專利名稱:一種基于線圈自感原理的控制棒棒位測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于反應(yīng)堆測控技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種反應(yīng)堆控制棒的棒位測量系統(tǒng)，尤其涉及一種基于線圈自感原理工作的傳感器的反應(yīng)堆控制棒棒位測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
控制棒及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是保證反應(yīng)堆安全運(yùn)行的重要裝置。正常工況下，通過調(diào)節(jié)控制棒棒位，可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆的正常啟動(dòng)與停閉，使反應(yīng)堆在給定的功率水平運(yùn)行或進(jìn)行反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)；在事故工況下，通過快速插入控制棒來降低堆芯反應(yīng)性，從而實(shí)現(xiàn)緊急停堆。棒位測量系統(tǒng)是該裝置中最重要的系統(tǒng)之一，其可靠性與安全性關(guān)系到整個(gè)反應(yīng)堆的正常運(yùn)行與安全。
目前在大多數(shù)反應(yīng)堆中使用反應(yīng)堆控制棒棒位測量系統(tǒng)主要包括角度式，超聲式，電渦流式和電感式等幾種。
角度式的控制棒棒位測量系統(tǒng)是將控制棒在堆芯中的移動(dòng)距離轉(zhuǎn)換為角度信號(hào)，然后利用自整角機(jī)(自動(dòng)同步接收機(jī))對此角度信號(hào)加以測量。這種測量方法存在的問題是1、系統(tǒng)的響應(yīng)速度較慢；2、系統(tǒng)加工精度要求高，互換性差；3、系統(tǒng)校驗(yàn)和標(biāo)定困難。
超聲式的控制棒棒位測量系統(tǒng)是在控制棒孔道內(nèi)底部安裝超聲波發(fā)生器和傳感器，使用超聲波傳感器接收超聲波發(fā)生器發(fā)出的超聲波信號(hào)在控制棒底部產(chǎn)生的反射信號(hào)，通過計(jì)算反射信號(hào)與發(fā)射信號(hào)的時(shí)差得到控制棒位置。如中國專利90100692.0-“反應(yīng)堆控制棒超聲波棒位測量系統(tǒng)”和93102729.2-“自校正式超聲波測量液位裝置”屬于這種類型的棒位測量裝置。這種測量方法存在的問題是1、在沸水型反應(yīng)堆以及堆內(nèi)產(chǎn)生氣泡的反應(yīng)堆事故狀態(tài)下不能工作；2、使用這種方法測得的控制棒位置是與壓力殼的相對位置，對系統(tǒng)安裝要求高。
電渦流式的控制棒棒位測量系統(tǒng)在控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的主動(dòng)軸上安裝一支精密絲杠并用其帶動(dòng)一個(gè)位置測量板移動(dòng)，由電渦流傳感器測出位置測量板與固定的位置參考板之間的距離而得到控制棒的位置信息。這種測量方法存在的問題是1、屬于間接測量方法，不能直徑測量控制棒所在位置；2、測量裝置體積較大。
電感式的控制棒棒位測量系統(tǒng)是將由導(dǎo)磁材料組成的測量芯棒連接在控制棒一端并與控制棒同步運(yùn)動(dòng)；測量芯棒在一根空心孔道內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，初級激勵(lì)線圈和測量次級線圈套裝在空心孔道外部，當(dāng)測量芯棒在線圈內(nèi)部運(yùn)動(dòng)時(shí)，改變電感線圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度使測量次級線圈輸出信號(hào)幅度發(fā)生變化。如中國專利85108640-“數(shù)字式棒位探測系統(tǒng)”。這種棒位測量方法存在的問題是傳感器引線較多，連接復(fù)雜。雖然在本申請人1992年6月4日申請的中國專利92103620.5-“自編碼數(shù)字式棒位測量系統(tǒng)”和1995年10月6日申請的中國專利95116462.9-“地址碼反應(yīng)堆控制棒棒位測量系統(tǒng)”中對于線圈結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。仍然存在以下問題1、體積較大；2、由于使用一個(gè)獨(dú)立的初級激勵(lì)線圈，線圈功率較大，一旦線圈發(fā)生損傷，測量系統(tǒng)完全失效。3、各線圈的工藝一致性要求使得制造工藝要求高，加工制作難度大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有電感式棒位測量系統(tǒng)中傳感器體積較大，制作難度大，初級線圈損傷會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)整體失效的問題，本發(fā)明提供了一種基于線圈自感原理的控制棒棒位測量系統(tǒng)包括由一組用于位置測量的自感測量線圈及其輔助信號(hào)電路組成的棒位測量傳感器，所述各自感測量線圈各自獨(dú)立，分別對應(yīng)各自的輔助信號(hào)電路；由自感參比線圈及其輔助信號(hào)電路組成的參比信號(hào)傳感器，所述自感參比線圈及其輔助信號(hào)電路與所述棒位測量傳感器的自感測量線圈及其輔助信號(hào)電路結(jié)構(gòu)相同，以產(chǎn)生參比信號(hào)；一根與控制棒相連接的由導(dǎo)磁材料與非導(dǎo)磁材料間隔排列組成的測量芯棒，在所述自感測量線圈內(nèi)部運(yùn)動(dòng)；以及裝配有A/D轉(zhuǎn)換裝置的信息處理設(shè)備，它采集棒位測量傳感器和參比信號(hào)傳感器輸出的與自感電壓具有線性關(guān)系變化的直流信號(hào)，進(jìn)行分析處理。
本發(fā)明所述棒位測量傳感器采用測量自感測量線圈自感電壓變化原理工作，激勵(lì)線圈與測量線圈合二為一。
本發(fā)明所述輔助信號(hào)電路包括產(chǎn)生各自感測量線圈或參比測量線圈所用激勵(lì)信號(hào)的發(fā)生電路和放大電路，以及用于測量自感測量線圈或參比測量線圈的自感電壓的自感電壓測量電路。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果由于本發(fā)明的棒位測量系統(tǒng)中使用了利用自感原理工作的電感式傳感器進(jìn)行控制棒棒位測量，去除了體積較大的初級激勵(lì)線圈，因而使得整個(gè)測量系統(tǒng)的體積大為減小。由于各個(gè)電感式傳感器的獨(dú)立性，某一個(gè)傳感器損傷后不影響其它傳感器工作，在一定的條件下可以保證維持傳感器輸出正確的棒位信號(hào)。每個(gè)線圈獨(dú)立激勵(lì)，可以使用較小的功率進(jìn)行工作，從而減小了導(dǎo)線安裝難度。與其它形式的電感式傳感器相比，引線較少。使用了參比線圈，去除了溫度等環(huán)境因素對傳感器信號(hào)的影響，制作更容易。



圖1是基于線圈自感原理的控制棒棒位測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是基于線圈自感原理的控制棒棒位測量系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
如圖1所示，本發(fā)明提供了一種基于線圈自感原理的控制棒棒位測量系統(tǒng)，包括由一組用于位置測量的自感測量線圈1及其輔助信號(hào)電路組成的棒位測量傳感器，所述各自感測量線圈各自獨(dú)立，分別對應(yīng)各自的輔助信號(hào)電路；由自感參比線圈2及其輔助信號(hào)電路組成的參比信號(hào)傳感器，所述自感參比線圈及其輔助信號(hào)電路與所述棒位測量傳感器的自感測量線圈及其輔助信號(hào)電路結(jié)構(gòu)相同，以產(chǎn)生參比信號(hào)；一根與控制棒相連接的由導(dǎo)磁材料與非導(dǎo)磁材料間隔排列組成的測量芯棒3，在所述自感測量線圈內(nèi)部運(yùn)動(dòng)；裝配有A/D轉(zhuǎn)換裝置的信息處理設(shè)備7，它采集棒位測量傳感器和參比信號(hào)傳感器輸出的與自感電壓具有線性關(guān)系變化的直流信號(hào)，進(jìn)行分析處理。為了顯示結(jié)果，還可以連接顯示輸出設(shè)備8。
棒位測量傳感器采用測量自感測量線圈自感電壓變化原理工作，激勵(lì)線圈與測量線圈合二為一。輔助信號(hào)電路包括產(chǎn)生各自感測量線圈1或參比測量線圈2所用激勵(lì)信號(hào)的發(fā)生電路4和放大電路5，以及用于測量自感測量線圈1或參比測量線圈2的自感電壓的自感電壓測量電路6。棒位測量傳感器中所有的自感測量線圈1安裝于測量芯棒3運(yùn)動(dòng)行程內(nèi)。自感參比線圈2安裝在測量芯棒3運(yùn)動(dòng)行程之外。
圖2顯示了基于線圈自感原理的控制棒棒位測量系統(tǒng)的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，在該實(shí)施例中，所述棒位測量系統(tǒng)共使用了三個(gè)等間隔布置的自感測量線圈1，自感測量線圈2的間隔為2倍控制棒步距；測量芯棒3是由三段導(dǎo)磁及非導(dǎo)磁材料組成的，兩端布置的是非導(dǎo)磁材料部分，中間布置的是導(dǎo)磁材料部分，三段材料等長，且均為3倍控制棒步距。
在該實(shí)施例中，激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路4采用PCI-MIO-16XE-10型多功能信號(hào)采集/輸出板的DIO端口產(chǎn)生固定頻率的交流信號(hào)，激勵(lì)信號(hào)放大電路5采用由9013型和9012型晶體管組成的OTL互補(bǔ)對稱功率放大電路，自感電壓測量電路6采用AM-T-ACU5型交流信號(hào)幅度測量模塊。激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路4的兩個(gè)輸出端連接到各個(gè)激勵(lì)信號(hào)放大電路5的兩個(gè)輸入端，激勵(lì)信號(hào)放大電路5的兩個(gè)輸出端直接連接到自感測量線圈2或者參比測量線圈3的兩個(gè)接頭處，自感電壓測量電路6的兩個(gè)自感電壓輸入接頭并聯(lián)在自感測量線圈2或者參比測量線圈3的兩個(gè)接頭處。
由于本實(shí)施例中使用多功能信號(hào)采集/輸出板的DIO端口產(chǎn)生固定頻率的交流信號(hào)，因此棒位測量系統(tǒng)可以根據(jù)環(huán)境需要適應(yīng)環(huán)境情況自行調(diào)節(jié)激勵(lì)信號(hào)的幅度和頻率。
本實(shí)施例中的A/D轉(zhuǎn)換裝置采用PCI-MIO-16XE-10型多功能信號(hào)采集/輸出板的模擬量采集通道。信息處理設(shè)備使用PC計(jì)算機(jī)。
上述實(shí)施例中的舉例僅是說明性的，而非限制性的，在實(shí)際使用中根據(jù)具體的使用要求，自感測量線圈的個(gè)數(shù)和位置可以自由調(diào)節(jié)，測量芯棒的材料段數(shù)及布置方式可根據(jù)線圈布置做相應(yīng)的修改，輔助信號(hào)電路也可以根據(jù)需要更換具有相同功能的其它形式電路，A/D轉(zhuǎn)換裝置還可以根據(jù)具體需要選用PXI-MIO-16XE-10等其它A/D轉(zhuǎn)換裝置，信息處理設(shè)備可以使用PLC、嵌入式控制器等。
本發(fā)明所述棒位測量系統(tǒng)的工作原理如下與控制棒連接的測量芯棒3與控制棒同步自下向上移動(dòng)，測量芯棒3在自感測量線圈1A、自感測量線圈1B和自感測量線圈1C內(nèi)部運(yùn)動(dòng)。
激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路4產(chǎn)生的固定頻率的交流信號(hào)，經(jīng)激勵(lì)信號(hào)放大電路5放大后，送入自感測量線圈2或者參比測量線圈3，自感電壓測量電路6將測量到的自感電壓轉(zhuǎn)換為一個(gè)與自感電壓幅度具有線性變化關(guān)系的直流輸出信號(hào)輸出。
當(dāng)測量芯棒3的導(dǎo)磁材料部分進(jìn)入自感測量線圈1內(nèi)部時(shí)，由于材料磁導(dǎo)率較非導(dǎo)磁材料部分大，在自感測量線圈1上感應(yīng)得到一個(gè)較大的自感電壓值，自感電壓測量電路6輸出信號(hào)U；而當(dāng)測量芯棒3的非導(dǎo)磁材料部分進(jìn)入自感測量線圈1內(nèi)部時(shí)，由于材料磁導(dǎo)率較導(dǎo)磁材料部分小，在自感測量線圈1上感應(yīng)得到一個(gè)明顯小于U的自感電壓值，自感電壓測量電路6輸出信號(hào)V。由于參比測量線圈2始終位于測量芯棒3的行程之外，且其內(nèi)部為空或者放置一個(gè)與測量芯棒3的非導(dǎo)磁部分相同結(jié)構(gòu)的參比芯棒9，其自感電壓大小接近測量芯棒3的非導(dǎo)磁部分進(jìn)入自感測量線圈1時(shí)自感測量線圈1上感應(yīng)的自感電壓，其自感電壓測量電路6輸出接近輸出信號(hào)V的輸出信號(hào)V0。
則當(dāng)測量芯棒3與控制棒共同由自感測量線圈1下方向上方運(yùn)動(dòng)時(shí)，三個(gè)自感測量線圈1與參比測量線圈2上在控制棒每一步運(yùn)動(dòng)后自感電壓測量電路6輸出信號(hào)變化如表1。由表中數(shù)據(jù)顯示，控制棒運(yùn)動(dòng)各步對應(yīng)的自感測量線圈1A、自感測量線圈1B和自感測量線圈1C，與參比測量線圈2的輸出信號(hào)之差的組合形式唯一，各步對應(yīng)輸出信號(hào)組合沒有重復(fù)，可以用來表示控制棒運(yùn)動(dòng)步數(shù)，即控制棒位置。使用A/D轉(zhuǎn)換裝置采集表示各個(gè)自感測量線圈1和參比測量線圈2的自感電壓大小的直流信號(hào)并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字值，將對應(yīng)三個(gè)自感測量線圈1的數(shù)字值與對應(yīng)參比測量線圈2的數(shù)字值相減，并與1/2(U-V0)值進(jìn)行比較，數(shù)字值大于1/2(U-V0)的狀態(tài)計(jì)為二進(jìn)制狀態(tài)1，反之計(jì)為二進(jìn)制狀態(tài)0，得到如表1所示自感測量線圈1A、自感測量線圈1B和自感測量線圈1C的狀態(tài)值。存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的程序?qū)⑸鲜鰻顟B(tài)值與計(jì)算機(jī)中預(yù)先存儲(chǔ)的“線圈狀態(tài)值組合與控制棒步數(shù)關(guān)系表”比較后，可以得到目前控制棒所在步數(shù)值，即控制棒位置。計(jì)算機(jī)還可以將得到的控制棒步數(shù)值輸送至顯示輸出設(shè)備8(如顯示器)中，展示控制棒棒位測量結(jié)果。
表1


上述實(shí)施例的表中僅給出了一種自感測量線圈和測量芯棒等間隔排列情況下的狀態(tài)組合方法，另外也可以根據(jù)需要采用如中國專利95116462.9-“地址碼反應(yīng)堆控制棒棒位測量系統(tǒng)”中提到的地址碼編碼方案及其相應(yīng)的自感測量線圈布置方式和測量芯棒結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種基于線圈自感原理的控制棒棒位測量系統(tǒng)，其特征在于，所述棒位測量系統(tǒng)包括由一組用于位置測量的自感測量線圈及其輔助信號(hào)電路組成的棒位測量傳感器，所述各自感測量線圈各自獨(dú)立，分別對應(yīng)各自的輔助信號(hào)電路；由自感參比線圈及其輔助信號(hào)電路組成的參比信號(hào)傳感器，所述自感參比線圈及其輔助信號(hào)電路與所述棒位測量傳感器的自感測量線圈及其輔助信號(hào)電路結(jié)構(gòu)相同，以產(chǎn)生參比信號(hào)；一根與控制棒相連接的由導(dǎo)磁材料與非導(dǎo)磁材料間隔排列組成的測量芯棒，在所述自感測量線圈內(nèi)部運(yùn)動(dòng)；以及裝配有A/D轉(zhuǎn)換裝置的信息處理設(shè)備，它采集棒位測量傳感器和參比信號(hào)傳感器輸出的與自感電壓具有線性關(guān)系變化的直流信號(hào)，進(jìn)行分析處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的基于線圈自感原理的控制棒棒位測量系統(tǒng)，其特征在于所述棒位測量傳感器采用測量自感測量線圈自感電壓變化原理工作，激勵(lì)線圈與測量線圈合二為一。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的基于線圈自感原理的控制棒棒位測量系統(tǒng)，其特征在于所述輔助信號(hào)電路包括產(chǎn)生各自感測量線圈或參比測量線圈所用激勵(lì)信號(hào)的發(fā)生電路和放大電路，以及用于測量自感測量線圈或參比測量線圈的自感電壓的自感電壓測量電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的基于線圈自感原理的控制棒棒位測量系統(tǒng)，其特征在于所述棒位測量傳感器中所有的自感測量線圈安裝于測量芯棒運(yùn)動(dòng)行程內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的基于線圈自感原理的控制棒棒位測量系統(tǒng)，其特征在于所述自感參比線圈安裝在測量芯棒運(yùn)動(dòng)行程之外。
專利摘要
一種基于線圈自感原理的控制棒棒位測量系統(tǒng)，屬于反應(yīng)堆測控技術(shù)領(lǐng)域：
。為解決現(xiàn)有電感式棒位測量系統(tǒng)中傳感器體積較大，制作難度大，初級線圈損傷會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)整體失效的問題，本發(fā)明提供了一種基于線圈自感原理的控制棒棒位測量系統(tǒng)包括棒位測量傳感器、參比信號(hào)傳感器、一根與控制棒相連接的由導(dǎo)磁材料與非導(dǎo)磁材料間隔排列組成的測量芯棒，以及裝配有A/D轉(zhuǎn)換裝置的信息處理設(shè)備，所述信息處理設(shè)備采集棒位測量傳感器和參比信號(hào)傳感器輸出的與自感電壓具有線性關(guān)系變化的直流信號(hào)，進(jìn)行分析處理。本發(fā)明體積小，安裝維護(hù)簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，為反應(yīng)堆的控制與安全運(yùn)行提供了保障。
文檔編號(hào)G21C17/10GKCN1808629SQ200510011225
公開日2006年7月26日 申請日期2005年1月21日
發(fā)明者李勝強(qiáng), 張佑杰, 李德重, 楊念祖, 劉志勇, 楊星團(tuán) 申請人:清華大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan