本發(fā)明屬于核電檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種核電站乏燃料水池溫度測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、核電站中的乏燃料水池是用于貯存乏燃料的設(shè)施，其主要目的是安全、有效地暫時(shí)存放高放射性的乏燃料，直至其放射性水平通過(guò)自然衰變降至一個(gè)相對(duì)安全的水平，從而可正常運(yùn)輸。

2、乏燃料池通常設(shè)置在燃料廠房?jī)?nèi)，有的核電廠甚至將乏燃料池和換料水池都設(shè)置在安全殼內(nèi)。這些水池內(nèi)裝有一定濃度的含硼酸水。同時(shí)，水池中裝有冷卻系統(tǒng)，用于帶走乏燃料產(chǎn)生的衰變熱。

3、由于燃料棒存在余熱，這就造成了乏燃料池水體溫度的不斷變化，對(duì)燃料棒的無(wú)損檢測(cè)有很大的影響，對(duì)于射線檢測(cè)，水體溫度的變化可能會(huì)影響射線的傳播特性，比如水的密度變化可能會(huì)影響射線的衰減程度，從而影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。對(duì)于超聲檢測(cè)，超聲波在水中的傳播速度受水溫的影響，水溫變化會(huì)導(dǎo)致超聲波的傳播速度發(fā)生變化，從而影響檢測(cè)結(jié)果。對(duì)于渦流檢測(cè)，水溫變化會(huì)導(dǎo)致水體的電導(dǎo)率或介電常數(shù)發(fā)生變化，會(huì)間接影響渦流檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

4、因此，水體溫度對(duì)乏燃料池中的無(wú)損檢測(cè)方法具有顯著影響。為了確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，需要在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中充分考慮水溫因素，因此乏燃料池溫度的測(cè)量就顯得尤為重要。

5、目前，主流的溫度測(cè)量方式是使用測(cè)溫槍進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)溫，這種方式的弊端十分明顯，由于乏燃料池的環(huán)境復(fù)雜多變，如水面波動(dòng)、蒸汽、煙塵等都可能干擾紅外輻射的傳輸，從而影響測(cè)溫槍的測(cè)量精度。同時(shí)測(cè)溫槍主要用于測(cè)量物體表面的溫度，對(duì)于水體內(nèi)部的溫度分布無(wú)法直接測(cè)量，并且，由于燃料棒存在余熱，所以乏燃料池水體的溫度是不斷變化的，這對(duì)測(cè)溫槍的準(zhǔn)確性也造成了一定影響。

6、除了使用測(cè)溫槍，目前還有其他的技術(shù)應(yīng)用于該領(lǐng)域。專利cn104575640a公開(kāi)了一種乏燃料水池液位及溫度測(cè)量裝置，該裝置主要由rtd連續(xù)液位傳感器、差分熱電偶離散液位傳感器和熱電偶溫度傳感器組成，通過(guò)熱電偶溫度傳感器可實(shí)現(xiàn)乏燃料池水體溫度的測(cè)量，但該裝置無(wú)法做到任意位置溫度的測(cè)量，只能定點(diǎn)測(cè)量。

7、專利cn207472386u公開(kāi)了一種乏燃料水池水位和溫度測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括安裝支架，激光測(cè)距儀，紅外測(cè)溫儀，導(dǎo)管和本地顯示器，主要測(cè)溫手段是利用紅外測(cè)溫儀，這種方式與測(cè)溫槍原理一致，存在的弊端同樣是因乏燃料池環(huán)境復(fù)雜，存在熱擾動(dòng)，且無(wú)法測(cè)量深水溫度。

8、專利cn213932895u公開(kāi)了一種利用導(dǎo)波技術(shù)，通過(guò)使用特殊材料，使得超聲測(cè)溫裝置可以在強(qiáng)氧化環(huán)境下使用，但該種方式由于采用的介質(zhì)不同，導(dǎo)致其計(jì)算出的時(shí)間差與超聲波在單一介質(zhì)中的實(shí)際時(shí)間差存在差異，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果存在偏差。且該種裝置并不適用于核電站的強(qiáng)輻照環(huán)境。

9、針對(duì)上述專利的不足，本發(fā)明專利創(chuàng)新的將超聲測(cè)溫技術(shù)運(yùn)用于乏燃料池水體溫度的監(jiān)測(cè)，作為一種非接觸式的溫度監(jiān)測(cè)方法，該技術(shù)近年來(lái)在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。它基于超聲波在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)溫度之間的特定關(guān)系，通過(guò)測(cè)量超聲波的傳播速度來(lái)推算出溫度的變化。

10、超聲測(cè)溫技術(shù)的核心原理在于超聲波在傳播過(guò)程中受到介質(zhì)物理性質(zhì)的影響，其中溫度是一個(gè)重要的因素。當(dāng)介質(zhì)溫度發(fā)生變化時(shí)，介質(zhì)內(nèi)部分子的熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也會(huì)隨之改變，進(jìn)而影響到超聲波的傳播速度。根據(jù)聲學(xué)理論，超聲波的傳播速度與介質(zhì)的密度、彈性模量等參數(shù)密切相關(guān)，而這些參數(shù)又與溫度具有確定的函數(shù)關(guān)系。因此，通過(guò)測(cè)量超聲波的傳播速度，可以間接推算出介質(zhì)的溫度。

11、超聲測(cè)溫技術(shù)具有其獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)，可做到非接觸性測(cè)量，超聲測(cè)溫技術(shù)無(wú)需與被測(cè)物體直接接觸，避免了因接觸造成的熱傳導(dǎo)誤差，同時(shí)也適用于高溫、腐蝕性等惡劣環(huán)境下的測(cè)量?？勺龅綄?shí)時(shí)性：該技術(shù)能夠快速響應(yīng)溫度變化，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、連續(xù)的測(cè)溫，為動(dòng)態(tài)過(guò)程監(jiān)測(cè)提供了可能。具有很強(qiáng)的穿透性：超聲波能夠穿透固體、液體甚至氣體，對(duì)難以直接測(cè)量的內(nèi)部溫度場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

12、從上述技術(shù)特點(diǎn)，不難發(fā)現(xiàn)超聲測(cè)溫技術(shù)相較于其他測(cè)溫技術(shù)，具有以下多種優(yōu)勢(shì)，包括高精度：隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，超聲測(cè)溫的精度得到了顯著提升，能夠滿足許多高精度測(cè)溫的需求。寬范圍：超聲測(cè)溫技術(shù)可以覆蓋從低溫到高溫的廣泛范圍，適用于多種不同的應(yīng)用場(chǎng)景。設(shè)備簡(jiǎn)單、成本較低：相較于其他測(cè)溫技術(shù)，超聲測(cè)溫設(shè)備通常更為簡(jiǎn)單，成本也相對(duì)較低，易于推廣和應(yīng)用。

13、目前，超聲測(cè)溫技術(shù)在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用，相關(guān)的理論研究和測(cè)量設(shè)備的制造技術(shù)也越發(fā)成熟，就目前而言，超聲測(cè)溫技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景，大多是普通的環(huán)境，例如燃燒室，鍋爐等設(shè)備，雖然該技術(shù)相較于其它的測(cè)溫技術(shù)有著明顯的優(yōu)勢(shì)，但受限于發(fā)展，目前在類似于核電站這種惡劣的環(huán)境下卻很少有相關(guān)的應(yīng)用，同時(shí)，現(xiàn)階段的超聲測(cè)溫設(shè)備大多是雙探頭形式測(cè)量過(guò)程較為繁瑣復(fù)雜，且設(shè)備也相對(duì)復(fù)雜，在面對(duì)，例如核電站乏燃料池這樣的強(qiáng)輻射環(huán)境，目前的超聲測(cè)溫設(shè)備都存在著弊端，同時(shí)在該環(huán)境下設(shè)備的測(cè)量精度也會(huì)受到影響，因此想要將超聲測(cè)溫技術(shù)的應(yīng)用拓展至更多更惡劣、更復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景，就需要對(duì)超聲測(cè)溫設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步的升級(jí)與改造。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種核電站乏燃料水池溫度測(cè)量裝置，可在乏燃料池水體中任意位置放置，以此測(cè)量水體任意點(diǎn)的水聲速，從而利用水聲速與介質(zhì)溫度之間的關(guān)系，測(cè)出水體溫度。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種核電站乏燃料水池溫度測(cè)量裝置，其包括：

3、超聲檢測(cè)儀，其包括用于記錄以及計(jì)算超聲波發(fā)出接收時(shí)間信息的時(shí)間測(cè)量模塊、對(duì)采集到的超聲波的傳播距離和時(shí)間信息進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)處理模塊、用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；

4、溫度監(jiān)測(cè)觸手，其包括與所述超聲檢測(cè)儀電連接的壓電晶片、監(jiān)測(cè)工件，所述監(jiān)測(cè)工件上設(shè)有第一平面和第二平面，所述壓電晶片激勵(lì)和接收范圍同時(shí)覆蓋在第一平面和第二平面，第一平面和第二平面形成與壓電晶片間距不同的臺(tái)階面。

5、另一種實(shí)施方式，所述第一平面和第二平面相平行。

6、另一種實(shí)施方式，所述監(jiān)測(cè)工件上開(kāi)設(shè)有貫穿的第一孔，形成所述第一孔的其中一個(gè)側(cè)壁為所述臺(tái)階面，與所述臺(tái)階面相對(duì)的側(cè)壁為對(duì)側(cè)面，所述壓電晶片設(shè)于對(duì)側(cè)面上且所述壓電晶片的發(fā)送和接受面朝向所述臺(tái)階面設(shè)置。

7、本發(fā)明提供了一種基于上述核電站乏燃料水池溫度測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其包括以下步驟：

8、a.超聲檢測(cè)儀控制壓電晶片在強(qiáng)輻射的惡劣環(huán)境下發(fā)出超聲波，該超聲波通過(guò)乏燃料池中水體進(jìn)行傳播，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，傳播至臺(tái)階工件與壓電晶片平行相對(duì)的臺(tái)階面，該臺(tái)階面反射傳播而來(lái)的超聲波，由于臺(tái)階面的存在，將產(chǎn)生兩個(gè)具有時(shí)間差的回波信號(hào)，所述壓電晶片接收來(lái)自臺(tái)階面的反射波，完成一次探測(cè)；

9、b.通過(guò)精確測(cè)量超聲波在乏燃料池中傳播時(shí)間，利用水聲速計(jì)算模型，計(jì)算出聲波在乏燃料池水體中傳播速度，即水聲速，計(jì)算公式如下：c＝2δd/δt，

10、式中δd為臺(tái)階間距，c為水聲速，δt為壓電晶片接收到兩次回波之間的時(shí)間差。

11、c.引入水聲速—溫度關(guān)系模型，設(shè)計(jì)核電站乏燃料水池溫度監(jiān)測(cè)方法，計(jì)算出水體溫度。

12、另一種實(shí)施方式，所述水聲速計(jì)算模型可得出聲波在乏燃料池水體中的傳播速度，隨即通過(guò)引入水聲速—溫度關(guān)系模型，即可求出乏燃料池水體溫度，計(jì)算公式如下：t＝(a-c)/b

13、式中t為水體溫度，a、b為兩個(gè)與液體性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)，常數(shù)根據(jù)具體的檢測(cè)對(duì)象可確定。

14、本發(fā)明的有益效果在于：裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)觸手即可完成溫度測(cè)量，若需多點(diǎn)同時(shí)測(cè)量，只需要相應(yīng)增加觸手?jǐn)?shù)量即可；在已有的超聲測(cè)溫理論基礎(chǔ)之上，通過(guò)設(shè)計(jì)特殊的超聲溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以及特別的溫度監(jiān)測(cè)觸手，所述溫度監(jiān)測(cè)觸手由具有耐輻照性能的壓電晶片與具有特殊構(gòu)造的臺(tái)階型工件組合而成，以此來(lái)完成在特殊應(yīng)用場(chǎng)景下的溫度監(jiān)測(cè)，解決對(duì)核電站乏燃料池水體溫度監(jiān)測(cè)的應(yīng)用問(wèn)題；設(shè)計(jì)了強(qiáng)輻照環(huán)境下乏燃料池水體溫度計(jì)算方法，在確保傳播介質(zhì)始終一致的前提下，通過(guò)精確測(cè)量?jī)蓚€(gè)回波信號(hào)之間的時(shí)間差，并在此基礎(chǔ)上引入水聲速計(jì)算模型，求出聲波在乏燃料池水體中傳播的速度，再引入水聲速—溫度關(guān)系模型，以此模型為基礎(chǔ)，即可求解出乏燃料池水體的溫度。