KR20130129214A - 선형으로 이동할 수 있는 가이드 부재의 표시된 위치를 검출하기 위한 위치 측정 시스템 및 관련된 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가이드 시스템(2)과 관련해 직선인 경로(x)를 따라 연장되고 그리고 상기 직선 경로(x)를 따라 이동할 수 있는 가이드 로드(3)의 극 위치(xmin, xmax)를 검출하기 위한 위치 측정 시스템(position measuring system)(1)에 관한 것으로서, 이 경우 상기 위치 측정 시스템은 특히 신뢰할 수 있게 작동하고 그리고 최소한의 전기 라인을 필요로 한다. 상기 위치 측정 시스템(1)은 다수의 센서 부재(5) 및 적어도 하나의 자석 부재(7)를 갖추고 있으며, 이 경우 상기 자석 부재(7)는 자기장(H)을 형성하도록 설계되어 있고, 상기 자석 부재(7)는 상기 가이드 로드(3)에 연결되어 있으며, 상기 센서 부재 또는 각각의 센서 부재(5)는 검출 영역 내에서 각각 자기장(H)을 검출하도록 설계되어 있고, 상기 자기장(H)의 전계 강도(field strength)는 상기 센서 부재(5)의 위치에서 사전 규정된 임계값보다 크며, 그리고 적어도 하나의 센서 부재(5)는 상기 가이드 시스템(2)에 연결되어 상기 경로(x)의 주변 환경(Ux)에 배치되어 있다. 또한, 본 발명은 상응하는 측정 방법과도 관련이 있다.

Description

선형으로 이동할 수 있는 가이드 부재의 표시된 위치를 검출하기 위한 위치 측정 시스템 및 관련된 측정 방법 {POSITION MEASURING SYSTEM AND ASSOCIATED MEASURING METHOD FOR DETECTING AN INDICATED POSITION OF A LINEARLY MOVABLE GUIDE ELEMENT}
본 발명은 선형으로 이동할 수 있는 가이드 부재의 표시된 위치, 특히 최대 및 최소 위치를 검출하기 위한 위치 측정 시스템(position measuring system) 그리고 관련된 측정 방법에 관한 것이다.
핵 시설, 예를 들어 원자력 발전소 시설에서는, 방사선 흡수로 인한 원자로 내 핵 분열 과정(이러한 핵 분열 과정에서는 입자 방사선 － 특히 중성자 방사선 － 이 검출됨)의 연쇄 반응들을 통제하기 위해 선형으로 이동할 수 있는 제어봉(control rod)들이 사용된다. 전형적으로 그룹으로 묶여 배치되어 있는 상기와 같은 제어봉들이 핵 연료 집합체들 사이로 더 밀어지면 밀어질수록 연쇄 반응을 촉진시키는 입자 방사선 성분은 더 많이 흡수되며, 그 결과 연쇄 반응이 상응하게 더 천천히 진행되고 제어봉들이 완전(full) 연장 위치에 위치하게 될 때 이상적으로 정지될 수 있다. 따라서, 연쇄 반응의 상태 및 진행은 선형으로 이동할 수 있는 제어봉들의 연장 위치들에 의해 좌우되고 그리고 상기와 같은 연장 위치들에 의해 결정된다. 그러므로 제어봉들의 정확한 위치 정보는 작동 상태의 조절을 위해 그리고 특히 안전을 위해 중요하다.
제어봉들의 위치 측정 시스템들은 일반적으로 전자기 유도성 측정 방법을 적용하기 위한 장치들을 포함하는데, 상기 장치들에서는 각각 자기장의 시간상 변화가 전기 도체 내에서 전압을 유도하도록 하기 위해 이용된다. 상기와 같은 유형의 장치는 통상 상기와 같은 자기장을 제공하기 위해 하나 또는 복수의 일차 코일을 포함한다. 자기장 영역 내에 있는 제어봉에 의해서는 자기장이 변하게 되는데, 이러한 자기장의 변화는 선형 이동 경로를 따라 배치된 유도 코일들 내에서 유도된 전압이 변경되도록 한다. 유도 전압 값으로부터는 제어봉의 위치가 결정될 수 있다. 제어봉의 하부 단부 위치 및/또는 상부 단부 위치를 검출하기 위하여 대개는 별도의 코일 그룹들이 설치되고, 상기 코일 그룹들의 측정 신호들은 각각 별도의 라인들을 통하여 평가 유닛으로 전송된다. 또한, 상기 코일들의 전압 신호는, 제어봉이 하부 또는 상부 단부 위치에 도달했는지 그 여부를 설명한다.
전술한 위치 측정 시스템에서 나타나는 단점으로는, 제어봉의 위치들을 검출하기 위해 다수의 이차 코일이 필요하고, 상기 코일들의 신호 라인들이 원자로 내부 영역 － 소위 원자로 격납 용기(containment) － 으로부터 유도되어 나와야 한다는 점을 들 수 있다. 특히 제어봉의 단부 위치들을 검출하기 위한 코일들은 추가의 측정 라인들을 필요로 한다. 또한, 제어봉의 실제 위치에 따라 제어봉의 최소 또는 최대 단부측 연장 위치의 주변 영역에서 유도 코일의 전압 신호가 지속적으로 바뀐다는 점이 단점으로 간주된다. 따라서, 전압 신호 값에 의거하여 대략적이긴 하지만 제어봉의 최소 또는 최대 연장 위치가 추론될 수 있다; 그러나 상기 전압 신호는, 제어봉이 더 이상 자신의 최소 또는 최대 연장 위치에 있지 않을 경우, 예를 들면 제어봉이 원자로로부터 소정의 거리를 이동한 경우에는 여전히 약화된 형태로 존재한다. 이 때문에 유도성 측정 방법은 정밀하고 정확한 단부 위치 검출에 있어 지나치게 부정확한 경우가 많다.
본 발명의 제 1 과제는 직선 경로를 따라 이동할 수 있는 제어봉의 표시된 위치, 특히 극 위치(extremal position)를 검출하기 위한, 최소한의 측정 라인을 필요로 하고 가급적 정확하고 신뢰성 있는 위치 측정 시스템을 제공하는 것이다. 상기 위치 측정 시스템은 특히 간단한 방식으로 현존하는 유도성 위치 측정 시스템들 내에 집적될 수 있다.
본 발명의 제 2 과제는 직선 경로를 따라 이동할 수 있는 제어봉의 표시된 위치, 특히 극 위치를 결정하기 위한, 가급적 정확하고 신뢰성 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 제 1 과제는 청구항 1의 특징들에 의해 해결된다. 상기 청구항 1에 따르면, 가이드 시스템과 관련해 직선인 경로를 따라 연장되고 그리고 상기 직선 경로를 따라 이동할 수 있는 가이드 로드(guide rod)의 극 위치를 검출하기 위한, 다수의 센서 부재 및 적어도 하나의 자석 부재를 갖춘 위치 측정 시스템이 제공되며, 이 경우 상기 자석 부재는 자기장을 형성하도록 설계되어 있고, 상기 자석 부재는 상기 가이드 로드에 연결되어 있으며, 상기 자석 부재 또는 각각의 센서 부재는 검출 영역 내에서 각각 자기장을 검출하도록 설계되어 있고, 상기 자기장의 전계 강도(field strength)는 상기 센서 부재의 위치에서 사전에 규정된 임계값보다 크며, 그리고 적어도 하나의 센서 부재는 상기 가이드 시스템에 연결되어 상기 경로의 주변 환경에 배치되어 있다.
본 발명은, 자석 부재의 도움으로 자기장을 가이드 로드에 장소 적합하게 결합하고 그리고 가이드 시스템에 고정 연결된 외부 센서 부재를 통한 자기장 검출에 의해 가이드 시스템과 관련한 가이드 로드의 상응하는 위치를 검출한다는 생각에서 출발한다. 특히, 상기와 같은 방식에 의해서는 가이드 로드의 불연속적인 위치 값들, 예를 들면 극 위치가 검출될 수 있다.
가이드 로드의 위치로는 가이드 로드와 관련해 고정된 기준점의 위치가 규정되며, 이 경우 상기 기준점은 직선 경로와 관련하여 정확히 하나의 위치 좌표를 갖는다. 바람직하게는 가이드 로드의 위치에서 기준점이 선택되는데, 상기 가이드 로드의 위치에는 임의의, 그러나 고정 선택된 자석 부재가 배치되어 있다. 자석 부재가 단 하나일 경우에는 상기와 같은 기준점의 선택이 명확하다. 바로 앞에서 언급한 특수한 방식의 기준점 선택은 보편성을 제한하지 않는다. 다른 방식의 기준점 선택 시에는, 상기 특수한 방식의 기준점 선택 시 값들에 비해 측정된 위치 값들이 자석 부재와 기준점 사이 간격에 의해 주어지는 일정한 길이만큼 이동된다.
그 밖에도 센서 부재는, 센서 부재의 위치에서 임계값보다 큰 전계 강도를 갖는 자기장이 검출 영역에서 발생하는 경우 그리고 단지 그러한 경우에만 검출에 반응하므로 위치 검출이 명확하다. 따라서, 센서 부재의 공간적 분리도보다 큰 가이드 로드의 위치 변동 시에는 상기 센서 부재의 연속적인 신호 전파(signalling)가 행해지지 않는다. 오히려 "단부 위치에 도달했는가: 예/아니요?"와 같은 방식의 신뢰할 수 있는 이진법식 안내가 가능하다.
다수의 센서 부재가 가이드 시스템의 하나의 동일한 위치에 설치되면, 이러한 경우에는 위치 검출의 부정정 차수(degree of redundancy)가 상응하게 상승한다. 그 때문에 본 발명에 따른 위치 측정 시스템은 원칙상 높은 부정정 차수로 구성될 수 있으며 그에 상응하게 신뢰할 만하다. 그러나 이러한 경우에는 시스템으로부터 기인하는 상대적으로 더 많은 수의 라인들과 관련한 단점을 감수해야 한다.
또한, 본 발명에 따른 위치 측정 시스템은 위치 측정을 위한 공지된 시스템들, 특히 유도성 측정 방법을 적용하기 위한 시스템들과 조합될 수 있는데, 이 경우 특히 이미 존재하는 신호 라인들이 이용될 수 있다(다목적 사용).
바람직하게 자석 부재는 영구 자석으로서 형성되어 있다. 영구 자석에 있어서는, － 전자석을 형성하는 코일의 경우와는 달리 － 가이드 로드에 또는 가이드 로드 내부에 있는 추가의 라인으로서 그리고 원자로 격납 용기로부터 유도되어야 하는 전기 도체가 필요하지 않다. 그러므로 위치 측정 시스템에 있어 원자로 격납 용기로부터 유도되어 나오는 가정할 수 있는 추가의 라인 수는 센서 부재에 의해 한정된다 .
바람직하게 자석 부재는 가이드 로드의 단부측에 연결되어 있다. 상기와 같은 위치에서는 자석 부재가 가이드 로드에 특히 간단하게 연결되고 그리고 － 예를 들면 영구 자석으로서 － 자석판 또는 자석 원판의 형태로 상기 가이드 로드의 단부측 상에 결합될 수 있다. 더 나아가, 이러한 연결에 의해서는 센서 부재에 있어 가이드 시스템과 관련한 가이드 로드의 상응하는 단부측의 발생 가능한 극 연장 위치에서 상기 가이드 로드의 극 위치가 검출될 수 있다.
따라서, 바람직하게는 적어도 하나의 센서 부재의 검출 영역이 극 위치에 배치된 가이드 로드의 단부측을 검출한다.
위치 측정 시스템의 적합한 한 실시예에서, 가이드 로드는 최소 연장 위치와 최대 연장 위치 사이에서 직선 경로를 따라 이동할 수 있다. 따라서, 적합하게 위치를 찾아내는 센서 부재들에 의해서 가이드 로드의 2개의 극 연장 위치들이 검출될 수 있다.
바람직하게는 적어도 하나의 센서 부재가 비접촉식 센서로서, 특히 리드-접촉 부재(reed-contact element)로서 제공되었다. 리드-접촉 부재는 2개의 접촉 스터드(contact stud)를 포함하고, 상기 접촉 스터드들의 코어는 각각 일반적으로 강자성 금속으로 형성되어 있다. 리드-접촉 부재 영역 내 자기장은 － 제어봉에 있는 영구 자석에 의해 야기됨 － 상기 2개의 접촉 스터드를 끌어당길 수 있다. 자기장의 전계 강도가 임계값을 초과하면 2개의 접촉 스터드 사이에서 접촉 접속 동작(contact closure)이 형성되며, 그 결과 제어 전류가 접촉부를 통과하여 흐를 수 있다. 전도율을 향상시키고 그리고 너무 이른 접촉 접속 동작을 방지하기 위해 접촉 스터드들은 통상적으로 귀금속, 예를 들면 구리 또는 은으로 코팅되어 있거나, 또는 진공화되거나 보호 가스로 채워진 유리 벌브를 둘러싸고 있다. 리드-접촉 부재들은 넓은 치수 범위에 걸쳐 크기 조정(scaling)될 수 있고 그리고 견고하고(robust) 경제적인 비용으로 사용될 수 있다.
위치 측정 시스템의 바람직한 한 실시 예에서, 적어도 하나의 센서 부재는 평가 유닛 및/또는 제어 유닛에 연결된 전기 회로 장치에 연결되어 있고, 그리고 다수의 전기적 유도 코일을 포함한다. 상기 전기적 유도 코일(들)은 유도성 측정 프로세스를 적용하기 위해 형성되었다. 회로 기술적인 연결에 의해서는 센서 부재를 갖는 유도 코일 또는 각각의 유도 코일이 하나의 동일한 제어 유닛에 의해 구동 제어되고 통제될 수 있다. 상기와 같은 방식에 의해서는, 격납 용기로부터 추가의 전기 라인이 유도될 필요 없이 위치 검출의 높은 부정정 차수 및/또는 높은 공간 해상도가 달성될 수 있다.
또한, 바람직하게 회로 장치는 적어도 하나의 옴 저항 유닛을 포함하고, 상기 옴 저항 유닛은 적어도 하나의 유도 코일과 직렬 회로(series circuit)를 형성하며, 그리고 상기 옴 저항 유닛은 적어도 하나의 접촉 센서와 루프 회로(loop circuit)를 형성한다. 유도 코일 또한 옴 저항을 갖고 있기 때문에, 상기 옴 저항 유닛과 상기 유도 코일의 직렬 회로에서 전체 저항은 2개의 저항의 총합으로서 주어진다. 접촉 센서가 옴 저항 유닛과 루프 회로를 형성하기 때문에, 상기 옴 저항 유닛은 접촉 센서가 접속될 경우 연결되고 그리하여 단락되며, 결과적으로 상기와 같은 경우 측정 가능한 전체 저항에는 단지 유도 코일의 옴 저항만 들어간다. 따라서, 회로 장치의 접속 형태(topology)는 접촉 센서의 검출을 불연속적인 저항 변화로 나타내고, 그 결과 예를 들면 가이드 로드의 극 위치 도달은 간단한 방법들에 의해 측정될 수 있는 저항 값의 급격한 변동을 참고로 식별될 수 있다.
위치 측정 시스템의 특히 적합한 한 개선 예에서, 회로 장치는 유도 코일과 직렬 회로를 형성하는 2개의 옴 저항 유닛을 포함하고 그리고 다수의 접촉 센서를 포함하며, 이 경우 상기 2개의 옴 저항 각각은 상기 유도 코일의 단부측(접속 단부)에 각각 연결되어 있으며 그리고 각각의 접촉 센서는 상기 옴 저항들 중 하나의 옴 저항과 루프 회로를 형성한다. 특히, 2개의 접촉 센서가 제공되며, 그리고 각각의 접촉 센서는 정확히 하나의 옴 저항 유닛과 루프 회로를 형성한다. 상기와 같은 회로 접속 형태는 2개의 상이한 센서 신호를 식별하기에 적합한, 예를 들면 가이드 로드의 최소 및 최대 위치 검출을 목적으로 한 바로 앞 단락에 명시된 특수한 회로 접속 형태를 의미한다. 특히, 2개의 옴 저항 유닛이 상이한 옴 저항 값들을 가짐으로써, 결과적으로 상기 2개의 접촉 센서 중 어떤 접촉 센서가 전기적 접촉 접속 동작을 형성하는지가 전체 저항 값의 변동 크기에서 확인될 수 있다. 2개 이상의 접촉 센서가 제공되면, 적어도 하나의 옴 저항 유닛에 대하여 1개 이상의 루프 회로가 존재한다. 접촉 센서들 중 단 하나의 접촉 센서만 전기적 접촉 접속 동작을 형성하는 경우에는 옴 저항 유닛이 단락된다. 2개의 접촉 센서의 검출 영역들이 겹치는 경우, 상기와 같은 옴 저항 유닛의 단락은 특히 부정정 차수를 상승시키기에 적합하다.
또한, 바람직하게 제어 유닛은 회로 장치에 직류를 공급하기 위한 전류원을 포함하고, 그리고/또는 상기 회로 장치 내에서 전체 전압 중 직류 전압 성분을 검출하기 위한 제 1 측정 유닛 및/또는 상기 회로 장치 내에서 전체 전압 중 교류 전압 성분을 검출하기 위한 제 2 측정 유닛을 포함한다. 상기 제 1 측정 유닛에 의해 검출된 직류 전압 및 상기 직류 전압의 시간적 파형으로부터 그리고 회로 장치에 공급되는 그 크기가 공지되어 있는 직류로부터는 상기 회로 장치의 옴 저항 값 및 상기 옴 저항 값의 시간적 파형이 조사될 수 있다. 그러므로 특히 불연속적인 파형 및 그와 동시에 하나의 접촉 센서 또는 모든 센서의 검출들이 조사될 수 있다. 상기 제 2 측정 유닛은 특히 유도 코일에 의해 교번 자기장(alternating magnetic field)으로부터 유도되는 교류 전압을 검출한다. 이러한 검출에 의해서는 특히 교류 전압의 진폭에 대한 시간적 파형이 조사될 수 있고, 그리하여 유도되는 교번 자기장의 변동이 추론될 수 있다. 후자로 언급한 내용은 유도성 측정 프로세스의 대상이다.
바람직하게 제어 유닛은 전기 코일을 포함하는 제 2 회로 장치에 연결되어 있으며, 그리고 바람직하게 상기 제어 유닛은 상기 제 2 회로 장치 내에서 전류를 형성하고 제어하기 위해 설계되어 있다. 상기와 같은 유형의 회로 장치는 특히 유도성 측정 프로세스를 실행하기에 적합하다. 이 목적을 위해 제어 유닛은 교류를 형성하는데, 상기 교류는 전기 코일(일차 코일)을 통과하고 동시에 교번 자기장을 유도한다.
그 밖에도 바람직하게 전기 코일은 직선 경로에 대해 평행하게 배향되어 배치되어 있다. 예를 들면, 상기 코일은 직선 경로를 둘러싸도록 설계될 수 있으며, 이러한 설계에 의해 코일을 통하여 유도되는 자기장은 상기 경로를 대체로 완전히 포함한다.
위치 측정 시스템의 바람직한 한 실시 예에서, 가이드 로드는 핵 시설의 제어봉으로서 제공되어 있으며, 가이드 시스템은 상기 제어봉을 둘러싸고 압력에도 안정적인 가이드 관을 포함한다. 상기와 같은 유형의 위치 측정 시스템은 제어봉의 － 바람직하게는 중복(redundant)－ 위치 측정을 위해, 특히 단부 위치 측정 및 검증을 위해 사용된다. 바람직하게 단부 위치 영역에서는 다수의 리드-접촉 부재들이 가이드 관의 외면에 접촉 적합한 방식으로 연결되어 있고, 그리고 바람직하게 상기 가이드 관의 전기 코일을 둘러싼다. 가이드 관 내에서 선형으로 이동할 수 있는 제어봉의 위치는 제어 유닛 및 회로 장치들에 의해 유도성으로 검출될 수 있다. 제어봉이 단부 위치에 도달하여 그곳에 존재하고 있음은 리드-접촉 부재들에 의해 검출되고, 제 1 회로 장치에 의해서 측정되며 제어 유닛의 도움으로 평가된다.
본 발명에 따르면, 도입부에 언급된 본 발명의 과제들 중 제 2 과제는 청구항 14의 특징들에 의해 해결된다. 청구항 14에 따르면, 바람직하게 본 발명의 제 1 과제에 따른 위치 측정 시스템을 이용하여, 가이드 시스템과 관련해 직선인 경로를 따라 연장되고 그리고 상기 직선 경로를 따라 이동할 수 있는 가이드 로드의 표시된 위치, 특히 극 위치를 검출하기 위한 방법이 제시되며, 이 경우 상기 가이드 로드의 단부측에 연결된 자석 부재에 의해서는 자기장이 형성되고, 그리고 상기 가이드 시스템에 연결된 센서 부재에 의해서는 자기장이 검출된다.
본 발명에 따른 방법과 관련하여 과제 달성에 특히 도움이 되는 한 개선 예에서, 제어 유닛에 의해서는 일차 교류 전압이 형성되고, 상기 교류 전압은 회로 장치로 공급되며, 유도 코일 내에서는 유도 전압이 형성되고, 제어 유닛에 의해서는 회로 장치의 옴 저항이 조사되며, 접촉 센서에 의해서는 이 접촉 센서의 위치에서 있는 자기장을 통해 루프 회로가 전기적으로 접촉 적합한 방식으로 폐쇄되며, 그리고 상기 제어 유닛에 의해 상기 회로 장치 내 전체 전압 중 교류 전압 성분의 변동이 조사된다.
본 발명에 의해 얻어지는 장점들로는 특히, 핵 원자로 내 (제어)봉의 위치 검출을 위한 현재까지 통용되는 측정 시스템들에서 분기된(diversity) 측정 시스템 제시를 들 수 있으며, 상기 측정 시스템은 기존 신호 전송 경로를 다목적으로 사용함으로써 매우 적은 수의 라인 및 격납 용기 관통부를 필요로 하고 그리고 리드-접촉부 또는 리드-센서 사용 시에 특히 견고하면서도 동시에 정확하고 신뢰성 있게 작동한다.
후속해서는 본 발명에 따른 위치 측정 시스템의 실시 예가 설명된다.
도면들은 각각 매우 간략화된 개략도로 도시된다:
도 1은 제어봉의 극 위치(xmin, xmax)를 검출하기 위한 위치 측정 시스템이고,
도 2는 제어봉에 설치된 영구 자석의 자력선들이 함께 표현된 도 1에 따른 위치 측정 시스템이며,
도 3은 제어 유닛과 제 1 및 제 2의 관련된 회로 장치를 갖는 도 1에 따른 위치 측정 시스템을 도시한 부분도이고, 그리고
도 4는 제어 유닛과 제 1의 관련된 회로 장치의 부분 영역을 도시한 상세도이다,
도 1 내지 도 4에서 서로 일치하는 부재들에는 동일한 도면 부호가 제공되었다.
도 1은 고정되어 있는 가이드 시스템(2)과 관련해 최소 연장 위치(xmin)와 최대 연장 위치(xmax) 사이에서 직선 경로(x)를 따라 선형으로 이동할 수 있는 제어봉(3)의 극 위치(xmin, xmax)를 검출하기 위한 위치 측정 시스템(1)을 도시한다. 이 경우 상기 제어봉(3)의 위치는 직선 경로(x)와 관련해 기준점(x0)의 좌표와 일치한다. 상기 기준점(x0)은 제어봉(3)의 단부측에 위치하여 상기 제어봉의 단부측을 표시한다. 상기 가이드 시스템(2)은 압력에 안정적인 가이드 관(4)을 포함하는데, 상기 가이드 관은 제어봉(3)을 둘러싼다. 최소 연장 위치(xmin) 및 최대 연장 위치(xmax) 영역에는 각각 하나씩의 제 1 리드-접촉 부재(5) 그리고 보충적으로 제 2 리드-접촉 부재(6)가 배치되어 있다. 2개의 리드-접촉 부재(5 및 6)는 직선 경로(x)의 주변 환경(Ux )에 위치한다. 기준점(x0) 영역에서 제어봉(3) 위에는 영구 자석(7)이 배치되어 있다. 제어봉(3)의 최소 연장 위치(xmin)에서 기준점(x0)은 xmin이고 그리고 상기 제어봉(3)의 최대 연장 위치(xmax)에서 기준점(x0)은 xmax이다. 두 경우에 리드-접촉 부재들(5 및 6)은 영구 자석의 자기장을 통하여 전기적 접촉 접속 동작을 형성한다. 또한, 본 도면에서는 위치 측정 시스템(1)에 연결된 핵 원자로의 압력 벽(10)을 볼 수 있다.
교번 자기장을 형성하도록 설치된 전기 코일(8)은 가이드 관(4)에 대해 평행하게 배치되어 있으며, 이 경우 상기 교번 자기장은 유도성 측정 프로세스에 사용된다. 상기 코일(8)은 (자기)장을 형성하는 일차 코일로도 표기된다. 또한, 이차 코일로도 표기되는 다수의 유도 코일(9)이 가이드 관(4)에 대해 평행하게 배치되어 있으며, 상기 다수의 유도 코일 내에서 교번 자기장으로부터는 각각 전기 전압 신호가 유도된다. 코일들(8 및 9)의 시스템은 극 위치들(xmin, xmax) 사이에 놓인 다수의 중간 위치에 있어서 그리고 경우에 따라서는 또한 상기 극 위치(xmin, xmax) 자체에 있어서 공지된 방식으로 방향(x)으로의 제어봉(3)의 이동 경로 상에서 상기 제어봉(3)의 위치를 검출하기 위해 사용된다. 이 경우 방향(x)을 따라 연이어 배치된 다수의 유도 코일(9)은 위치 측정의 공간 해상도를 결정한다. 그에 반해 단부 위치 모니터링은 리드-접촉 부재들(5)에 의해 일차적으로 또는 독점적으로도 또는 다이버시티-리던던트(diversity-redundant) 방식으로 그리고 경우에 따라 예비 리드-접촉 부재들(6)을 통하여 실행된다. 필수적인 라인들을 최소화하기 위하여 리드-접촉부들(5)은 이 경우 후속되는 설명에 의해 명확해지는 바와 같이 특수한 방식으로 유도 코일(9)의 코일 회로에 스위칭 되어 있고 그리고 적합한 평가 유닛 및/또는 제어 유닛(11)에 연결되어 있다. 본 발명에서는 설명을 간략히 하기 위해 단 하나의 단일 유도 코일(9)만 고려된다. 그러나, 도 1 또는 도 2와 같이, 예를 들면 전기적으로 직렬 연결된 다수의 유도 코일의 일반화가 아무런 어려움 없이 가능해진다.
도 2는 영구 자석(7)의 자기장(H)의 자력선들의 파형이 함께 표현된 도 1에 따른 위치 측정 시스템(1)을 도시한다. 추가적인 모든 세부 사항은 도 1의 세부 사항과 동일하다.
도 3에는 제어 유닛(11)과 제 1 및 제 2의 관련된 회로 장치(12 및 13)를 갖는 도 1에 따른 위치 측정 시스템(1)의 부분도가 도시되어 있다. 2개의 회로 장치(12와 13) 사이에는 자신의 단부측에 연결된 영구 자석(7)을 갖는 제어봉(3)이 도시되어 있으며, 이 경우 상기 제어봉(3)의 배치는 본 도면에서 도시만 되어 있을 뿐, 실제 구조적 배치에는 상응하지 않는다. 제 1 회로 장치(12)는 제 1 옴 저항 유닛(R1) 및 제 2 옴 저항 유닛(R2)과 직렬로 연결된 유도 코일(9)을 포함하며, 이 경우 상기 옴 저항 유닛(R1, R2) 각각은 상기 유도 코일(9)의 각각의 단부측에 연결되어 있다. 제 1 옴 저항 유닛(R1) 및 제 2 옴 저항 유닛(R2)은 각각 하나씩의 리드-접촉 부재(5)와 제 1 또는 제 2 루프 회로(14 또는 15)를 형성한다. 상기와 같은 리드-접촉 부재(5)가 개방되었는지 또는 폐쇄되었는지에 따라 － 이러한 상황은 제어봉(3)의 위치에 의해 좌우됨(도 1 및 도 2 참조) － 제 1의 경우에는 루프 회로(14)는 개방되고 루프 회로(15)는 폐쇄되며, 제 2의 경우에는 루프 회로(14)는 폐쇄되고 루프 회로(15)는 개방되며, 그리고 제 3의 경우에는 제 1 루프 회로(14)는 개방되고 그리고 루프 회로(15)도 개방된다.
도시된 리드-접촉 부재들(5)이 제어봉(3)의 극 위치들에 대한 도 1 및 도 2에 도시된 극 위치에 상응하면, － 제어봉(3)의 위치에 따라 － 주어진 시점에 상기 경우들 중 단 하나의 경우가 실현될 수 있다. 제 1 경우에는 저항 유닛(R1)이 전기적으로 단락되고, 제 2 경우에는 저항 유닛(R2)이 전기적으로 단락되며, 그리고 제 3의 경우에는 어떠한 저항 유닛(R1, R2)도 전기적으로 단락되지 않음으로써, 결과적으로 경우에 따라 직렬 회로의 전체 옴 저항(ΣR)이 유도 코일(9) 및 제 2 저항 유닛(R2) 또는 제 1 저항 유닛(R1) 또는 제 1 및 제 2 저항 유닛(R1 및 R2)의 옴 저항 값들의 총합으로부터 주어진다. 특히 2개의 옴 저항(R1, R2)의 옴 저항 값들이 서로 상이하게 선택되면, 모든 경우에 저항의 총합(ΣR)의 값이 서로 상이하다. 제어 유닛(11)은 저항 총합(ΣR)의 값을 결정하기 위한 회선군(16)을 갖는다(도 4 참조).
제 2 회로 장치(13)는 전기 코일(8)을 포함하고, 상기 전기 코일은 제어 유닛(11)에 의해 형성된 교류(IAC)를 이용하여 교번 자기장을 제공하도록 설계되어 있다. 교번 자기장은 회선군(16) 내에서 평가될 수 있는 유도 코일(9) 내 교류 전압을 유도한다(도 4 참조).
도 4는 제어 유닛(11)에 할당되고 그리고 제 1 회로 장치(12)에 연결된 회선군(circuit group)(16)의 상세도를 도시한다(도 3 참조). 상기 회선군(16)은 회로 장치(12) 내 직류(IDC)를 제공하기 위한 전류원(17), 상기 회로 장치(12) 내에 존재하는 전체 전압(U) 중 직류 전압 성분(UDC)을 검출하기 위한 제 1 측정 유닛(18) 및 상기 회로 장치(12) 내에 존재하는 전체 전압(U) 중 교류 전압 성분(UAC)을 검출하기 위한 제 2 측정 유닛(19)을 포함한다. 추가적인 세부 사항들은 도 3의 세부 사항에 상응한다. 유도 코일(9)의 인덕턴스(L)는 별도로 표시되어 있다. 상기 전류원 및 제 1 측정 유닛(18)에 의해서는 회로 장치(12)의 옴 전체 저항(ΣR)이 조사된다. 조사된 전체 옴 저항으로부터는 전술한 바와 같이 단부 위치(xmin, xmax)에의 도달이 신뢰성 있게 검출될 수 있다. 제 2 측정 유닛(19)에 의해서는 인덕턴스(L) 내에서 유도되는 교류 전압(UAC)이 조사된다. 따라서, 유도 코일(들)(9)의 배치에 의해 확정된, 2개의 단부 위치들(xmin, xmax) 사이에 있는 중간 위치(들)도 모니터링될 수 있다.
제 1 회로 장치(12)의 코일 회로 내에 리드-접촉 부재들(5)을 연결함으로써 그리고 이러한 연결에 의해 성취되는 기존에 이미 존재하는 신호 전송 경로들을 다목적으로 사용함으로써 단부 위치 스위치 또는 단부 위치 검출기로서 효력이 있는 리드-접촉 부재들(5)을 위한 별도의 라인들이 절약된다. 또한, 코일들(8 및 9)을 갖는 원래 공지되어 있는 유동성 위치 검출 시스템이 라인 수를 증가시키지 않고도 다이버시티, 즉 다른 기능상 원리(functional principle)에 근거하는 단부 위치 측정 시스템으로 상기와 같은 방식으로 확대된다고 말할 수도 있다. 단부 위치(xmin, xmax) 대신 물론 리드-접촉 부재들(5)의 도움을 받아 표시된 다른 위치들도 모니터링될 수 있다. 리드-접촉 부재들(5, 6) 대신에는 다른 단부 위치 스위치들 또는 단부 위치 센서들도 사용될 수 있으며, 상기 단부 위치 스위치들 또는 단부 위치 센서들은 필요에 따라 그리고 제어봉(3)의 위치에 따라 저항 유닛들(R1, R2)을 전기적으로 연결시킬 수 있다.
회로도는 개략적으로 도시되었음은 물론이고, 상응하는 전자 장치들은 실제로 추가의 컴포넌트들을 구비할 수도 있다. 그러나 상기 컴포넌트들은 본 발명과 관련된 기능상의 원리에 있어 결정적일 만큼 중요하지 않다.
1: 위치 측정 시스템 2: 가이드 시스템
3: 가이드 로드, 제어봉 4: 가이드 관
5: 센서 부재, 접촉 센서, 리드-접촉 부재 6: 리드-접촉 부재
7: 자석 부재, 영구 자석 8: 전기 코일
9: 유도 코일 10: 압력 벽
11: 제어 유닛 12: 제 1 회로 장치
13: 제 2 회로 장치 14: 제 1 루프 회로
15: 제 2 루프 회로 16: 회선군
17: 전류원 18: 제 1 측정 유닛
19: 제 2 측정 유닛
x: 직선 경로 xmin: 극 위치, 최소 연장 위치
xmax: 극 위치, 최대 연장 위치 x0: 기준점
Ux: 직선 경로의 주변 환경 H: 자기장
R1: 제 1 옴 저항 유닛 R2: 제 2 옴 저항 유닛
ΣR: 전체 저항, 저항 총합 IAC: 교류
IDC: 직류 U: 전체 전압
UAC: 교류 전압, 교류 전압 성분 UDC: 직류 전압, 직류 전압 성분
L: 인덕턴스

Claims (15)

  1. 가이드 시스템(2)과 관련해 직선인 경로(x)를 따라 연장되고 그리고 상기 직선 경로(x)를 따라 이동할 수 있는 가이드 로드(3)의 극 위치(xmin, xmax)를 검출하기 위한, 다수의 센서 부재(5) 및 적어도 하나의 자석 부재(7)를 갖춘 위치 측정 시스템(position measuring system)(1)으로서,
    Figure pct00001
    상기 자석 부재(7)가 자기장(H)을 형성하도록 설계되어 있고,
    Figure pct00002
    상기 자석 부재(7)가 상기 가이드 로드(3)에 연결되어 있으며,
    Figure pct00003
    상기 센서 부재 또는 각각의 센서 부재(5)가 검출 영역 내에서 각각 자기장(H)을 검출하도록 설계되어 있고, 상기 자기장(H)의 전계 강도는 상기 센서 부재(5)의 위치에서 사전 규정된 임계값보다 크며, 그리고
    Figure pct00004
    적어도 하나의 센서 부재(5)가 상기 가이드 시스템(2)에 연결되어 상기 경로(x)의 주변 환경(Ux)에 배치되어 있는,
    가이드 로드의 극 위치를 검출하기 위한 위치 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자석 부재(7)가 영구 자석으로서 형성된,
    가이드 로드의 극 위치를 검출하기 위한 위치 측정 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 자석 부재(7)가 상기 가이드 로드(3)의 단부 측에 연결된,
    가이드 로드의 극 위치를 검출하기 위한 위치 측정 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 센서 부재(5)의 검출 영역이 상기 극 위치(xmin, xmax)에 배치된 상기 가이드 로드(3)의 단부측을 검출하는,
    가이드 로드의 극 위치를 검출하기 위한 위치 측정 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가이드 로드(3)가 최소 연장 위치(xmin)와 최대 연장 위치(xmax) 사이에서 이동할 수 있는,
    가이드 로드의 극 위치를 검출하기 위한 위치 측정 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 센서 부재(5)가 비접촉식 센서(5)로서, 특히 리드-접촉 부재(5)로서 형성된,
    가이드 로드의 극 위치를 검출하기 위한 위치 측정 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 센서 부재(5)가 전기 회로 장치(12)에 연결되어 있으며, 상기와 같은 회로 장치(12)는
    Figure pct00005
    제어 유닛(11)에 연결되어 있고, 그리고
    Figure pct00006
    다수의 전기 유도 코일(9)을 포함하는,
    가이드 로드의 극 위치를 검출하기 위한 위치 측정 시스템.
  8. 제 6 항 및 제 7 항에 있어서,
    상기 회로 장치(12)가 적어도 하나의 옴 저항 유닛(R1, R2)을 포함하며,
    Figure pct00007
    상기 적어도 하나의 옴 저항 유닛은 적어도 하나의 유도 코일(9)과 직렬 회로(12)를 형성하고, 그리고
    Figure pct00008
    상기 적어도 하나의 옴 저항 유닛은 적어도 하나의 접촉 센서(5)와 루프 회로(14, 15)를 형성하는,
    가이드 로드의 극 위치를 검출하기 위한 위치 측정 시스템.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로 장치(12)가
    Figure pct00009
    유도 코일(9)과 직렬 회로(12)를 형성하는 2개의 옴 저항 유닛(R1, R2)을 포함하고, 상기 2개의 옴 저항 유닛(R1, R2) 각각은 상기 유도 코일(9)의 각각의 단부측에 연결되어 있으며, 그리고 상기 회로 장치(12)가
    Figure pct00010
    다수의 접촉 센서(5)를 포함하고, 각각의 접촉 센서(5)는 상기 옴 저항 유닛(R1, R2)들 중 하나의 옴 저항 유닛과 루프 회로(14, 15)를 형성하는,
    가이드 로드의 극 위치를 검출하기 위한 위치 측정 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(11)은
    Figure pct00011
    상기 회로 장치(12)에 직류(IDC)를 공급하기 위한 전류원(17), 그리고/또는
    Figure pct00012
    상기 회로 장치(12) 내에서 전체 전압(U) 중 직류 전압 성분(UDC)을 검출하기 위한 제 1 측정 유닛(18) 및
    Figure pct00013
    상기 회로 장치(12) 내에서 전체 전압(U) 중 교류 전압 성분(UAC)을 검출하기 위한 제 2 측정 유닛(19)을 포함하는,
    가이드 로드의 극 위치를 검출하기 위한 위치 측정 시스템.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(11)이
    Figure pct00014
    전기 코일(8)을 포함하는 제 2 회로 장치(13)에 연결되어 있고, 그리고
    Figure pct00015
    상기 회로 장치(13) 내에서 전류(IAC)를 형성하고 제어하도록 설계된,
    가이드 로드의 극 위치를 검출하기 위한 위치 측정 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전기 코일(8)이 상기 직선 경로(x)에 대해 평행하게 배향되어 배치된,
    가이드 로드의 극 위치를 검출하기 위한 위치 측정 시스템.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    Figure pct00016
    상기 가이드 로드(3)가 핵 시설의 제어봉(3)으로서 제공되고, 그리고
    Figure pct00017
    상기 가이드 시스템(2)이 상기 제어봉(3)을 둘러싸고 압력에도 안정적인 가이드 관(4)을 포함하는,
    가이드 로드의 극 위치를 검출하기 위한 위치 측정 시스템.
  14. 제 1 항 내지 제 13 중 어느 한 항에 따른 위치 측정 시스템을 이용하여, 가이드 시스템(2)과 관련해 직선인 경로(x)를 따라 연장되고 그리고 상기 직선 경로(x)를 따라 이동할 수 있는 가이드 로드(3)의 극 위치(xmin, xmax)를 검출하기 위한 방법(V)으로서,
    Figure pct00018
    상기 가이드 로드(3)의 단부측에 연결된 자석 부재(7)에 의해 자기장(H)을 형성하고, 그리고
    Figure pct00019
    상기 가이드 시스템(2)에 연결된 센서 부재(5)에 의해 자기장(H)을 검출하는,
    가이드 로드의 극 위치를 검출하기 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    Figure pct00020
    제어 유닛(11)을 통하여 교류(IAC)를 형성하고,
    Figure pct00021
    상기 교류(IAC)를 제 2 회로 장치(13) 내부로 공급하며,
    Figure pct00022
    유도 코일(9) 내에서 유도 전압(UAC)을 형성하고,
    Figure pct00023
    상기 제어 유닛(11)에 의해 상기 제 1 회로 장치(12)의 옴 저항(ΣR)을 검출하며,
    Figure pct00024
    리드-접촉 부재(5)에 의해 이 접촉 부재(5)의 위치에 있는 자기장(H)을 통하여 루프 회로(14, 15)를 전기적으로 접촉 적합한 방식으로 폐쇄하고,
    Figure pct00025
    상기 제어 유닛(11)에 의해 상기 제 1 회로 장치(12) 내 전체 전압(U) 중 직류 전압 성분(UDC)의 변동을 검출하는,
    가이드 로드의 극 위치를 검출하기 위한 방법.
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