RU2513663C1 - Method of processing optical image of spherical particles of fuel column of cermet rod - Google Patents
Method of processing optical image of spherical particles of fuel column of cermet rod Download PDFInfo
- Publication number
- RU2513663C1 RU2513663C1 RU2012146855/28A RU2012146855A RU2513663C1 RU 2513663 C1 RU2513663 C1 RU 2513663C1 RU 2012146855/28 A RU2012146855/28 A RU 2012146855/28A RU 2012146855 A RU2012146855 A RU 2012146855A RU 2513663 C1 RU2513663 C1 RU 2513663C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- image
- spot
- particle
- area
- particles
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к технологии керметных тепловыделяющих элементов активных зон ядерных реакторов малой мощности, и может найти применение в автоматизированных и автоматических линиях на предприятиях изготовления твэлов.The invention relates to the field of nuclear energy, in particular to the technology of cermet fuel elements of the active zones of low-power nuclear reactors, and may find application in automated and automatic lines at fuel rod manufacturing enterprises.
Уровень техникиState of the art
Одним из направлений в ядерной энергетики является использование твэлов, в которых тепловыделяющие сердечники набраны из топливных элементов в виде керметных стержней (см., например, Гаврилин С.С., Денискин В.П. и др. Новое поколение твэлов на основе микротоплива для ВВЭР. Атомная энергия. - 2004. - №96, вып.4. - с.280; Патент РФ №2313142 Керметный тепловыделяющий элемент водоводяного ядерного реактора / Гаврилин С.С., Денискин В.П. и др. Опубл. 20.12.2007. Бюл. №35.)One of the directions in nuclear energy is the use of fuel rods in which fuel cores are drawn from fuel cells in the form of cermet rods (see, for example, Gavrilin SS, Deniskin VP and others. A new generation of microfuel fuel rods for VVER Nuclear energy. - 2004. - No. 96, issue 4. - p. 280; RF patent No. 2313142 Kermet fuel element of a water-water nuclear reactor / Gavrilin SS, Deniskin VP and others Publish. 12.20.2007 Bul. No. 35.)
В отличие от твэлов, в которых сердечники набираются из топливных элементов в виде спрессованных таблеток относительно небольшой длины, керметные стержни представляют собой цилиндрическую циркониевую капсулу длиной около 50 мм с заключенным в ней ядерным топливом и матричным материалом (см., например, Патент РФ №2371789 Способ изготовления керметного стержня топливного сердечника тепловыделяющего элемента ядерного реактора / Гаврилин С.С., Денискин В.П. и др. Опубл. 27.10.2009. Бюл. №30.). Топливная загрузка такого стержня реализуется объемно-весовым дозированием и представляет собой совокупность сферических частиц размером 0,4-0,6 мм при среднем количестве порядка 104.Unlike fuel rods in which cores are drawn from fuel cells in the form of compressed tablets of relatively short length, the cermet rods are a cylindrical zirconium capsule about 50 mm long with nuclear fuel and matrix material enclosed in it (see, for example, RF Patent No. 2371789 A method of manufacturing a cermet rod of the fuel core of a fuel element of a nuclear reactor / Gavrilin SS, Deniskin VP and other publ. October 27, 2009. Bull. No. 30.). The fuel loading of such a rod is realized by volume-weight dosing and is a combination of spherical particles with a size of 0.4-0.6 mm with an average amount of about 10 4 .
Поскольку керметный стержень является своеобразным тепловыделяющим элементом, то возникает задача его всесторонней паспортизации, в том числе по гранулометрическому составу частиц, составляющих генеральную совокупность топливной загрузки стержня.Since the cermet rod is a kind of fuel element, the problem arises of its comprehensive certification, including the particle size distribution of the particles that make up the total fuel load of the rod.
Применяемые для этой цели оптические способы, основанные на обработке изображений проекций частиц, предполагают их физическую дезагломерацию, например, помещением загрузки топливных частиц между двумя плоскими полупрозрачными проводящими электродами и приложением электрического поля напряженностью 30-50 кВ/см. При этом кулоновские силы полностью компенсируют силы сцепления частиц друг с другом и в этих условиях возникновение вторичных (слипшихся) частиц становится маловероятным (см., например, О.А.Мяздриков. Дифференциальные методы гранулометрии. М., Металлургия, с.39). Такой способ может быть применен для выборочного анализа, однако весьма сложен в аппаратном отношении, особенно с учетом требований автоматизации производства.The optical methods used for this purpose, based on the processing of images of particle projections, suggest their physical deagglomeration, for example, by placing a charge of fuel particles between two flat translucent conducting electrodes and applying an electric field of 30-50 kV / cm. In this case, the Coulomb forces completely compensate the forces of adhesion of the particles to each other and under these conditions the appearance of secondary (sticking together) particles becomes unlikely (see, for example, OA Myazdrikov. Differential methods of granulometry. M., Metallurgy, p. 39). This method can be used for selective analysis, but it is very complicated in hardware terms, especially taking into account the requirements of automation of production.
Известен способ обработки оптического изображения сферических частиц, в котором на изображение направляют круглое световое пятно изменяемого диаметра и сканируют им изображение, последовательно останавливаясь на каждой частице и меняя диаметр пятна, регистрируют его размер при совпадении пятна с изображением частицы (см., например, справочник под ред. П.Профоса «Измерения в промышленности», кн.3, Способы измерения и аппаратура, п.1.9.3.2 Микроскопический анализ. М., 1990).A known method of processing an optical image of spherical particles, in which a circular light spot of variable diameter is directed to the image and scanned by the image, stopping on each particle in succession and changing the diameter of the spot, record its size when the spot coincides with the image of the particle (see, for example, a reference under Edited by P. Profos "Measurements in Industry", book 3, Measurement methods and apparatus, p.1.9.3.2 Microscopic analysis. M., 1990).
Недостатком такого способа является необходимость присутствия оператора при решении задачи дезагломерации находящихся в поле зрения соприкасающихся и проекционно агломерированных частиц, что исключает возможность автоматизации производства.The disadvantage of this method is the need for the presence of an operator in solving the problem of disagglomeration of contiguous and projection-agglomerated particles in the field of view, which eliminates the possibility of automation of production.
С предлагаемым способом обработки оптического изображения сферических частиц топливной загрузки керметного стержня последний способ совпадает по операциям сканирования изображения круговым оптическим пятном, совмещения пятна с изображением каждой частицы и определения площадей их проекций.With the proposed method for processing an optical image of spherical particles of a cermet rod fuel loading, the latter method coincides with the operations of scanning an image with a circular optical spot, combining the spot with the image of each particle and determining the areas of their projections.
По совокупности существенных признаков последний способ наиболее близок к предлагаемому и выбран в качестве прототипа.In the aggregate of essential features, the latter method is closest to the proposed one and is selected as a prototype.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Решаемая задача - автоматизация обработки изображений сферических частиц топливной загрузки керметного стержня и паспортизация результатов обработки.The problem to be solved is the automation of image processing of spherical particles of the fuel load of the cermet rod and the certification of processing results.
Данную задачу решает предлагаемый способ обработки оптического изображения сферических частиц топливной загрузки керметного стержня, который заключается в сканировании изображения круговым оптическим пятном, совмещении пятна с изображением каждой частицы и определении площадей их проекций.This problem is solved by the proposed method for processing an optical image of spherical particles of a cermet rod fuel loading, which consists in scanning the image with a circular optical spot, combining the spot with the image of each particle and determining the areas of their projections.
В соответствии с настоящим изобретением диаметр пятна выбирают меньше нижней границы диапазона диаметров изображения частиц при условии перекрытия пятном областей соприкосновения частиц, выделяют из изображения области, в которых площадь пересечения сканирующего пятна с изображениями частиц равна площади сканирующего пятна, определяют площади выделенных областей, а площадь проекции каждой частицы определяют из соотношения S=(D+d)2π/4, где S - площадь проекции частицы, D - диаметр выделенной области в изображении частицы, d - диаметр сканирующего пятна.In accordance with the present invention, the diameter of the spot is chosen less than the lower boundary of the range of diameters of the image of the particles, provided that the spot overlaps the areas of contact of the particles, the regions are selected from the image in which the intersection area of the scanning spot with the particle images is equal to the area of the scanning spot, the areas of the selected areas are determined, and the projection area each particle is determined from the relation S = (D + d) 2 π / 4, where S is the projection area of the particle, D is the diameter of the selected area in the particle image, d is the scan diameter sore spots.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Пусть сканирующее пятно коснулось изображения некоторой частицы. Значение площади их пересечения, отнесенное к центру сканирующего пятна, равно нулю. По мере продвижения сканирующего пятна к центру изображения частицы значение площади пересечения растет, достигая значения площади сканирующего пятна при нахождении его внутри изображения частицы. Выделяемая таким образом область характеризуется диаметром, равным разности диаметров частицы и сканирующего пятна, причем все частицы загрузки имеют выделенные области в силу выбора диаметра сканирующего пятна. Дезагломерация касающихся частиц при этом обеспечена тем, что площадь пересечения сканирующего пятна при его пересечении с проекциями двух или более частиц меньше его площади. Поскольку выделенные области изолированы друг от друга, то расчет их площадей является стандартной задачей любой программы гранулометрического анализа и не представляет затруднений (см., например, автоматизированную систему анализа изображений SIAMS 700, ООО «СИАМС», 630002, Екатеринбург, а/я 50). Окончательно для определения площади изображения частицы вычисляется площадь круга, диаметр которого равен сумме диаметра сканирующего пятна и диаметра выделенной в этой частице области.The essence of the invention is as follows. Let the scanning spot touch the image of some particle. The value of their intersection area, referred to the center of the scanning spot, is zero. As the scanning spot moves to the center of the particle image, the value of the intersection area increases, reaching the value of the scanning spot area when it is inside the particle image. The region thus distinguished is characterized by a diameter equal to the difference between the diameters of the particle and the scanning spot, all loading particles having selected regions due to the choice of the diameter of the scanning spot. The deagglomeration of the touching particles is ensured in that the intersection area of the scanning spot when it intersects with the projections of two or more particles is less than its area. Since the selected areas are isolated from each other, calculating their areas is a standard task of any particle size analysis program and is not difficult (see, for example, the automated image analysis system SIAMS 700, SIAMS LLC, 630002, Yekaterinburg, PO Box 50) . Finally, to determine the area of the image of the particle, the circle area is calculated, the diameter of which is equal to the sum of the diameter of the scanning spot and the diameter of the region selected in this particle.
Ограничение на диаметр сканирующего пятна снизу обеспечивает разделение проекционных агломератов, образованных касающимися частицами различных диаметров при отношении максимального диаметра к минимальному менее 1,5.The restriction on the diameter of the scanning spot from below ensures the separation of projection agglomerates formed by touching particles of different diameters with a ratio of maximum diameter to minimum less than 1.5.
В силу своих отличий от известных предлагаемый способ обработки не требует присутствия оператора при анализе оптического изображения сферических топливных частиц, позволяет разделять изображения касающихся частиц и проекционных агломератов, что обеспечивает возможность автоматизации производства твэлов с сердечниками из керметных стержней с повышением достоверности анализа параметров топливной загрузки.Due to its differences from the known ones, the proposed processing method does not require the presence of an operator when analyzing the optical image of spherical fuel particles, it allows separating images of particles and projection agglomerates, which makes it possible to automate the production of fuel rods with cores from cermet rods with an increase in the reliability of the analysis of fuel loading parameters.
Краткое описание чертежей Brief Description of the Drawings
На фиг.1 показан фрагмент негативного изображения оптической проекции сферических частиц.Figure 1 shows a fragment of a negative image of the optical projection of spherical particles.
На фиг.2 приведен результат сканирования изображения фиг.1 с разделенными образами частиц.Figure 2 shows the result of scanning the image of figure 1 with separated images of particles.
Фиг.3 показывает гистограмму распределения частиц фиг.1 по площадям экваториального сечения, рассчитанным в пиксельной мере.Figure 3 shows a histogram of the distribution of particles of figure 1 over the equatorial sectional areas, calculated in pixel measure.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Сферические частицы в количестве около 1500 шт. помещались на рабочем стекле сканера типа HP SCANJET 3670 и оцифровывались на поле размером 1024×4096 пикселей при диапазоне оцифровки размеров отдельных частиц 40-50 пикселей. Негативное изображение оцифрованной проекции приведено на фиг.1.Spherical particles in an amount of about 1,500 pcs. placed on the working glass of an HP SCANJET 3670 scanner and digitized in a field of 1024 × 4096 pixels with a sampling range of individual particle sizes of 40-50 pixels. A negative image of the digitized projection is shown in figure 1.
Изображение, показанное на фиг.2, получено при сканировании изображения фиг.1 кругом диаметром 30 пикселей. Образы отдельных частиц уменьшены, поскольку выделяются только области, в которых сканирующее пятно целиком размещается внутри изображения частицы. Этот результат получен применением операции свертки изображения фиг.1 с изображением сканирующего круга и выделением из сверточного образа областей, где значение свертки равно площади сканирующего круга. Указанные операции математически реализуют операции заявляемого способа.The image shown in figure 2, obtained by scanning the image of figure 1 in a circle with a diameter of 30 pixels. The images of individual particles are reduced, since only areas in which the scanning spot is entirely located inside the image of the particle are distinguished. This result was obtained by applying the convolution operation of the image of FIG. 1 with the image of the scanning circle and selecting from the convolutional image areas where the convolution value is equal to the area of the scanning circle. These operations mathematically implement the operations of the proposed method.
На фиг.3 приведена гистограмма распределения частиц по площадям их проекций. Как указывалось, для этого вычисляется площадь круга, диаметр которого равен сумме диаметра сканирующего пятна и диаметра выделенной в этой частице области. Погрешность в определении площадей отдельных частиц 1,5-3%.Figure 3 shows a histogram of the distribution of particles over the areas of their projections. As indicated, for this, the area of a circle is calculated, the diameter of which is equal to the sum of the diameter of the scanning spot and the diameter of the region selected in this particle. The error in determining the area of individual particles is 1.5-3%.
Таким образом, обработка оптического изображения сферических частиц не требует присутствия оператора при анализе изображения загрузки с соприкасающимися или проекционно агломерированными частицами, что обеспечивает возможность автоматического и достоверного анализа и паспортизации загрузок, насчитывающих тысячи частиц.Thus, processing an optical image of spherical particles does not require the presence of an operator when analyzing a loading image with contiguous or projection-agglomerated particles, which allows automatic and reliable analysis and certification of loads containing thousands of particles.
Claims (1)
S=(D+d)2π/4,
где S - площадь проекции частицы,
D - диаметр выделенной области в изображении частицы,
d - диаметр сканирующего пятна. A method for processing an optical image of spherical particles of a cermet rod fuel loading, which consists in scanning the image with a circular optical spot, combining the spot with the image of each particle and determining the areas of their projections, characterized in that the spot diameter is chosen less than the lower boundary of the range of particle image diameters provided that the areas overlap the spot the contacts of the particles are isolated from the image of the region in which the area of intersection of the scanning spot with the images of the particles is equal to the patches of the scanning spot, determine the area of the selected areas, and the projection area of each particle is determined from the ratio:
S = (D + d) 2 π / 4,
where S is the particle projection area,
D is the diameter of the selected region in the image of the particle,
d is the diameter of the scanning spot.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012146855/28A RU2513663C1 (en) | 2012-11-06 | 2012-11-06 | Method of processing optical image of spherical particles of fuel column of cermet rod |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012146855/28A RU2513663C1 (en) | 2012-11-06 | 2012-11-06 | Method of processing optical image of spherical particles of fuel column of cermet rod |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2513663C1 true RU2513663C1 (en) | 2014-04-20 |
Family
ID=50481009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012146855/28A RU2513663C1 (en) | 2012-11-06 | 2012-11-06 | Method of processing optical image of spherical particles of fuel column of cermet rod |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2513663C1 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW538232B (en) * | 2001-12-31 | 2003-06-21 | China Steel Corp | Automatic particle diameter measurement equipment by on-line optical analysis |
-
2012
- 2012-11-06 RU RU2012146855/28A patent/RU2513663C1/en active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW538232B (en) * | 2001-12-31 | 2003-06-21 | China Steel Corp | Automatic particle diameter measurement equipment by on-line optical analysis |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| П.Профос "Измерения в промышленности", кн.3, Способы измерения и аппаратура, М.,1990. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Finegan et al. | Spatially resolving lithiation in silicon–graphite composite electrodes via in situ high-energy x-ray diffraction computed tomography | |
| Ngandjong et al. | Investigating electrode calendering and its impact on electrochemical performance by means of a new discrete element method model: Towards a digital twin of Li-Ion battery manufacturing | |
| Wu et al. | Analysis of manufacturing-induced defects and structural deformations in lithium-ion batteries using computed tomography | |
| Xu et al. | Heterogeneous damage in Li-ion batteries: Experimental analysis and theoretical modeling | |
| Almar et al. | Microstructural feature analysis of commercial Li-ion battery cathodes by focused ion beam tomography | |
| Beck et al. | Inhomogeneities and cell-to-cell variations in lithium-ion batteries, a review | |
| Finegan et al. | Quantifying bulk electrode strain and material displacement within lithium batteries via high‐speed operando tomography and digital volume correlation | |
| Borkiewicz et al. | Best practices for operando battery experiments: influences of X-ray experiment design on observed electrochemical reactivity | |
| Sanyal et al. | A particle-based model for predicting the effective conductivities of composite electrodes | |
| Zhang et al. | Finding a needle in the haystack: identification of functionally important minority phases in an operating battery | |
| Jhong et al. | Combining structural and electrochemical analysis of electrodes using micro-computed tomography and a microfluidic fuel cell | |
| Turner et al. | Atomic resolution coordination mapping in Ca2FeCoO5 brownmillerite by spatially resolved electron energy-loss spectroscopy | |
| Heenan et al. | Three‐phase segmentation of solid oxide fuel cell anode materials using lab based X‐ray nano‐computed tomography | |
| Villarraga-Gómez et al. | Assessing rechargeable batteries with 3D X-ray microscopy, computed tomography, and nanotomography | |
| CN103698333B (en) | A kind of system and method for automatically quantitative analysis coal petrography mating plate crack | |
| Lu et al. | Fast atomic-scale chemical imaging of crystalline materials and dynamic phase transformations | |
| Bond et al. | In-situ computed tomography of particle microcracking and electrode damage in cycled NMC622/graphite pouch cell batteries | |
| Mayer et al. | Investigation of the mechanical behavior of electrodes after calendering and its influence on singulation and cell performance | |
| Dai et al. | Variation in micro-pores during dynamic consolidation and compression of soft marine soil | |
| Rajendra et al. | Quantifying transport, geometrical, and morphological parameters in li-ion cathode phases using X-ray microtomography | |
| Arregui-Mena et al. | Electron tomography of unirradiated and irradiated nuclear graphite | |
| Casella et al. | Characterization of fission gas bubbles in irradiated U-10Mo fuel | |
| US9261531B2 (en) | Quantification method and quantification apparatus for electrode material | |
| Schneider et al. | Effect of Particle Size and Pressure on the Transport Properties of the Fast Ion Conductor t‐Li7SiPS8 | |
| RU2513663C1 (en) | Method of processing optical image of spherical particles of fuel column of cermet rod |