente y a través del líquido. Además, el método puede incluir transmitir un pulso a la sonda. El método puede incluir también recibir un primer desajuste de impedancia en forma de un primer pulso reflejado desde una interfaz inicial con el líquido situada en el fondo del recipiente. El método puede incluir también recibir un segundo desajuste de impedancia en forma de un segundo pulso reflejado desde un interfaz líquido / aire del recipiente. El método también puede incluir calcular un tiempo entre el primer pulso reflejado y el segundo pulso reflejado. Además, el método puede incluir convertir el tiempo en una distancia, siendo la distancia indicativa del nivel del líquido en el recipiente.

La transmisión puede incluir el pulso que viaja hacia arriba a través del líquido hasta el interfaz líquido / aire. La transmisión puede incluir también hacer funcionar un transistor en modo de avalancha para generar el pulso. El funcionamiento del transistor puede dar como resultado un pulso gaussiano que tiene una magnitud de al menos 5 voltios y una anchura de 4 nanosegundos o menos. El recipiente puede ser una vasija de presión de un reactor de agua en ebullición, y la transmisión puede realizarse durante condiciones de funcionamiento normal o de accidente.

La conversión puede incluir calcular una velocidad del pulso a través de la sonda con al menos un marcador (por ejemplo, el marcador 330) que está dispuesto a una distancia conocida desde un extremo inferior de la sonda. El método puede comprender, además, determinar una temperatura del líquido basándose en la velocidad del pulso.

La Figura 9 es una firma de TDR de voltaje frente a tiempo de las reflexiones durante un método para medir el nivel de un líquido según una realización proporcionada a modo de ejemplo. La Figura 10 es una firma de TDR de voltaje frente a tiempo de las reflexiones durante un método para medir el nivel de un líquido, que muestra las diferencias de tiempo relevantes según una realización proporcionada a modo de ejemplo. Haciendo referencia a las Figuras 9-10, los datos sin tratar que se utilizan para determinar el nivel del líquido (por ejemplo, el nivel del agua) se obtienen a partir de las reflexiones digitalizadas del pulso inicial procedente de la unidad de pulsación (por ejemplo, la unidad de pulsación 600) en la sonda (por ejemplo, la sonda de TDR 300). La firma (que también puede denominarse traza) de las reflexiones mostrada en los dibujos puede incluir un promedio de 100 firmas individuales captadas a una frecuencia de pulso de 50 kHz y a una temperatura de 287,78°C (550°F), con un espacio de separación de aire de 29 cm en la parte superior de la sonda, aunque las realizaciones proporcionadas a modo de ejemplo no están limitadas por esto.

En las Figuras 9-10, las reflexiones que se muestran corresponden a diversas características de la sonda, incluida la parte inferior de la sonda, el (los) marcadore(s), la interfaz aire / agua y la parte superior de la sonda. Cada reflexión puede caracterizarse por dos puntos: el inicio de la reflexión (donde se eleva o de otro modo se aparta de la línea de base local) y el pico de la reflexión. Con respecto a la parte inferior de la sonda, el inicio de la reflexión se ha designado como PB1, mientras que el pico de la reflexión se ha designado como PB2. Con respecto al marcador (suponiendo un marcador), el inicio de la reflexión se ha designado como PM1, mientras que el pico de la reflexión se ha designado como PM2. Con respecto a la interfaz aire / agua, el inicio de la reflexión se ha designado como AW1, mientras que el pico de la reflexión se ha designado como AW2. Con respecto a la parte superior de la sonda, el inicio de la reflexión se ha designado como PT1, mientras que el pico de la reflexión se ha designado como PT2.

Se puede utilizar software para detectar automáticamente las reflexiones y las características correspondientes de la sonda, que pueden incluir la parte inferior de la sonda, los marcadores, la interfaz aire / agua (si la hay) y la parte superior de la sonda. En una realización proporcionada a modo de ejemplo, para cada reflexión y característica correspondiente, el software determina la ubicación en el momento del inicio de la reflexión y el pico (amplitud) de la reflexión. El punto de inicio de la reflexión se define como el lugar donde la reflexión se eleva o de otro modo se aparta de la línea de base local. El punto de inicio se puede encontrar utilizando un método de detección de bordes. Este método utiliza filtros digitales basados en derivadas gaussianas que están optimizadas para cada característica y se hacen convolucionar digitalmente con los datos. Esta técnica puede aumentar drásticamente la relación señal-ruido con respecto a las técnicas estándar de diferencias finitas. Entonces se utiliza la detección de umbral para determinar cuándo la respuesta filtrada excede un nivel predeterminado. Esta técnica es especialmente útil para detectar las reflexiones y las características correspondientes en presencia de ruido. Una vez que se detecta el inicio (o borde) de la reflexión y la característica correspondiente, se determina el pico (amplitud) de la reflexión mediante una simple búsqueda de valor máximo / mínimo cerca del borde.

Como se explicará con más detalle en la presente memoria, el método de detección de bordes puede incluir tres etapas. La primera etapa del método de detección de bordes puede implicar la definición del filtro. La segunda etapa del método de detección de bordes puede implicar la convolución del filtro con los datos sin tratar (o datos pretratados). La tercera etapa del método de detección de bordes puede implicar la detección de características (picos) en los datos filtrados.

Con respecto a la primera etapa del método de detección de bordes, los filtros se basan en la siguiente ecuación gaussiana:

En la Ecuación 1, |j es el centroide. Además, a está relacionado con la anchura de escala del filtro (la mitad del máximo de anchura total (FWHM) del gaussiano), como se establece a continuación:

FWHM

< j =-----------------------

2.355<(>2<)>

La anchura de la escala está relacionada con el "tamaño" de la característica que se busca en los datos. Todas las constantes están en las unidades de las ordenadas (tiempo) de los datos de la firma de TDR (t, V). La anchura de la escala sintoniza el filtro para mejorar las características de la firma de ese "tamaño" o tiempo de duración de FWHM. Aunque el método no es demasiado sensible a la anchura de escala seleccionada, las características más pequeñas o más grandes de la señal de TDR pierden énfasis en la respuesta filtrada. Esto es lo que hace que el método sea más útil que las técnicas típicas de diferencias finitas.

Se define un filtro de borde como la primera derivada del gaussiano, como se establece a continuación.

El filtro de borde también tiende a eliminar cualquier componente de CC (por ejemplo, el "porche trasero"), lo que hace que la detección del umbral sea más robusta.

La implementación del filtro implica un centroide que está centrado a la derecha del primer punto de datos. Una posición central conveniente puede estar a una distancia que sea siete veces la mitad del máximo de anchura total (FWHM). Esto permite que la ordenada del filtro sea positiva y no trunca el lado izquierdo del filtro. La selección del tamaño de la escala del filtro debe realizarse teniendo en cuenta el tamaño de la característica. En una realización proporcionada a modo de ejemplo, la FWHM para las características de TDR es 13 ns para las reflexiones superior e inferior en la sonda, 5 ns para la reflexión en el marcador y 4 ns para las reflexiones en la interfaz aire / agua. Estas se determinan tomando la FWHM de las reflexiones en la firma de TDR.

La Figura 11 muestra filtros de borde para convolución con los datos según una realización proporcionada a modo de ejemplo. Haciendo referencia a la Figura 11, se muestran en ella cuatro filtros de detección de bordes gaussianos. A la izquierda está el filtro de borde de la interfaz aire / agua, que se muestra con una línea de puntos (...). A la derecha del filtro de borde de la interfaz aire / agua se encuentra el filtro de borde de marcador, que se muestra con una línea discontinua (____ ). Más a la derecha están el filtro del borde superior de la sonda y el filtro del borde inferior de la sonda, que se muestran con líneas continuas (_). Como se muestra, el filtro del borde superior de la sonda y el filtro del borde inferior de la sonda son iguales.

Con respecto a la segunda etapa del método de detección de bordes, la convolución matemática de dos funciones unidimensionales se define mediante la siguiente ecuación:

La convolución de cada filtro con la firma de TDR de la sonda produce varias respuestas, que se expondrán con más detalle en esta memoria.

La Figura 12 muestra la convolución del filtro de borde superior de la sonda y del filtro de borde inferior de la sonda con los datos de acuerdo con una realización proporcionada a modo de ejemplo. Haciendo referencia a la Figura 12, se muestra en ella la firma de TDR de la sonda (Figura 9) junto con la respuesta filtrada. El umbral para la detección de características puede ser -0,05 voltios. Además, se puede identificar una región local de interés para la definición de un umbral de ruido independiente (por ejemplo, una parte continua de una línea de puntos). Los tiempos de inicio de la reflexión superior en la sonda y de la reflexión inferior en la sonda determinados por el software se indican mediante círculos en la firma de TDR.

La Figura 13 muestra la convolución del filtro de borde de marcador con los datos según una realización proporcionada a modo de ejemplo. Haciendo referencia a la Figura 13, se muestra la firma de TDR de la sonda (Figura 9) junto con la respuesta filtrada. El umbral para la detección de características puede ser -0,01 voltios. Además, se puede identificar la región local de interés para localizar el valor de voltaje máximo correspondiente al inicio de la reflexión en el marcador (por ejemplo, la parte continua de la línea de puntos que se superpone con el círculo). El tiempo de inicio de la reflexión en el marcador determinado por el software se indica mediante el círculo en la firma de TDR.

La Figura 14 muestra la convolución del filtro de borde de la interfaz aire / agua con los datos de acuerdo con una realización proporcionada a modo de ejemplo. Haciendo referencia a la Figura 14, se muestra en ella la firma de TDR obtenida de la sonda (Figura 9), junto con la respuesta filtrada. El umbral para la detección de características puede ser 0,006 voltios. Además, se puede identificar una región local de interés para la definición de un umbral de ruido independiente (por ejemplo, una parte continua de la línea de puntos que se superpone con el círculo). El tiempo de inicio de la reflexión en la interfaz aire / agua determinado por el software se indica mediante el círculo en la firma de TDR.

Con respecto a la tercera etapa del método de detección de bordes, una vez que se detecta el inicio (o borde) de la reflexión, se determina el pico (amplitud) de la reflexión mediante una simple búsqueda de valor máximo / mínimo cerca del borde. El máximo (o mínimo) en la respuesta filtrada puede corresponder a la ubicación del punto medio del borde delantero (o descendente) de la reflexión. Sin embargo, cabe señalar que, debido a que las reflexiones de TDR pueden no ser simétricas (por ejemplo, cuando el borde delantero y el borde descendente tienen pendientes diferentes), la posición puede estar ligeramente sesgada con respecto a la posición exacta del punto medio. Dado que la salida de la convolución es relativamente suave, el método de detección de picos puede implicar encontrar el valor mínimo o máximo en la respuesta filtrada por encima de un cierto umbral. Los umbrales usados para cada característica se han expuesto anteriormente en relación con las Figuras 12-14. Una estrategia puede ser establecer el umbral en el valor más bajo que no dispare picos no deseados en la respuesta filtrada. Esto puede ser particularmente aplicable para la reflexión en la interfaz aire / agua, donde lo que se busca es el pico ascendente mínimo justo por encima del ruido de fondo.

La selección adecuada de los puntos inicial y final de la búsqueda aumentará la probabilidad de localizar con precisión la reflexión en el marcador y la reflexión en la interfaz aire / agua. En una realización proporcionada a modo de ejemplo, el marcador está situado a 1,83 metros (6 pies) de la parte inferior de la sonda. En tal escenario, un punto de inicio apropiado es después del pico de reflexión en la parte inferior de la sonda. Por ejemplo, se puede seleccionar un punto de inicio de modo que sean dos FWHM de la parte inferior de la sonda tras el inicio de la reflexión en la parte inferior de la sonda. Se puede seleccionar el punto final de la reflexión en el marcador de manera que sea 100 ns después del punto inicial. Se puede suponer que la reflexión en la interfaz aire / agua está situada antes de la reflexión en la parte superior de la sonda. Como resultado de ello, esta región puede definirse basándose en la posición del inicio de la reflexión en la parte superior de la sonda, y puede extenderse dos FWHM de la parte superior de la sonda antes de ella.

Una vez que se encuentra el punto medio del borde delantero (o una posición aproximada), la siguiente tarea es encontrar el punto de elevación o partida desde la línea de base local en la firma de TDR (el comienzo o inicio de la reflexión). Esto se puede lograr retrocediendo en el tiempo desde el punto medio hasta que la señal de TDR caiga por debajo de un umbral de ruido local. El umbral de ruido puede determinarse a partir de la estadística de una región local de interés en la firma de TDR. La posición inicial de esta región local de interés puede ser dos FWHM antes del punto medio. Sin embargo, para la reflexión en la parte superior de la sonda, la posición inicial puede ser tres FWHM antes del punto medio con el fin de eliminar cualquier posible interferencia originada por una reflexión en la interfaz aire / agua (si la hubiera). La duración en el tiempo puede ser un FWHM. Se determina el promedio y la desviación típica del voltaje en esta región de interés. El umbral de ruido local se define como el promedio más o menos tres desviaciones típicas. El signo más o menos depende de si la reflexión es positiva o negativa.

La reflexión en el marcador puede ser un pulso hacia abajo situado en el "porche trasero" de la reflexión en la parte inferior de la sonda. A altas temperaturas, por ejemplo, 287,78°C (550°F), puede haber una pendiente relativamente grande del fondo local en la región donde se encuentra la reflexión en el marcador (el "porche trasero"). Como resultado de ello (y como se describe más arriba), la primera búsqueda puede ser del pico negativo de la respuesta filtrada. Se establece el umbral para ese dominio (magnitud de respuesta filtrada esperada) y, en consecuencia, se encuentra la mitad de la caída de la reflexión en el marcador en la señal de TDR. A continuación, se realiza un recorrido hacia atrás en el tiempo desde esta posición en la señal de TDR original (la señal de tiempo-voltaje sin filtrar) hasta encontrar un pico máximo en el voltaje. La extensión de la región de interés para la búsqueda puede limitarse a un único marcador de FWHM antes de la mitad de la caída de la reflexión en el marcador. En esta región (véase la Figura 13), la posición temporal (más un paso de tiempo) del voltaje máximo corresponde al inicio de la reflexión en el marcador. En suma, la posición del valor de pico de una reflexión se puede realizar buscando un mínimo (o máximo) en la firma de TDR dentro de tres FWHM del punto inicial de la reflexión.

Una vez que se han localizado las características anteriores (por ejemplo, en conexión con las cuatro reflexiones) en la señal de TDR, se puede determinar información sobre las condiciones en la sonda. Tales condiciones en la sonda pueden incluir la velocidad de propagación del pulso en el líquido (por ejemplo, agua), la temperatura del líquido y el nivel del líquido.

El nivel del líquido (por ejemplo, agua) se puede determinar midiendo la diferencia de tiempo entre la reflexión en la parte inferior de la sonda y la reflexión en la interfaz aire / agua (si existe). Si no se detecta ninguna reflexión en la interfaz aire/agua, se puede suponer que la sonda está llena de agua. Por otro lado, si se detecta una reflexión en la interfaz aire/agua, entonces la diferencia de tiempos se determina desde el comienzo de cada reflexión (donde la reflexión se eleva o se aparta de la línea de base local). Esta diferencia de tiempos se multiplica entonces por la velocidad de propagación del pulso en el agua para calcular la longitud de la región de agua desde la parte inferior de la sonda.

Dado que la velocidad de propagación del pulso en el agua es sensible a la temperatura del agua (que se espera que varíe en cierta medida a lo largo de la altura axial en el núcleo), puede ser beneficioso tener una medición directa de esta velocidad. A este respecto, proporcionar a la sonda uno o más marcadores puede permitir obtener más información sobre cómo varía la velocidad de propagación del pulso a lo largo de diferentes regiones de la sonda debido a las variaciones de temperatura anticipadas. Además, dicha información puede estar disponible en cada ciclo de actualización de datos. Con respecto a su ubicación, los marcadores se colocan en una ubicación (o ubicaciones) conocida(s) desde la parte inferior (y/o superior) de la sonda. Midiendo una diferencia de tiempos entre la reflexión en el fondo de la sonda y la reflexión en el marcador, se puede determinar la velocidad de propagación del pulso para esta región.

Con un solo marcador colocado al inicio de la región central, hay tres posibles velocidades de propagación de pulso disponibles: 1) la velocidad en la región del pleno (entre la parte inferior de la sonda y el marcador), 2) la velocidad en la región del núcleo (entre el marcador y la parte superior de la sonda), y 3) la velocidad promedio en la sonda (entre la parte inferior y la parte superior de la sonda). La velocidad en la región del pleno está potencialmente disponible en cada ciclo de actualización, mientras que la velocidad en la región del núcleo y la velocidad promedio en la sonda solo están disponibles cuando la sonda está llena. Independientemente de la forma de medición, la velocidad es representativa de las condiciones entre cada punto de referencia y el momento en que se actualizó por última vez.

La velocidad de propagación del pulso en el agua es una función directa de la densidad del agua. Además, la densidad del agua es una función fuertemente dependiente de la temperatura (y una función débilmente dependiente de la presión). La dependencia de la velocidad de propagación del pulso con la temperatura del agua sugiere una nueva capacidad de medición potencialmente importante utilizando TDR. En particular, la medición directa de la velocidad de propagación local puede estar relacionada con la temperatura local del agua. Esto se puede implementar utilizando una tabla de consulta que relacione la velocidad de propagación del pulso y la temperatura del agua. Como resultado de ello, cada medición de la velocidad de propagación del pulso puede convertirse en una temperatura del agua (por ejemplo, región del pleno, región del núcleo y promedio en la sonda). Al igual que con la velocidad, la temperatura es representativa de las condiciones entre cada punto de referencia y el tiempo en que se actualizó por última vez. Si hay una variación significativa de la temperatura del agua por encima del marcador, entonces la determinación del nivel del agua puede resultar en una medición del nivel del agua conservadora (por ejemplo, si la temperatura en el núcleo es más alta que en la región del pleno).

La Figura 15 es un diagrama de flujo de un método para medir el nivel de un líquido usando datos de TDR según una realización proporcionada a modo de ejemplo. Haciendo referencia a la Figura 15, el método puede incluir las Etapas S100-S200, que se exponen a continuación.

En la etapa S100, se obtienen los datos de reflexión de TDR para la sonda. La sonda puede ser la sonda de TDR 300 de la Figura 1, y los datos de reflexión de TDR pueden encontrarse a lo largo de las líneas de la firma de TDR expuesta en la presente memoria.

En la Etapa S110, los filtros de borde gaussianos pueden hacerse convolucionar con los datos de reflexión de TDR. Los filtros de borde gaussianos pueden incluir el filtro de borde inferior de la sonda, el filtro de borde del marcador, el filtro de borde de la interfaz aire / agua y el filtro de borde superior de la sonda de la Figura 11.

En la Etapa S120, puede encontrarse el pico en los datos convolucionados estableciendo simplemente un umbral para cada característica, que puede incluir la parte inferior de la sonda, el (los) marcador(es), la interfaz aire / agua (si la hay) y la parte superior de la sonda.

En la Etapa S130, se encuentra la ubicación en el tiempo n en que cada característica despega (o de otro modo se aparta) de la línea de base local en los datos de reflexión de TDR, tal como se muestra en las Figuras 12-14.

En la Etapa S140, se registra el tiempo y el voltaje del inicio de cada característica a partir de los datos de reflexión de TDR.

En la Etapa S150, se encuentra la ubicación en el tiempo del valor de pico de cada característica.

En la Etapa S160, se registra el tiempo y el voltaje del pico de cada característica a partir de los datos de reflexión de TDR.

En la Etapa S170, se calcula la velocidad de propagación del pulso en las regiones situadas entre cada marcador y las partes superior e inferior de la sonda. Como se ha expuesto más arriba, se conocen las posiciones de cada marcador, de la parte superior de la sonda y de la parte inferior de la sonda (y, por lo tanto, las distancias entre ellos). Como resultado de ello, puede calcularse la velocidad de propagación del pulso una vez que se ha determinado la diferencia de tiempos entre las reflexiones de una región.

En la Etapa S180, se puede determinar la temperatura del agua mediante la correlación de la velocidad de propagación del pulso en cada región. Por ejemplo, la temperatura del agua se puede determinar a partir de tablas de consulta basadas en la velocidad de propagación del pulso. Las tablas de consulta pueden obtenerse de estudios empíricos.

En la Etapa S190, se puede determinar el nivel del agua usando las características detectadas y las velocidades de propagación de los pulsos. Por ejemplo, la diferencia de tiempos entre la reflexión en el fondo de la sonda y la reflexión en la interfaz aire / agua (por ejemplo, 6t en la Figura 10) se puede multiplicar por la velocidad de propagación del pulso para calcular la longitud de la región de agua desde la parte inferior de la sonda hasta la interfaz aire / agua (superficie del agua).

En la EtapaS200, los resultados pueden presentarse visualmente y registrarse. Los resultados pueden incluir el nivel del agua y las temperaturas del agua en las diversas regiones.

Si bien en la presente memoria se han divulgado varias realizaciones proporcionadas a modo de ejemplo, debe entenderse que pueden ser posibles otras variaciones dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema (1000) para medir el nivel de un líquido, que comprende:

un recipiente (100), configurado para contener el líquido, teniendo el recipiente (100) una parte superior y un fondo;

una sonda de reflectometría en el dominio del tiempo (300), que se extiende al interior del recipiente (100) a través del fondo, incluyendo la sonda (300) un tubo conductor (310), al menos un marcador (330) dentro del tubo conductor (310), y al menos una barra conductora (320) dispuesta coaxialmente dentro del tubo conductor (310) y conectada al al menos un marcador (330), incluyendo el al menos un marcador (330) una parte de cuerpo (332) y una pluralidad de partes de aleta (336);

una unidad de pulsación (600), configurada para transmitir un pulso a la sonda (300); y

un digitalizador (700), configurado para recibir al menos un primer pulso reflejado (PB<2>) y un segundo pulso reflejado (AW<2>) desde la sonda (300);

de manera que el al menos un marcador (330) está configurado para provocar que un pulso transmitido se refleje de regreso al digitalizador (700) como resultado de un desajuste de impedancia entre la al menos una barra conductora (320), el al menos un marcador (330), y el tubo conductor (310).

2. El sistema (1000) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la sonda (300) está orientada verticalmente dentro del recipiente (100).

3. El sistema (1000) de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la sonda (300) tiene un extremo superior y un extremo inferior, estando el extremo superior de la sonda (300) dentro del recipiente (100), y estando el extremo inferior configurado para recibir el pulso procedente de la unidad de pulsación (600).

4. El sistema (1000) de acuerdo con la reivindicación 1, 2 o 3, en el que el tubo conductor (310) está perforado para ser permeable al líquido contenido en el recipiente (100).

5. El sistema (1000) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer pulso reflejado (PB<2>) proviene de una interfaz inicial con el líquido en el fondo del recipiente (100), y el segundo pulso reflejado (AW<2>) proviene de un interfaz líquido / aire del recipiente (100).

6. El sistema (1000) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de pulsación (600) está dispuesta a al menos 304,8 metros de distancia de la sonda (300).

7. El sistema (1000) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además: un cable coaxial (500) que conecta la sonda (300) a la unidad de pulsación (600) y al digitalizador (700), de manera que el cable coaxial (500) está configurado para transportar el pulso desde la unidad de pulsación (600) hasta la sonda (300) y para transportar el primer pulso reflejado (PB<2>) y el segundo pulso reflejado (AW<2>) desde la sonda (300) hasta el digitalizador (700).

8. El sistema (1000) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el recipiente (100) es una vasija de presión (100) de reactor perteneciente a un reactor de agua en ebullición, de manera que la vasija de presión (100) de reactor incluye un tubo de seguimiento de intervalo de potencias locales (LPRM) (210), la sonda (300) está dispuesta dentro del tubo de LPRM (210), y el tubo de LPRM (210) está perforado para que sea permeable al líquido contenido en el recipiente (100).

9. El sistema (1000) de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la vasija de presión (100) de reactor incluye una guía superior (110), una placa de núcleo (130) y conjuntos de combustible (120) entre la guía superior (110) y la placa de núcleo (130), de manera que la sonda (300) se extiende a través de la placa de núcleo (130) y de los conjuntos de combustible (120).

10. Un método para medir el nivel de un líquido contenido en un recipiente (100) que tiene una parte superior y un fondo, que comprende:

transmitir, con una unidad de pulsación (600), un pulso a una sonda de reflectometría en el dominio del tiempo (300) que se extiende al interior del recipiente (100) a través del fondo del recipiente (100) y a través del líquido, incluyendo la sonda (300) un tubo conductor (310), al menos un marcador (330) dentro del tubo conductor (310), y al menos una barra conductora (320) dispuesta coaxialmente dentro del tubo conductor (310) y conectada al al menos un marcador (330), incluyendo el al menos un marcador (330) una parte de cuerpo (332) y una pluralidad de partes de aleta (336);

recibir, con un digitalizador (700), un primer desajuste de impedancia en forma de un primer pulso reflejado (PB<2>) desde una interfaz inicial con el líquido en el fondo del recipiente (100);

recibir, con el digitalizador (700), un segundo desajuste de impedancia en forma de un segundo pulso reflejado (AW<2>) desde un interfaz líquido / aire del recipiente (100);

calcular un tiempo entre el primer pulso reflejado (PB<2>) y el segundo pulso reflejado (AW<2>); y

convertir el tiempo en una distancia, siendo la distancia indicativa del nivel del líquido en el recipiente (100); donde el al menos un marcador (330) está configurado para provocar que un pulso transmitido se refleje de regreso al digitalizador (700) como resultado de un desajuste de impedancia entre la al menos una barra conductora (320), el al menos un marcador (330), y el tubo conductor (310).

11. El método de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la transmisión incluye que el pulso se desplace hacia arriba a través del líquido hasta el interfaz líquido / aire.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, en el que la transmisión incluye hacer funcionar un transistor (600) en modo de avalancha para generar el pulso, siendo el pulso un pulso gaussiano que tiene una magnitud de al menos 5 voltios y una anchura de 4 nanosegundos o menos.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 10, 11 o 12, en el que el recipiente (100) es una vasija de presión (100) de reactor perteneciente a un reactor de agua en ebullición, y la transmisión se realiza durante condiciones de funcionamiento normal o de accidente.

14. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en el que la conversión incluye calcular (S170) una velocidad del pulso a través de la sonda (300), con uno o más marcadores del al menos un marcador (330) dispuestos a una distancia conocida de un extremo inferior de la sonda (300).

15. El método de la reivindicación 14, que comprende, además:

determinar (S180) una temperatura del líquido basándose en la velocidad del pulso.