[发明专利]用于球床式高温气冷堆的外装式过球检测方法与装置

说明书

技术领域：

本发明属于高温气冷堆燃料元件检测技术领域。 

背景技术：

合理发展核能是缓解世界能源危机的一种经济有效的途径。球床式高温气冷堆是一种先进的“第四代核反应堆型”，具有发电效率高，固有安全性好，能够在不停堆的情况下进行燃料装卸等优点，受到许多国家的高度重视。世界上已建成的球床式高温气冷堆有德国AVR堆和THTR堆、中国的HTR-10高温气冷实验堆，还有正在建设中的南非PBMR堆和我国的200MW示范堆。 

目前在球床堆上使用的燃料元件检测装置有以下几种(均基于石墨导体对线圈感抗的影响原理)。 

一是内装式：在不锈钢过球管道内预装检测线圈，燃料球通过时线圈的感抗会发生变化，通过检测线圈感抗的变化来得到过球信号，德国的AVR堆、THTR堆、我国的HTR-10高温气冷实验堆和在建中的南非PBMR堆采用的就是这种装置。二是侧壁打孔安装式：在不锈钢过球管道侧壁打孔，在孔内安装检测线圈，这种装置类似于电磁式接近开关，德国曾采用这种传感器进行过200MW模块堆装卸料系统的设计。 

以上两种传感器的安装都破坏了过球管道的完整性，传感器结构和安装方式必须保证过球管道的高压气密性，因此传感器结构复杂，安装困难。传感器出现故障后，维修和更换传感器必须拆卸过球管道，施工时间长，容易造成辐射污染，影响反应堆的可利用性。传感器线圈、骨架和其它附件直接与放射性燃料球接触，对整个检测传感器材料的抗辐射性要求很高，影响了传感器的使用寿命。 

清华大学机械系与核能研究院已经研制完成了一种外装式过球检测装置(专利号：CN200510136309.4)，该装置包括两组共6个线圈，线圈呈半圆包附于过球管道外侧，基于激励线圈、检测线圈和燃料球之间的互感作用完成过球检测。由于过球管道金属壁的屏蔽，有效的过球信号非常微弱，必须进行复杂的信号分析和处理，才能实现可靠的过球计数。此法解决了前述两种形式传感器的缺点，但尚存在以下不足： 

(1)外包附式设计的互感式传感器结构特殊，包括内凹式绕制的两组检测线圈和一组宽大的激励线圈，绕制内凹式线圈的工艺复杂，传感器制作难度较大； 

(2)检测电路获得的信号十分微弱，后续信号处理电路的放大倍数高，容易引入干扰噪声，影响系统稳定性。 

(3)由于干扰波形明显，需增加单片机程序复杂度以提高其波形识别能力，程序结构复杂对软件的可靠性不利。 

发明内容：

本发明提出的新型过球检测系统用于对装料管道、卸料管道和乏燃料管道中的以石墨为基体的燃料球进行准确检测和计数，并为控制系统提供准确的各种过球信息，从而在不停堆的情况下实现燃料元件装卸的有效控制，以保证球床式高温气冷堆的连续运行。 

本发明的特征在于，含有以下步骤： 

1)谐振电桥检测电路中的两个自感线圈感应到有球经过，输出正弦交流电压ΔU； 

2)信号处理电路将正弦交流电压ΔU依次进行放大、整流、滤波后，提取过球波形U_O，过球波形U_O经过比较器后输出波峰脉冲U_P1和波谷脉冲U_P2； 

3)所述过球波形U_O、波峰脉冲U_P1和波谷脉冲U_P2输入到单片机，单片机判断是否有球经过，如有球经过，则通知上级控制系统； 

所述单片机按照下述条件判断是否有球经过： 

条件(1)，波形完整性判断：过球波形U_O经比较器后产生的相邻脉冲需包含波峰脉冲U_P1和波谷脉冲U_P2； 

条件(2)，波形连续性判断：对于过球波形U_O相邻的波峰与波谷极值的时间差ΔT，若ΔT大于波峰脉宽TD1，或ΔT大于波谷脉宽TD2，则波峰和波谷不满足连续性要求；反之，则满足连续性要求；所述波峰脉宽TD1，由过球波形Uo的波峰的幅度域值Uth1决定；所述波谷脉宽TD2由过球波形Uo的波谷的幅度域值Uth2决定； 

条件(3)，波形对称性判断：过球波形U_O的双方向波形的宽度具有相似性，即波峰脉宽TD1与波谷脉宽TD2相差25％以内表明波形具有对称性； 

当上述条件(1)～(3)同时满足时，可判断为有球通过；当有球通过，则条件(1)～(3)全部复位； 

上述条件中，