[发明专利]一种核动力波动管温度监测光纤传感系统及其监测方法

说明书

本发明公开了一种核动力波动管温度监测光纤传感系统，包括依次连接的测温光纤、解调仪和计算机；测温光纤沿波动管表面布置为回路形式，且测温光纤两端分别与解调仪中的光开关两端连接，光开关通过切换使光分别从顺时针和逆时针方向进入测温光纤，计算机对顺时针方向和逆时针方向的后向拉曼散射光强度比值进行几何平均值计算从而得到所述波动管表面的实时温度。本发明采用测温光纤就能实现波动管管道温度的实时连续测量，有效监测整条波动管温度分层现象。光纤传感器抗电磁干扰、小型化、不带电、本质安全；采用耐辐照耐高温特种光纤，在核电厂应用中具有较高的可靠性；校准了光纤传感在辐照场中的测温误差，有效提高了测量精度。

技术领域

本发明涉及核动力装置反应堆冷却剂系统过程参数测量领域，具体涉及一种核动力波动管温度监测光纤传感系统及其监测方法。

背景技术

在核动力装置中，波动管连接反应堆主管道热段和稳压器，是稳压器控制一回路系统压力的主要传输通道。在反应堆运行过程中，稳压器和主管道热段内冷却剂有显著温差，来自主管道热段的流体温度低、密度大，占据波动管下部，来自稳压器的流体温度高、密度小，占据波动管上部。由于波动管有一段近似水平的管段，并且波动管内冷却剂流动速度低，冷却剂仅依靠自然对流作用交换热量，不同温度的冷却剂得不到充分混合，进而产生较大的温差以致形成热分层，波动管内冷却剂温度分层又会引起管壁温度分层，在波动管径向和轴向产生总体弯曲热应力和局部热应力，威胁其结构完整性。

目前，波动管温度分层现象采用安装在波动管表面的铂电阻温度计来测量。这种测量方式存在的缺点是温度计只能实现单点测量，而热分层却分布在整条波动管上，因而无法全面监测，若布置较多的温度计，系统的复杂性和成本又会相应增加，并且保温层被破坏，系统的保温效果也会变差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术对整条波动管进行全面监测时，布置较多的温度计，增了系统的复杂性和成本，也对保温层产生破坏，影响到系统的保温性能，目的在于提供一种核动力波动管温度监测光纤传感系统及其监测方法，解决了在不破坏保温层的情况下，以低成本的简单结构，对整条波动管全面实时监测的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

第一种实现方法，一种核动力波动管温度监测光纤传感系统，包括依次连接的测温光纤、解调仪和计算机；所述测温光纤沿波动管表面布置为回路形式，且测温光纤两端分别与所述解调仪中的光开关两端连接，所述光开关通过切换使光分别从顺时针和逆时针方向进入测温光纤，所述计算机对顺时针方向和逆时针方向的后向拉曼散射光强度比值进行几何平均值计算从而得到所述波动管表面的实时温度。

本发明在波动管表面将测温光纤布置为回路形式，通过计算测温光纤中顺时针方向和逆时针方向的后向拉曼散射光强度比值的几何平均值，来推算波动管表面的实时温度。本发明采用的测温光纤具有耐高温耐辐照的特点，且将其布置在波动管表面，既不会对波动管产生破坏，又能实时监测整条波动管的温度，以简单结构低成本实现波动管的实时监测。且本发明的光回路方向包括顺时针和逆时针两个回路方向，充分消除了反斯托克斯光和斯托克斯光在辐照环境下的损耗系数不同对测温精度造成的影响，使测得的波动管表面温度更加准确，更贴近于波动管的实际动态温度。

进一步的，所述光开关为1×2光开关，所述1×2光开关在计算机的控制下使光分别沿顺时针和逆时针方向进入测温光纤。

进一步的，所述测温光纤为一根，所述光开关按时序进行切换，使光分别从顺时针和逆时针方向进入测温光纤。

进一步的，所述测温光纤为两根，所述光开关同时使光分别从顺时针方向进入一根测温光纤，从逆时针方向进入另一根测温光纤。

进一步的，所述测温光纤采用耐辐照耐高温特种多模光纤。

进一步的，所述多模光纤的纤芯为纯二氧化硅，包层为掺氟二氧化硅。

进一步的，所述多模光纤的涂层为金属材质。