TWI767318B - 具有感應式耦合的燃料棒感測器系統 - Google Patents

具有感應式耦合的燃料棒感測器系統 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種用於包含一燃料丸堆疊之一燃料棒之感測器系統，該感測器系統包含：一無線詢問器，其經安置於該燃料棒外部；及一被動感測器組件，其經安置於該燃料棒內。該被動感測器組件包含：一接收器，其經結構化以接收一詢問信號且回應於接收到該詢問信號而輸出一激勵信號；一參考傳輸器，其經結構化以回應於該激勵信號而將一參考信號輸出至參考接收器；一感測傳輸器，其經結構化以回應於該激勵信號而將一感測信號輸出至該感測接收器；及一芯，其至少部分地安置於該感測傳輸器內且經耦合以結合該燃料丸堆疊之膨脹或收縮而移動，基於該燃料棒內之壓力之變化而移動，或基於該燃料棒內之溫度變化而改變溫度。

Description

具有感應式耦合的燃料棒感測器系統
所揭示概念大體上係關於核電設備且更特定而言，係關於一種可與一核能反應器之一燃料總成之一燃料棒一起使用之感測器系統。
核能反應器系統包含用於監測該系統之各種特性之諸多類型之感測器。一種類型之感測器經設計以監測中心線燃料溫度、燃料丸堆疊伸長率及內部燃料棒壓力。
圖1係經設計以監測中心線燃料溫度、燃料丸堆疊伸長率及內部燃料棒溫度之一感測器之一示意圖。該感測器包含定位於一核能反應器之一燃料棒2內之一被動感測器組件10及定位於該核能反應器之一儀器套管4內之一無線詢問器20。被動組件10包含一起形成一諧振電路之一電感器12及一電容器14。無線詢問器20包含一傳輸器22及一接收器24且電連接至核能反應器芯外部之一電子裝置30。
該感測器藉由將電流傳遞通過傳輸器22來操作，此致使其產生由被動組件10接收且激勵被動組件10之一詢問信號。作為回應，被動組件10產生由接收器24接收之一回應信號。回應信號包含指示中心線燃料溫度、燃料丸堆疊伸長率及內部燃料棒溫度之特性。此等特性改變電感器12之電感且例如藉由回應信號之頻率之變化而反映於回應信號中。
在一些方法中，耦合至一燃料丸堆疊之一鐵氧體芯被傳遞通過電感器12，此導致電感器12之電感隨著該燃料丸堆疊伸長而變化。
圖1之感測器之敏感度係有限的。因此，燃料棒內之感測器仍存在改良空間。
所揭示概念之實施例提供一種用於監測中心線燃料溫度、燃料丸堆疊伸長率及/或內部燃料棒壓力之改良式感測器。
作為所揭示概念之一個態樣，一種用於包含一燃料丸堆疊之一燃料棒之感測器系統包括：一無線詢問器，其經安置於該燃料棒外部，該無線詢問器包括：一傳輸器，其經結構化以無線地輸出一詢問信號；一參考接收器；及一感測接收器；一被動感測器組件，其經安置於該燃料棒內，該被動感測器組件包括：一接收器，其經結構化以接收該詢問信號且回應於接收到該詢問信號而輸出一激勵信號；一參考傳輸器，其經結構化以回應於該激勵信號而將一參考信號輸出至該參考接收器；一感測傳輸器，其經結構化以回應於該激勵信號而將一感測信號輸出至該感測接收器，其中該接收器、該參考傳輸器及該感測傳輸器串聯電連接；及一芯，其至少部分地安置於該感測傳輸器內且經耦合以結合該燃料丸堆疊之膨脹或收縮而移動，基於該燃料棒內之壓力之變化而移動，或基於該燃料棒內之溫度變化而改變溫度。
作為所揭示概念之一個態樣，一種用於包含一燃料丸堆疊之一燃料棒之感測器系統包括：一無線詢問器，其經安置於該燃料棒外部，該無線詢問器包括：一初級傳輸器，其經結構化以無線地輸出一詢問信號；及一次級接收器；一被動感測器組件，其經安置於該燃料棒內，該被動感測器組件包括：一初級接收器，其經結構化以接收該詢問信號且回應於接收到該詢問信號而輸出一激勵信號；一線性可變差動變壓器(LVDT)，其包含一芯，該芯經耦合以結合該燃料丸堆疊之膨脹或收縮而移動，基於該燃料棒內之壓力之變化而移動，或基於該燃料棒內之溫度變化而改變溫度，其中該LVDT經結構化以接收該激勵信號且輸出指示該芯之一位置或一溫度之一輸出信號；及一次級傳輸器，其經結構化以自該LVDT接收該輸出信號且將與該輸出信號成比例之一回應信號輸出至該次級接收器。
作為所揭示概念之另一態樣，一種系統包括：至少一個燃料棒，其包含一燃料丸堆疊；及至少一個感測器系統，其包括：一無線詢問器，其經安置於該燃料棒外部，該無線詢問器包括：一初級傳輸器，其經結構化以無線地輸出一詢問信號；及一次級接收器；一被動感測器組件，其經安置於該燃料棒內，該被動感測器包括：一初級接收器，其經結構化以接收該詢問信號且回應於接收到該詢問信號而輸出一激勵信號；一線性可變差動變壓器(LVDT)，其包含一芯，該芯經耦合以結合該燃料丸堆疊之膨脹或收縮而移動，基於該燃料棒內之壓力之變化而移動，或基於該燃料棒內之溫度變化而改變溫度，其中該LVDT經結構化以接收該激勵信號且輸出指示該芯之一位置或一溫度之一輸出信號；及一次級傳輸器，其經結構化以自該LVDT接收該輸出信號且將與該輸出信號成比例之一回應信號輸出至該次級接收器。
作為所揭示概念之另一態樣，一種感測包含一燃料丸堆疊之一燃料棒中之燃料棒特性之方法包括：提供安置於該燃料棒外部之一無線詢問器；提供安置於該燃料棒內之一被動感測器組件，該被動感測器包含一線性可變差動變壓器(LVDT)，該LVDT包含一芯，該芯經耦合以結合該燃料丸堆疊之膨脹或收縮而移動，基於該燃料棒內之壓力之變化而移動，或基於該燃料棒內之溫度變化而改變溫度，其中該LVDT經結構化以接收該激勵信號且輸出指示該芯之一位置或一溫度之一輸出信號；無線地將一詢問信號自該無線詢問器輸出至該被動感測器組件；回應於接收到該無線詢問信號而將一激勵信號提供至該LVDT；自該LVDT輸出指示該芯之一位置或一溫度之一輸出信號；及無線地將與該輸出信號成比例之一回應信號自該被動感測器組件輸出至該無線詢問器。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張2019年9月9日申請之標題為「FUEL ROD SENSOR SYSTEM WITH INDUCTIVE COUPLING」之16/564,150之權益，該案之內容以引用方式併入本文中。
圖2係根據所揭示概念之一實例實施例之一感測器系統之一示意圖。該感測器系統適合於監測一核能反應器系統中之中心線燃料溫度、燃料丸堆疊伸長率及/或內部燃料棒壓力。
感測器系統包含一被動組件60及一無線詢問器50。被動組件60經安置於核能反應器之一燃料棒2內且無線詢問器50經安置於核能反應器之一儀器套管內。無線詢問器50經耦合至定位於核能反應器芯外部之一電子處理裝置200。燃料棒2被完全封閉，而儀器套管4包含一貫穿，電導體(諸如無線詢問器50與電子處理裝置200之間的電導體)可穿過該貫穿。亦將明白，無線詢問器50可經安置於與燃料棒2相鄰之一區中。例如，在不脫離所揭示概念之範疇之情況下，無線詢問器50可經安置於不同於儀器套管4之一外殼中。
無線詢問器50包含一傳輸器52、一參考接收器54及一感測接收器56。傳輸器52、參考接收器54及感測接收器56可為電感器(亦稱為線圈)。被動組件60包含串聯電連接之一接收器62、一參考傳輸器64及一感測傳輸器66。接收器62、參考傳輸器64及感測傳輸器66可為電感器(亦稱為線圈)。被動組件60亦包含一芯130。芯130至少部分地安置於感測傳輸器66內。
傳輸器52經結構化以產生一詢問信號。例如，電子處理裝置200可產生激發傳輸器52且致使傳輸器52產生詢問信號之一信號且將該信號提供至傳輸器52。詢問信號可為由接收器62接收且激勵接收器62之一連續正弦波或脈衝波。例如，詢問信號可為由傳輸器52產生之一時變磁場，該時變磁場在接收器62上產生一電動勢，從而致使電流流動通過接收器62，且繼而流動通過參考傳輸器64及感測傳輸器66。通過參考傳輸器64及感測傳輸器66之電流致使其等分別產生分別由參考接收器54及感測接收器接收之一參考信號及一感測信號。例如，參考信號及感測信號可為由參考傳輸器64及感測傳輸器66回應於流動通過其等之電流而產生之時變磁場，該等時變磁場繼而在參考接收器54及感測接收器56中產生電磁力。
芯130實體地耦合至燃料棒2內之一燃料丸堆疊。在一些實例實施例中，芯130經耦合使得芯130與燃料丸堆疊成直線移動。例如，隨著燃料丸堆疊膨脹(swell或expand)，芯130將向上移動通過感測傳輸器66達燃料丸堆疊已伸長之相同距離。以此方式，芯130在感測傳輸器66內之實體位移將改變跨感測傳輸器66之電壓，因此改變感測信號，該感測信號繼而由感測接收器56接收且可用來判定燃料丸堆疊伸長率。在一些實例實施例中，芯130經耦合使得燃料丸堆疊之溫度之變化改變芯130之溫度。芯130之溫度之變化改變磁導率，從而導致跨感測傳輸器66之電壓之一變化。此導致由感測接收器56接收且可用來判定中心線燃料溫度之感測信號之一變化。在一些實例實施例中，芯130經耦合使得燃料棒內之壓力之變化引起芯130隨著溫度之變化而移動。例如，芯130可經耦合至燃料棒2內之波紋管，使得壓力之增加致使波紋管膨脹且在感測傳輸器66內進一步移動芯130。芯130在感測傳輸器66內之實體位移將改變跨感測傳輸器66之電壓，因此改變感測信號，該感測信號繼而由感測接收器56接收且可用來判定燃料棒2內之壓力。在此等實例實施例中，中心線燃料溫度、燃料丸堆疊伸長率及燃料壓力被認為係經感測參數且其等值影響感測信號。然而，其等值對由參考傳輸器64輸出之參考信號具有很小影響。
感測信號及參考信號分別由感測接收器56及參考接收器54接收。此兩個信號之間的差異可用來判定經感測參數，此係因為感測信號與參考信號之間的差異抵消歸因於參考傳輸器64、感測傳輸器66及其他組件所共有之溫度或其他影響所致之任何漂移。
圖3係根據所揭示概念之一實例實施例之一感測器之一示意圖。該感測器適合於監測一核能反應器系統中之中心線燃料溫度、燃料丸堆疊伸長率及內部燃料棒壓力。
該感測器包含一被動組件110及一無線詢問器140。被動組件110經安置於核能反應器之一燃料棒2內且無線詢問器140經安置於核能反應器之一儀器套管4內。無線詢問器140經耦合至定位於核能反應器芯外部之一電子處理裝置200。
無線詢問器140包含一初級傳輸器142及一次級接收器144。被動組件110包含對應於無線詢問器140之初級傳輸器142之一初級接收器112及對應於無線詢問器140之次級接收器144之一次級傳輸器114。例如，初級傳輸器142經結構化以輸出一詢問信號且初級接收器112經結構化以接收詢問信號。再者，次級傳輸器114經結構化以輸出一回應信號且次級接收器144經結構化以接收回應信號。應理解，在無線詢問器140與被動組件110之間交換之詢問信號、回應信號或任何其他信號係無線信號，此係因為被動組件110被完全封閉於燃料棒2內且不具有至燃料棒2外部之任何組件之一有線連接。
被動組件110亦包含一線性可變差動變壓器(LVDT) 120。LVDT 120經結構化以感測與LVDT 120一起包含在燃料棒內之一芯130之直線運動。在一些實例實施例中，芯130經耦合使得其與燃料丸堆疊成直線移動以便感測燃料丸堆疊伸長率。在一些實例實施例中，芯130經耦合使得其基於燃料棒2內之壓力而直線地移動，例如藉由使用如先前所描述之波紋管來感測燃料壓力。在一些實例實施例中，芯130經耦合使得其係靜態的且其溫度隨著中心線燃料溫度而改變。例如，為了量測中心線燃料溫度，芯130可為靜態的，因為其不移動且沿著其長度具有變動磁導率。熱將自燃料丸堆疊沿芯130向上傳播，使得芯130之底部將比芯130之頂部熱。不同溫度將導致由LVDT 120之線圈輸出不同電壓，從而導致LVDT 120之一輸出類似於芯130已在LVDT 120中移動之情況。可自此輸出判定燃料之中心線溫度。
在所揭示概念之一些實例實施例中，芯130由鐵氧體材料組成。然而，將明白，在不脫離所揭示概念之範疇之情況下，芯130可由其他合適材料組成。
LVDT 120電連接至初級接收器112及次級傳輸器114。LVDT 120經結構化以自初級接收器112接收一激勵信號。為了產生激勵信號，電子處理裝置200將一信號提供至初級傳輸器142，從而致使初級傳輸器142輸出詢問信號。初級接收器112接收詢問信號，該詢問信號激勵初級接收器112且致使初級接收器112將激勵信號輸出至LVDT 120。
激勵信號致使LVDT 120產生指示芯130之位置之一輸出信號。例如，在一零位置處，其中芯130居中於LVDT 120內，LVDT 120之輸出信號將為約0 V。隨著芯130自零位置移動，輸出信號之電壓將線性地增加。輸出信號之一相位角指示芯130已相對於零位置移動之方向。LVDT 120經結構化以將輸出信號提供至次級傳輸器114。
自LVDT 120接收輸出信號致使次級傳輸器114輸出回應信號，該回應信號繼而由次級接收器144接收且經提供至電子處理裝置200。回應信號與LVDT 120之輸出信號成比例。因此，LVDT 120之輸出信號之電壓之任何增加或減少反映於回應信號中。類似地，LVDT 120之輸出信號之相位角反映於回應信號中。自回應信號，電子處理裝置200能夠判定芯130在LVDT 120內之位置。
LVDT 120能夠更準確地感測芯130之直線運動及位置。在一些實例實施例中，LVDT 120可在±2 μm內監測芯130之位置。
雖然圖3之實例實施例將無線詢問器140繪示為在儀器套管4內，但將明白，在不脫離所揭示概念之範疇之情況下，無線詢問器140可經安置於燃料棒2外部之其他位置處。
圖4係根據所揭示概念之一實例實施例之一感測器之一示意圖。圖4之感測器類似於圖3之感測器而操作。然而，圖4更詳細地繪示LVDT 120之一實例實施例。
例如，在圖4之實例實施例中，LVDT 120包含一初級線圈122、一第一次級線圈124及一第二次級線圈126。初級線圈122經安置於第一次級線圈124與第二次級線圈126之間。初級線圈122、第一次級線圈124及第二次級線圈126經對準，使得芯130能夠穿過所有其等。在圖3中，芯130經安置於其居中於LVDT 120中之零位置中。即，芯130之中心與初級線圈122之中心對準且相等長度之芯130延伸至第一次級線圈124及第二次級線圈126中。
第一次級線圈124及第二次級線圈126與初級線圈122相等地隔開。例如，第一次級線圈124之一端及第二初級線圈126之一端與初級線圈122之中心相等地隔開。初級線圈122電連接至初級接收器112之輸出，使得初級線圈122經結構化以自初級接收器112接收激勵信號。在一實例實施例中，第一次級線圈124及第二次級線圈126各具有最靠近初級線圈122之一第一端及最遠離初級線圈122之一第二端。第一次級線圈124之第一端電連接至LVDT 120之一輸出且第一次級線圈124之第二端電連接至第二次級線圈126之第一端。第二次級線圈126之第二端電連接至LVDT 120之輸出。然而，將明白，在不脫離所揭示概念之範疇之情況下，第一次級線圈124及第二次級線圈126之位置可互換。
當初級線圈122接收激勵信號時，初級線圈122在芯130中感應一電流，該電流接著由第一次級線圈124及第二次級線圈126感測。當芯130在零位置中時，如圖3中所展示，第一次級線圈124及第二次級線圈126之輸出彼此抵消，從而導致LVDT 120之輸出信號為0 V。隨著芯130自零位置移動，更多芯130將經安置於第一次級線圈124或第二次級線圈126之一者而非另一者內。此導致第一次級線圈124或第二次級線圈126之一者之輸出大於另一者之輸出，此係因為與另一者相較，第一次級線圈124及第二次級線圈126之一者中之芯130之更大長度將導致彼線圈中之一更大輸出。因此，LVDT 120之輸出將隨著芯130進一步移入第一次級線圈124及第二次級線圈126之一者中而線性地增加。再者，當芯130沿一個方向自零位置移動時，LVDT 120之輸出將具有一第一相位角且當芯130沿另一方向自零位置移動時，LVDT 120之輸出將具有一第二相位角。因此，LVDT 120之輸出信號之量值提供芯130已自零位置移動之距離之一指示且LVDT 120之輸出信號之相位角提供芯130已移動之方向之一指示。綜上所述，LVDT 120之輸出信號提供芯130之位置之一準確指示。
如在圖3中所展示之實施例中，LVDT 120之輸出信號經提供至次級傳輸器114。接收LVDT 120之輸出信號致使次級傳輸器114輸出與LVDT 120之輸出信號成比例之回應信號。回應信號由次級接收器144接收且經提供至電子處理裝置200。電子處理裝置200經結構化以解釋回應信號以判定芯130之位置。
在所揭示概念之一些實例實施例中，第一次級線圈124及第二次級線圈126係實質上類似的。即，其等具有一實質上類似的長度及數目之繞組且由實質上類似的材料組成。當第一次級線圈124及第二次級線圈126實質上類似時，其等輸出將在芯130處於零位置中時彼此抵消且LVDT 120之輸出將隨著芯130自零位移動而線性地增加。在不脫離所揭示概念之範疇之情況下，初級線圈122可或可不實質上類似於第一次級線圈124及第二次級線圈126。
在所揭示概念之一些實例實施例中，初級傳輸器142、初級接收器112、次級傳輸器114及次級接收器144係線圈。然而，將明白，在不脫離所揭示概念之範疇之情況下，可採用能夠無線地傳輸或接收信號之其他組件。
圖5A係根據所揭示概念之一實例實施例之LVDT 120之一俯視圖且圖5B係根據所揭示概念之一實例實施例之LVDT 120之一截面側視圖。在所揭示概念之一些實例實施例中，LVDT 120可具有一圓柱形形狀。然而，將明白，在不脫離所揭示概念之範疇之情況下，LVDT 120可具有不同形狀。
LVDT 120可包含如圖5A及圖5B中所展示之一殼體128。殼體128具有芯130可穿過之一中空中心。殼體128可包含分別容納初級線圈122、第一次級線圈124及第二次級線圈126之內部隔室。如先前已描述，初級線圈122經安置於第一次級線圈124與第二次級線圈126之間。
圖6係根據所揭示概念之一實例實施例之包含LVDT 120之燃料棒2之一簡化截面視圖。如圖6中所展示，芯130穿過LVDT 120。燃料丸堆疊中之燃料丸150經由諸如一柱塞之一長形構件152實體地耦合至芯130。以此方式，芯130結合燃料丸堆疊之膨脹或收縮而在LVDT 120內移動。
圖7係根據所揭示概念之一實例實施例之包含LVDT 120之燃料棒2之一簡化截面視圖。如圖7中所展示，芯130穿過LVDT120。芯130直接地或經由一中間構件156耦合至一波紋管154。波紋管154經結構化以回應於燃料棒2內之壓力增加而膨脹且回應於燃料棒2內之壓力降低而收縮。以此方式，芯130結合燃料棒2內之壓力之變化而在LVDT 120內移動。
將明白，在不脫離所揭示概念之範疇之情況下，亦可結合相對於圖2所描述之感測器系統而採用圖6及圖7中所展示之配置。
圖8係根據所揭示概念之一實例實施例之包含多個感測器之一系統之一示意圖。在圖8之實例實施例中，多個感測器緊鄰地安置。例如，多個無線詢問器140緊鄰於多個被動組件110而安置。在一些實例實施例中，無線詢問器140可輸出具有唯一頻率之詢問信號。即，一個無線詢問器140可輸出具有一第一頻率之一詢問信號且另一無線詢問器140可輸出具有一第二頻率之一詢問信號。無線詢問器140可各對應於一各自被動組件110。歸因於緊鄰度，一無線詢問器140可自一被動組件110接收其不對應之一回應信號。藉由詢問具有唯一頻率之信號，來自對應於無線詢問器140之被動組件110之回應信號將具有相同於詢問信號之唯一頻率。電子處理裝置200可具有一頻率濾波功能，使得其可針對詢問信號之唯一頻率進行濾波。因此，即使一無線詢問器140自被動組件110接收其不對應之回應信號，彼等回應信號亦可能歸因於其等不同頻率而被濾除。
圖9係根據所揭示概念之一實例實施例之感測燃料棒特性之一方法之一流程圖。可結合本文中或其他類似應用中所描述之所揭示概念之實施例而採用圖9之方法。
該方法在300處藉由提供安置於燃料棒外部之一無線詢問器而開始。無線詢問器可為結合所揭示概念之實施例所描述之無線詢問器140。該方法在302處藉由提供安置於燃料棒內之一被動感測器組件而繼續。被動感測器組件包含一LVDT，該LVDT包含一芯，該芯經耦合至燃料丸堆疊，使得該芯結合燃料丸堆疊之膨脹或收縮而移動。被動感測器組件可為結合所揭示概念之實施例所描述之被動感測器組件110。
該方法在304處以無線地將一詢問信號自無線詢問器輸出至被動感測器組件而繼續。詢問信號可例如由無線詢問器之一初級傳輸器輸出且例如由被動感測器組件之一初級接收器接收。該方法在306以回應於接收到詢問信號而將一激勵信號提供至LVDT而繼續。激勵信號可例如由被動感測器組件之初級接收器提供。
該方法在308處以自LVDT輸出指示該芯之一位置之一輸出信號而繼續。最後，在310處，該方法以無線地將與輸出信號成比例之回應信號自被動感測器組件輸出至無線詢問器而繼續。將明白，在不脫離所揭示概念之範疇之情況下，該方法可包含額外步驟，可修改該方法之步驟，或可重新配置該方法之步驟。
圖10係根據所揭示概念之一實例實施例之感測燃料棒特性之一方法之一流程圖。可結合本文中或其他類似應用中所描述之所揭示概念之實施例而採用圖10之方法。
該方法在400處藉由提供安置於燃料棒外部之一無線詢問器而開始。無線詢問器可為結合所揭示概念之實施例所描述之無線詢問器50。該方法在402處藉由提供安置於燃料棒內之一被動感測器組件而繼續。被動感測器組件可為結合所揭示概念之實施例所描述之被動感測器組件40且可包含其輸出受經感測參數影響之一感測傳輸器及其輸出不受經感測參數影響之一參考傳輸器。
該方法在404處以無線地將一詢問信號自無線詢問器輸出至被動感測器組件而繼續。該方法在406處以自被動感測器組件接收一參考信號而繼續且在408處以自被動感測器組件接收一感測信號而繼續。感測信號受經感測參數影響，而參考信號不受經感測參數影響。接著，該方法在410處以自感測信號減去參考信號而繼續。該減去消除溫度漂移及影響該系統內之全部組件之其他因素。將明白，在不脫離所揭示概念之範疇之情況下，該方法可包含額外步驟，可修改該方法之步驟，或可重新配置該方法之步驟。
雖然已詳細地描述本發明之特定實施例，但熟習此項技術者將明白，在不背離所揭示概念之範疇之情況下，可鑑於本發明之整體教示開發對彼等細節之各種修改及替代且一或多項實例實施例之選定元件可與來自其他實施例之一或多個元件組合。據此，所揭示之特定實施例意謂著僅係闡釋性的且不限制將被賦予隨附發明申請專利範圍以及其等之任何及全部等效物之全範圍之本發明之範疇。
2:燃料棒 4:儀器套管 10:被動感測器組件 12:電感器 14:電容器 20:無線詢問器 22:傳輸器 24:接收器 30:電子裝置 50:無線詢問器 52:傳輸器 54:參考接收器 56:感測接收器 60:被動組件 62:接收器 64:參考傳輸器 66:感測傳輸器 110:被動組件 112:初級接收器 114:次級傳輸器 120:線性可變差動變壓器(LVDT) 122:初級線圈 124:第一次級線圈 126:第二次級線圈 128:殼體 130:芯 140:無線詢問器 142:初級傳輸器 144:次級接收器 150:燃料丸 152:長形構件 154:波紋管 156:中間構件 200:電子處理裝置 300:步驟 302:步驟 304:步驟 306:步驟 308:步驟 310:步驟 400:步驟 402:步驟 404:步驟 406:步驟 408:步驟 410:步驟
當結合隨附圖式閱讀時，可自較佳實施例之以下描述獲得對本發明之一進一步理解，在隨附圖式中：
圖1係經設計以依有限敏感度監測中心線燃料溫度、燃料丸堆疊伸長率及內部燃料棒壓力之一感測器之一示意圖；
圖2係根據所揭示概念之一實例實施例之遞送增加的量測敏感度之一感測器系統之一示意圖；
圖3係根據所揭示概念之另一實例實施例之遞送增加的量測敏感度之一感測器系統之一示意圖；
圖4係根據所揭示概念之一實例實施例之一感測器系統之一示意圖；
圖5A係根據所揭示概念之一實例實施例之一線性可變差動變壓器之一俯視圖；
圖5B係根據所揭示概念之一實例實施例之圖5A之LVDT之一截面側視圖；
圖6係根據所揭示概念之一實例實施例之包含一LVDT之一燃料棒之一簡化截面視圖；
圖7係根據所揭示概念之另一實例實施例之包含一LVDT之一燃料棒之一簡化截面視圖；
圖8係根據所揭示概念之一實例實施例之包含多個感測器之一系統之一示意圖；
圖9係根據所揭示概念之一實例實施例之感測燃料棒特性之一方法之一流程圖；及
圖10係根據所揭示概念之一實例實施例之感測燃料棒特性之一方法之一流程圖。
2:燃料棒
4:儀器套管
50:無線詢問器
52:傳輸器
54:參考接收器
56:感測接收器
60:被動組件
62:接收器
64:參考傳輸器
66:感測傳輸器
130:芯
200:電子處理裝置

Claims (20)

  1. 一種用於包含一燃料丸堆疊之一燃料棒之感測器系統，該感測器系統包括： 一無線詢問器，其經安置於該燃料棒外部，該無線詢問器包括： 一傳輸器，其經結構化以無線地輸出一詢問信號； 一參考接收器；及 一感測接收器； 一被動感測器組件，其經安置於該燃料棒內，該被動感測器組件包括： 一接收器，其經結構化以接收該詢問信號且回應於接收到該詢問信號而輸出一激勵信號； 一參考傳輸器，其經結構化以回應於該激勵信號而將一參考信號輸出至該參考接收器； 一感測傳輸器，其經結構化以回應於該激勵信號而將一感測信號輸出至該感測接收器，其中該接收器、該參考傳輸器及該感測傳輸器串聯電連接；及 一芯，其至少部分地安置於該感測傳輸器內且經耦合以結合該燃料丸堆疊之膨脹或收縮而移動，基於該燃料棒內之壓力之變化而移動，或基於該燃料棒內之溫度變化而改變溫度。
  2. 如請求項1之感測器系統，其中該傳輸器、該參考接收器、該感測接收器、該接收器、該參考傳輸器及該感測傳輸器之至少一者係一電感器。
  3. 如請求項1之感測器系統，其進一步包括： 一長形構件，其經安置於該芯與該燃料丸堆疊之間，使得該芯結合該燃料丸堆疊之膨脹或收縮而移動， 其中該芯之該移動改變該感測信號。
  4. 如請求項1之感測器系統，其進一步包括： 一波紋管，其經耦合至該芯，使得該芯結合該燃料棒內之壓力之變化而移動， 其中該芯之該移動改變該感測信號。
  5. 如請求項1之感測器系統，其中該芯經耦合以基於該燃料棒內之溫度變化而改變溫度，其中該芯之該溫度之變化改變該芯之磁導率且改變該感測信號。
  6. 如請求項1之感測器系統，其進一步包括： 一電子處理裝置，其電連接至該無線詢問器且經結構化以接收由該感測接收器及該參考接收器接收之該感測信號及該參考信號，其中該電子處理裝置經結構化以判定該感測信號與該參考信號之間的一差異。
  7. 如請求項1之感測器系統，其中該芯係由鐵氧體材料組成。
  8. 如請求項1之感測器系統，其中該無線詢問器經安置於一儀器套管內。
  9. 一種用於包含一燃料丸堆疊之一燃料棒之感測器系統，該感測器系統包括： 一無線詢問器，其經安置於該燃料棒外部，該無線詢問器包括： 一初級傳輸器，其經結構化以無線地輸出一詢問信號；及 一次級接收器； 一被動感測器組件，其經安置於該燃料棒內，該被動感測器組件包括： 一初級接收器，其經結構化以接收該詢問信號且回應於接收到該詢問信號而輸出一激勵信號； 一線性可變差動變壓器(LVDT)，其包含一芯，該芯經耦合以結合該燃料丸堆疊之膨脹或收縮而移動，基於該燃料棒內之壓力之變化而移動，或基於該燃料棒內之溫度變化而改變溫度，其中該LVDT經結構化以接收該激勵信號且輸出指示該芯之一位置或一溫度之一輸出信號；及 一次級傳輸器，其經結構化以自該LVDT接收該輸出信號且將與該輸出信號成比例之一回應信號輸出至該次級接收器。
  10. 如請求項9之感測器系統，其進一步包括： 一長形構件，其經安置於該芯與該燃料丸堆疊之間，使得該芯結合該燃料丸堆疊之膨脹或收縮而移動， 其中該LVDT之該輸出信號指示該芯之該位置。
  11. 如請求項9之感測器系統，其進一步包括： 一波紋管，其經耦合至該芯，使得該芯結合該燃料棒內之壓力之變化而移動， 其中該LVDT之該輸出信號指示該芯之該溫度。
  12. 如請求項9之感測器系統，其中該芯經耦合以基於該燃料棒內之溫度變化而改變溫度，其中該芯之該溫度之變化改變該芯之磁導率，且其中該LVDT之該輸出信號指示該芯之該溫度。
  13. 如請求項9之感測器系統，其中該LVDT包含一初級線圈、一第一次級線圈及一第二次級線圈，其中該初級線圈電連接至該初級接收器且經安置於該第一次級線圈與該第二次級線圈之間。
  14. 如請求項13之感測器系統，其中該第一次級線圈及該第二次級線圈係實質上類似的。
  15. 如請求項13之感測器系統，其中該第一次級線圈及該第二次級線圈各具有最靠近該初級線圈之一第一端及最遠離該初級線圈之一第二端， 其中該第一次級線圈之該第一端電連接至該LVDT之一輸出且該第一次級線圈之該第二端電連接至該第二次級線圈之該第一端，且 其中該第二次級線圈之該第二端電連接至該LVDT之該輸出。
  16. 如請求項9之感測器系統，其中該初級傳輸器、該初級接收器、該次級傳輸器及該次級接收器之至少一者係電感器。
  17. 如請求項9之感測器系統，其中該芯係由鐵氧體材料組成。
  18. 如請求項9之感測器系統，其中該無線詢問器經安置於一儀器套管內。
  19. 如請求項9之感測器系統，其進一步包括： 一電子處理裝置，其電連接至該無線詢問器且經結構化以將經結構化以致使該初級傳輸器輸出該詢問信號之一輸入信號提供至該初級傳輸器， 其中該電子處理裝置經結構化以自該無線詢問器接收該回應信號且基於該回應信號而判定該芯之一位置或溫度。
  20. 如請求項9之感測器系統，其中該LVDT具有帶有一中空芯之一實質上圓柱形的形狀，且 其中該芯經結構化以能夠穿過該中空芯。
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