專利名稱:一種具有雙螺旋線圈級聯(lián)結(jié)構(gòu)的棒位測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于反應堆的棒位測控技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種反應堆的棒位測量裝置，尤其涉及一種具有雙螺旋線圈級聯(lián)結(jié)構(gòu)的棒位測量裝置。
技術(shù)背景
控制棒及其驅(qū)動機構(gòu)是保證反應堆安全運行的重要組成部分。正常工況下，通過調(diào)節(jié)控制棒棒位，可以實現(xiàn)反應堆的正常啟動、停閉，以及維持反應堆在某一給定功率水平運行和進行功率調(diào)節(jié)；在事故工況下，通過快速將控制棒插入反應堆堆芯，實現(xiàn)緊急停堆。 棒位測量裝置是該組成部分中的最重要的裝置之一，其可靠性和安全性直接關(guān)系到整個反應堆的正常運行與安全。
目前已有的反應堆控制棒棒位測量裝置主要包括角度式、超聲式、電渦流式和感應式等幾種。
其中感應式是最常見，也是應用最廣泛的反應堆控制棒棒位測量裝置。感應式棒位測量裝置又分為互感式和自感式兩大類，互感式大量存在于早期的感應式棒位測量裝置設計中，設計將由導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行；測量芯棒在一根空心孔道內(nèi)部運動，初級激勵線圈和測量次級線圈套裝在空心孔道外部，當測量芯棒在線圈內(nèi)部運動是，改變電感線圈的磁感應強度是測量次級線圈輸出信號幅度發(fā)生變化，其缺點是結(jié)構(gòu)復雜，線圈繞制難度大，連接復雜。在中國專利92103620. 5-“自編碼數(shù)字式棒位測量系統(tǒng)”和中國專利95116462. 9- “地址碼反應堆控制棒棒位測量系統(tǒng)”中對于線圈結(jié)構(gòu)進行了改進。但是由于其依舊采用互感形式的電感式棒位測量裝置，仍然存在體積較大，初級線圈功率大和線圈工藝一致性要求高等不足。而自感式棒位測量裝置，則對缺點進行有效的改進，如本申請人2005年1月21日申請的中國專利200510011225. 8-“一種基于線圈自感原理的控制棒棒位測量系統(tǒng)”和中國專利200510011226. 2- “一種基于自感式原理的單級線圈控制棒棒位測量傳感器”中，對于棒位測量裝置的感應形式進行了改進，采用了自感形式的電感式棒位測量原理，達到了簡化棒位測量裝置結(jié)構(gòu)，提供可靠性的目的。但是，所述設計仍存在以下不足1、每個自感測量線圈由獨立對應的輔助信號電路產(chǎn)生放大了的激勵信號，由于多個放大電路長期運行存在溫度漂移等物理現(xiàn)象，各個自感測量線圈信號長期工作存在相對參數(shù)漂移。2、多個放大電路之間存在參數(shù)差異，使用和維護中各電路之間一致性調(diào)試難度大。3、出現(xiàn)單個線圈失效，只能夠辨別失效位置，不能夠保證棒位測量裝置應有工作特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改善上述棒位測量裝置存在問題，特別是解決最常用的感應式棒位測量裝置問題的新型棒位測量裝置，本發(fā)明的特征在于，含有一系列用于棒位測量的測量雙螺旋線圈、一個參比雙螺旋線圈、一根與控制棒驅(qū)動軸同軸連接的由導磁材料段和非導磁材料段交錯排列組成的測量芯棒、一根與所述測量芯棒中非導磁材料段具有相同性質(zhì)材料和結(jié)構(gòu)的參比芯棒、一個現(xiàn)場接線端子盒、一個激勵信號發(fā)生單元、一個信號調(diào)理單元以及一個信息處理單元，其中
一系列用于棒位測量的從第1個到第η個共η個所述測量雙螺旋線圈Al An， 以自感方式工作，每個測量雙螺旋線圈Αχ，χ = 1，2，. . .，n，由分別屬于a、b兩組的第1個和第2個內(nèi)外共兩個測量線圈Axa和Axb，χ = 1，2，...，n，構(gòu)成；所述內(nèi)外兩個測量線圈 Axa和Axb，x = 1，2，...，n，使用同一個線圈骨架同向共軸繞制且阻抗相同；所述內(nèi)外兩個測量線圈中屬于 b組的一個測量線圈Axb，χ = 1,2,...,η,靠近相應測量雙螺旋線圈Αχ，χ =1,2, ... , η，內(nèi)側(cè)布置；所述內(nèi)外兩個測量線圈中屬于a組的一個測量線圈Axb，χ = 1, 2，. . .，η，靠近相應測量雙螺旋線圈Αχ，χ = 1，2，. . .，η，外側(cè)布置；所述每個測量雙螺旋線圈Αχ，χ = 1，2，...，η，中分別屬于a、b兩組的第1個和第2個內(nèi)外共兩個測量線圈Axa和 Axb (χ = 1,2,... ,η)分別獨立引線；且所述兩個測量線圈Axa和Axb，x= 1，2，...，η，各自的上下兩個引線端分別對應并聯(lián)連接到所述現(xiàn)場接線端子盒中的對應的一對接線端子Cax 和Cbx上，χ = 1，2，...，η ；并在所述一對接線端子Cax和Cbx，χ = 1，2，. . .，n，上分別合并為對應每個接線端子的一對測量引線引出；所述每個測量雙螺旋線圈Αχ，χ = 1，2，...， n，在經(jīng)過對應一對接線端子Cax和Cbx，χ= 1,2,..., n，轉(zhuǎn)接后引出所包含的兩個測量線圈Axa和Axb，χ = 1，2，. . .，n，同向并聯(lián)共用的兩根測量引線；所述第1個到第η個共η個測量雙螺旋線圈Al An的結(jié)構(gòu)和電性能參數(shù)相同且都各自獨立引出測量引線；所述第1 個到第η個共η個測量雙螺旋線圈Al An同軸等間隔布置；
—個所述參比雙螺旋線圈R，具有與每個所述測量雙螺旋線圈相同的結(jié)構(gòu)和電性能參數(shù)，所述參比雙螺旋線圈R包含有分別屬于a、b兩組的第1個和第2個內(nèi)外共兩個參比線圈Ra和Rb ；且兩個所述參比線圈Ra和Rb各自的上下兩個引線端分別對應并聯(lián)連接到所述現(xiàn)場接線端子盒中對應的一對接線端子CRa和CRb上；并在所述一對接線端子CRa 和CRb上分別合并為對應每個接線端子的一對測量引線引出；所述參比雙螺旋線圈R在經(jīng)過對應接線端子轉(zhuǎn)接后引出所包含的兩個參比線圈Ra和Rb同向并聯(lián)共用的兩根測量引線；所述參比雙螺旋線圈R和其他各個所述測量雙螺旋線圈通過所述現(xiàn)場接線端子盒中的對應各對接線端子相互之間串聯(lián)連接而構(gòu)成按照空間位置從上到下的級聯(lián)形式；所述參比雙螺旋線圈R和其他各個所述測量雙螺旋線圈構(gòu)成級聯(lián)形式連接后的兩個公共引線端分別對應連接到所述現(xiàn)場接線端子盒中的兩個公共接線端子Sl和S2上；
一根所述測量芯棒B，由若干個導磁材料段和非導磁材料段交錯排列組成，在所述各測量雙螺旋線圈內(nèi)部運動，所述各測量雙螺旋線圈安裝于所述測量芯棒頂端端面的運動范圍之內(nèi)，所述參比雙螺旋線圈安裝于所述測量芯棒頂端端面的運動范圍之外；
一根與所述測量芯棒中非導磁材料段具有相同性質(zhì)材料和結(jié)構(gòu)的所述參比芯棒 BR，置于所述參比雙螺旋線圈內(nèi)部不動；
一個所述激勵信號發(fā)生單元，由一個激勵信號發(fā)生器和一個激勵信號放大器對應串接而成，所述激勵信號放大器的兩個輸出端分別對應連接到所述現(xiàn)場接線端子盒中的所述兩個公共接線端子(Si和S2)上，向以級聯(lián)方式串接的所述參比雙螺旋線圈和其他各個所述測量雙螺旋線圈(Al An)輸出固定頻率的交流激勵信號；
一個所述信號調(diào)理單元，共有n+1個信號調(diào)理電路，每個所述信號調(diào)理電路依次由一個差分放大器和一個低通濾波器串接組成，上方第一個所述信號調(diào)理電路中的差分放大器的輸入端與所述現(xiàn)場接線端子盒中對應所述參比雙螺旋線圈經(jīng)過對應接線端子轉(zhuǎn)接后引出的兩根測量引線分別對應相連，其余η個所述信號調(diào)理電路中的差分放大器的輸入端分別與對應的所述各測量雙螺旋線圈經(jīng)過對應接線端子轉(zhuǎn)接后引出的各對測量引線分別對應相連；
所述信息處理單元，由一個A/D轉(zhuǎn)換電路和一臺工業(yè)計算機依次串接而成，所述 A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端共有η+1個分別與所述信號調(diào)理單元中η+1個低通濾波器的輸出端對應相連的輸入端，輸入的直流形式的對應所述參比雙螺旋線圈產(chǎn)生自感電壓的一個參比電壓信號和對應所述η個測量雙螺旋線圈產(chǎn)生的η個自感電壓的η個測量電壓信號，在經(jīng)過所述A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為對應的η個數(shù)字測量電壓信號和一個數(shù)字參比電壓信號后向所述工業(yè)計算機輸出，其中所述工業(yè)計算機依次按以下步驟對所述η個數(shù)字測量電壓信號和一個數(shù)字參比電壓信號進行處理后輸出對應棒位信息和所述參比雙螺旋線圈以及η個測量雙螺旋線圈的狀態(tài)信息
步驟(1)系統(tǒng)初始化操作，包括
激勵信號發(fā)生單元初始化，設定激勵信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號頻率，設定激勵信號放大器輸出的激勵信號開路電壓有效值大小，設定激勵信號放大器輸出的激勵信號電流有效值大小且所述激勵信號電流有效值恒定不變；
工業(yè)計算機初始化，設定測量芯棒隨控制棒驅(qū)動軸運動整個行程中的總運動步數(shù)及運動步距，設定工業(yè)計算機讀取所述A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的表示所述參比雙螺旋線圈產(chǎn)生自感電壓的一個數(shù)字參比電壓信號和表示對應所述η個測量雙螺旋線圈產(chǎn)生的η個自感電壓的η個數(shù)字測量電壓信號的采樣時間間隔，設定所述A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的對應所述測量芯棒中的導磁材料段完全進入正常的單個測量雙螺旋線圈內(nèi)部時對應測量雙螺旋線圈產(chǎn)生自感電壓的數(shù)字測量電壓信號為測量信號高電平值J，設定所述A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的對應所述參比芯棒完全進入正常的所述參比雙螺旋線圈內(nèi)部的狀態(tài)下對應參比雙螺旋線圈產(chǎn)生自感電壓的數(shù)字測量電壓信號為測量信號低電平值K，所述A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的對應所述測量芯棒中的非導磁材料段完全進入正常的單個測量雙螺旋線圈內(nèi)部或者沒有所述測量芯棒進入正常的單個測量雙螺旋線圈內(nèi)部時對應測量雙螺旋線圈產(chǎn)生自感電壓的數(shù)字測量電壓信號均等于測量信號低電平值K ；設定對應所述激勵信號放大器輸出的激勵信號電流有效值大小和激勵信號開路電壓有效值大小的數(shù)字量值；
步驟(2):工業(yè)計算機按照步驟(1)設定的采樣時間間隔進行循環(huán)等時間間隔采樣，每次讀取所述A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的表示所述參比雙螺旋線圈產(chǎn)生自感電壓的一個數(shù)字參比電壓信號和表示對應所述η個測量雙螺旋線圈產(chǎn)生的η個自感電壓的η個數(shù)字測量電壓信號；
步驟(3)當工業(yè)計算機一次采樣后得到的所述A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的表示所述參比雙螺旋線圈產(chǎn)生自感電壓的一個數(shù)字參比電壓信號和表示對應所述η個測量雙螺旋線圈產(chǎn)生的η個自感電壓的η個數(shù)字測量電壓信號與前一次采樣后得到的對應一個數(shù)字參比電壓信號和η個數(shù)字測量電壓信號不相等時，工業(yè)計算機進行如下判斷
若所述一個數(shù)字參比電壓信號和η個數(shù)字測量電壓信號中的某個與零值差值的絕對值小于5%的其他各個所述數(shù)字測量電壓信號及數(shù)字參比電壓信號平均值大小，則判斷該電壓信號對應測量雙螺旋線圈或者參比雙螺旋線圈短路失效，輸出報警信號，并中止棒位測量操作；
若所述一個數(shù)字參比電壓信號和η個數(shù)字測量電壓信號中的某個與之前設定的所述激勵信號放大器輸出的激勵信號開路電壓有效值大小的數(shù)字量值之差的絕對值小于 5%的所述激勵信號放大器輸出的激勵信號開路電壓有效值大小的數(shù)字量值，而其他各個所述數(shù)字測量電壓信號或者數(shù)字參比電壓信號與零值差值的絕對值小于5%的所述激勵信號放大器輸出的激勵信號開路電壓有效值大小的數(shù)字量值，則判斷該電壓信號對應測量雙螺旋線圈或者參比雙螺旋線圈完全斷路失效，輸出報警信號，并中止棒位測量操作；
步驟(4)工業(yè)計算機計算步驟⑵中得到的η個所述數(shù)字測量電壓信號分別減去所述數(shù)字參比電壓信號對應得到的差值Vl Vn，并進行判斷
若工業(yè)計算機一次采樣后得到的某個所述數(shù)字測量電壓減去所述數(shù)字參比電壓信號得到的差值Vx，x = 1,2,...，n，與設定的測量信號高電平值和測量信號低電平值之差 J_k的差值絕對值小于5%的所述設定的測量信號高電平值J大小，則判斷該數(shù)字測量電壓對應的測量雙螺旋線圈狀態(tài)為“1” ；
若工業(yè)計算機一次采樣后得到的某個所述數(shù)字測量電壓減去所述數(shù)字參比電壓信號得到的差值Vx，χ = 1，2，. . .，n，與零值差值的絕對值小于5%的所述設定的測量信號低電平值K大小，則判斷該數(shù)字測量電壓對應的測量雙螺旋線圈狀態(tài)為“0” ；
依次對η個測量雙螺旋線圈進行上述判斷操作，得到當前采樣時刻對應η個測量雙螺旋線圈的狀態(tài)信息組合；
步驟(5)將步驟(4)中得到的當前采樣時刻對應η個測量雙螺旋線圈的狀態(tài)信息組合與預先存貯在工業(yè)計算機內(nèi)部的“η個測量雙螺旋線圈的狀態(tài)信息組合與對應棒位位置對應關(guān)系表”中存貯的各種η個測量雙螺旋線圈的狀態(tài)信息組合情況進行比較，即可確定當前采樣時刻下的棒位位置信息，工業(yè)計算機將所述棒位位置信息進一步輸出。
所述工業(yè)計算機在任意測量雙螺旋線圈中分別屬于a、b兩組的內(nèi)外兩個測量線圈中的一個出現(xiàn)斷路故障的時候，可以進行故障校正操作，其步驟如下
步驟(1')若所述工業(yè)計算機之前對各所述數(shù)字測量電壓信號和所述數(shù)字參比電壓信號進行處理后輸出對應所述棒位信息和所述參比雙螺旋線圈以及η個測量雙螺旋線圈的狀態(tài)信息的操作步驟(4)中得到的的某個所述數(shù)字測量電壓減去所述數(shù)字參比電壓信號得到的差值Vx，χ= 1,2,..., n，不滿足步驟(4)中的各種判斷標準，無法確定該數(shù)字測量電壓對應的測量雙螺旋線圈狀態(tài)時，工業(yè)計算機進行如下判斷
若所述工業(yè)計算機一次采樣后得到的某個所述數(shù)字測量電壓信號減去所述數(shù)字參比電壓信號得到的差值Vx，χ = 1,2, ..., n，大于設定的測量信號高電平值和測量信號低電平值之差J_k且其與設定的二倍測量信號高電平值和測量信號低電平值之差2*J_k的差值絕對值小于5%的所述設定的測量信號高電平值J大小，則判斷該數(shù)字測量電壓信號對應的測量雙螺旋線圈中分別屬于a、b兩組的內(nèi)外兩個測量線圈中的一個出現(xiàn)斷路故障， 輸出對應測量雙螺旋線圈故障信號，并判斷該數(shù)字測量電壓對應的測量雙螺旋線圈狀態(tài)為 “1”；
若所述工業(yè)計算機一次采樣后得到的某個所述數(shù)字測量電壓信號減去所述數(shù)字參比電壓信號得到的差值Vx，x = 1,2,...，n，與設定的測量信號高電平值和二倍測量信號低電平值之差J_2*k的差值絕對值小于5%的所述設定的測量信號高電平值J大小，則判斷參比雙螺旋線圈中分別屬于a、b兩組的內(nèi)外兩個測量線圈中的一個出現(xiàn)斷路故障，輸出參比雙螺旋線圈故障信號，并判斷該數(shù)字測量電壓對應的測量雙螺旋線圈狀態(tài)為“ 1” ；
若所述工業(yè)計算機一次采樣后得到的某個所述數(shù)字測量電壓信號減去所述數(shù)字參比電壓信號得到的差值Vx，x= l，2，...，n，與測量信號低電平值的負值-k的差值絕對值小于5%的所述設定的測量信號低電平值k大小，則判斷參比雙螺旋線圈中分別屬于a、 b兩組的內(nèi)外兩個測量線圈中的一個出現(xiàn)斷路故障，輸出參比雙螺旋線圈故障信號，并判斷該數(shù)字測量電壓對應的測量雙螺旋線圈狀態(tài)為“0” ；
若所述工業(yè)計算機一次采樣后得到的某個所述數(shù)字測量電壓信號減去所述數(shù)字參比電壓信號得到的差值Vx，χ = 1，2，. . .，n，大于零值且與零值差值的絕對值大于5%的所述設定的測量信號低電平值K大小，同時該差值Vx，χ = 1，2，. . .，n，小于設定的測量信號高電平值和測量信號低電平值之差J_k且與設定的測量信號高電平值和測量信號低電平值之差J_k的差值絕對值大于5 %的所述設定的測量信號高電平值J大小，則判斷該數(shù)字測量電壓對應的測量雙螺旋線圈狀態(tài)保持前一采樣時刻下的狀態(tài)不變；
若所述工業(yè)計算機一次采樣后得到的某個所述數(shù)字測量電壓信號減去所述數(shù)字參比電壓信號得到的差值Vx，x = 1,2,...，n，大于設定的測量信號高電平值和測量信號低電平值之差J_k且與設定的測量信號高電平值和測量信號低電平值之差J_k的差值絕對值大于5%的所述設定的測量信號高電平值J大小，同時該差值Vx，χ= 1,2, ...，n，小于設定的二倍測量信號高電平值和測量信號低電平值之差2*J-k的差值絕對值且與設定的二倍測量信號高電平值和測量信號低電平值之差2*J-k的差值絕對值大于5%的所述設定的測量信號高電平值J大小，則判斷該數(shù)字測量電壓對應的測量雙螺旋線圈狀態(tài)保持前一采樣時刻下的狀態(tài)不變；
步驟(2’)依次對本次采樣中出現(xiàn)的所有在操作步驟(4)中得到的所述數(shù)字測量電壓減去所述數(shù)字參比電壓信號得到的差值Vx，x = 1，2，...，n，不滿足步驟(4)中的各種判斷標準，無法確定該數(shù)字測量電壓對應的測量雙螺旋線圈狀態(tài)的情況按照步驟(1’ )所述操作進行處理，得到的各個所述數(shù)字測量電壓對應的測量雙螺旋線圈狀態(tài)信息記入步驟 (4)中得到的當前采樣時刻對應η個測量雙螺旋線圈的狀態(tài)信息組合的對應位置，并返回進行所述工業(yè)計算機對所述各數(shù)字電壓信號進行處理后輸出對應所述棒位信息和所述參比雙螺旋線圈以及η個測量雙螺旋線圈的狀態(tài)信息的操作中的步驟(5)，最終完成本次棒位測量操作。
當某個測量雙螺旋線圈或者參比雙螺旋線圈中分別屬于a、b兩組的內(nèi)外兩個測量線圈中的一個出現(xiàn)斷路故障，對應的測量雙螺旋線圈或者參比雙螺旋線圈的阻抗增加一倍。
所述的測量雙螺旋線圈個數(shù)η大于等于3，任意兩個相鄰的測量雙螺旋線圈中心線之間的距離都是測量芯棒隨控制棒驅(qū)動軸運動的整個行程中運動步距的整數(shù)倍。
本發(fā)明的效果在于，所述一種具有雙螺旋線圈級聯(lián)結(jié)構(gòu)的棒位測量裝置，與現(xiàn)有各種棒位測量技術(shù)相比，特別是感應式棒位測量技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及突出性效果1、 由于本發(fā)明采用了雙螺旋線圈結(jié)構(gòu)的測量線圈和參比線圈，在不增大裝置體積的前提下， 大大提高了線圈工作的冗余度，有效地提供了系統(tǒng)的可靠性；2、由于本發(fā)明各相鄰雙螺旋線圈之間采用級聯(lián)方式連接，所有測量雙螺旋線圈和參比雙螺旋線圈共用一個激勵信號發(fā)生單元，有效地解決了原有技術(shù)中由于各個自感測量線圈和參比線圈分別使用獨立的激勵信號發(fā)生單元而產(chǎn)生的參數(shù)漂移和溫度造成的信號擾動，極大地提供了所有測量線圈中的輸出信號的一致性特征，改善了棒位測量裝置的信噪比。3、由于采用級聯(lián)的雙螺旋線圈結(jié)構(gòu)，在某個雙螺旋線圈中一個線圈繞組失效的情況下，不但可以繼續(xù)保證棒位測量裝置的有效工作，還可以容易地在線診斷出對應的失效線圈位置，有利于及早做出故障診斷并改善設備維護的效率和效果。4、由于采用了級聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式，減少了原有各個獨立激勵信號發(fā)生單元與測量線圈的連線，使得設備更加簡單，維護容易，整體棒位測量裝置失效概率大大降低。


圖1是一種具有雙螺旋線圈級 聯(lián)結(jié)構(gòu)的棒位測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2是一種具有雙螺旋線圈級聯(lián)結(jié)構(gòu)的棒位測量裝置的一個實施例的示意圖
對附圖中各標號說明如下
圖1中標號說明
1平標號標號說明圖中標號標號說明
Al__測量雙螺旋線圈Ala__測量線圈(a組)
Alb__測量線圈(b組)A2__測量雙螺旋線圈
A2a__測量線圈(a組)A2b__測量線圈(b組)
"^TH雙螺旋線圈—Ana — 測量線圈(a組)
Anb__測量線圈(b組)B__測量芯棒_
~W^ib芯棒—C— 現(xiàn)場接線端子盒
接線端子Cbl接線端子
Ca2__接線端子__Cb2__接線端子_
Can__接線端子__Cbn__接線端子_
CRa__接線端子__CRb__接線端子_
__信號調(diào)理單元__EAl__差分放大器
EA2__差分放大器__EAn__差分放大器
ER__差分放大器__FAl__低通濾波器
FA2__低通濾波器__FAn__低通濾波器
FR__低通濾波器__G__A/D轉(zhuǎn)換電路
__工業(yè)計算機__M__激勵信號發(fā)生器
__激勵信號放大器R__參比雙螺旋線圈
Ra__參比線圈(a組)Rb__參比線圈(b組)
Sl公共接線端子^ S2^公共接線端子 —
_Γ__激勵信號發(fā)生單元 U__信息處理單元
Z控制棒驅(qū)動軸
圖2中標號說明
1平標號標號說明圖中標號標號說明
Al__測量雙螺旋線圈Ala__測量線圈(a組)
Alb__測量線圈(b組)A2__測量雙螺旋線圈
A2a__測量線圈(a組)A2b__測量線圈(b組)
"^3"H雙螺旋線圈—A3a — 測量線圈(a組)
A3b__測量線圈(b組)B__測量芯棒_
~W^ib芯棒—C— 現(xiàn)場接線端子盒
接線端子Cbi接線端子 —
權(quán)利要求
1. 一種具有雙螺旋線圈級聯(lián)結(jié)構(gòu)的棒位測量裝置，其特征在于，含有 一系列用于棒位測量的測量雙螺旋線圈、一個參比雙螺旋線圈、一根與控制棒驅(qū)動軸同軸連接的由導磁材料段和非導磁材料段交錯排列組成的測量芯棒、一根與所述測量芯棒中非導磁材料段具有相同性質(zhì)材料和結(jié)構(gòu)的參比芯棒、一個現(xiàn)場接線端子盒、一個激勵信號發(fā)生單元、一個信號調(diào)理單元以及一個信息處理單元，其中一系列用于棒位測量的從第1個到第η個共η個所述測量雙螺旋線圈(Al An)，以自感方式工作，每個測量雙螺旋線圈(Αχ) ,χ = 1,2,...,η,由分別屬于a、b兩組的第1個和第2個內(nèi)外共兩個測量線圈(Axa和Axb)，χ = 1，2，...，n，構(gòu)成；所述內(nèi)外兩個測量線圈(Axa和Axb)，χ = 1,2, ...，n，使用同一個線圈骨架同向共軸繞制且阻抗相同；所述內(nèi)外兩個測量線圈中屬于b組的一個測量線圈(Axb) ,χ= 1,2,..., n，靠近相應測量雙螺旋線圈(Αχ) ,χ = 1,2,...,η,內(nèi)側(cè)布置；所述內(nèi)外兩個測量線圈中屬于a組的一個測量線圈 (Axb), χ = 1，2，...，n，靠近相應測量雙螺旋線圈(Αχ)，x = 1，2，. . .，n，外側(cè)布置；所述每個測量雙螺旋線圈(Αχ), χ= 1,2, ...,η,中分別屬于a、b兩組的第1個和第2個內(nèi)外共兩個測量線圈(Axa和Axb) ,χ= 1,2,...,η,分別獨立引線；且所述兩個測量線圈(Axa和 Axb)，χ = 1，2，...，η，各自的上下兩個引線端分別對應并聯(lián)連接到所述現(xiàn)場接線端子盒中的對應的一對接線端子(Cax和Cbx)上，χ = 1，2，...，η ；并在所述一對接線端子(Cax和 Cbx), χ = 1,2,..., η，上分別合并為對應每個接線端子的一對測量引線引出；所述每個測量雙螺旋線圈(Αχ)，χ= 1，2，...，η，在經(jīng)過對應一對接線端子(Cax和Cbx)，χ= 1,2,..., η，轉(zhuǎn)接后引出所包含的兩個測量線圈(Axa和Axb) ,χ= 1,2,..., η，同向并聯(lián)共用的兩根測量引線；所述第1個到第η個共η個測量雙螺旋線圈(Al An)的結(jié)構(gòu)和電性能參數(shù)相同且都各自獨立引出測量引線；所述第1個到第η個共η個測量雙螺旋線圈(Al An)同軸等間隔布置；所述參比雙螺旋線圈(R)，具有與每個所述測量雙螺旋線圈相同的結(jié)構(gòu)和電性能參數(shù)， 所述參比雙螺旋線圈(R)包含有分別屬于a、b兩組的第1個和第2個內(nèi)外共兩個參比線圈 (Ra和Rb)且兩個所述參比線圈(Ra和Rb)各自的上下兩個引線端分別對應并聯(lián)連接到所述現(xiàn)場接線端子盒中對應的一對接線端子(CRa和CRb)上；并在所述一對接線端子(CRa和 CRb)上分別合并為對應每個接線端子的一對測量引線引出；所述參比雙螺旋線圈(R)在經(jīng)過對應接線端子轉(zhuǎn)接后引出所包含的兩個參比線圈(Ra和Rb)同向并聯(lián)共用的兩根測量引線；所述參比雙螺旋線圈(R)和其他各個所述測量雙螺旋線圈通過所述現(xiàn)場接線端子盒中的對應各對接線端子相互之間串聯(lián)連接而構(gòu)成按照空間位置從上到下的級聯(lián)形式；所述參比雙螺旋線圈(R)和其他各個所述測量雙螺旋線圈構(gòu)成級聯(lián)形式連接后的兩個公共引線端分別對應連接到所述現(xiàn)場接線端子盒中的兩個公共接線端子(Si和S2)上；一根所述測量芯棒(B)，由若干個導磁材料段和非導磁材料段交錯排列組成，在所述各測量雙螺旋線圈內(nèi)部運動，所述各測量雙螺旋線圈安裝于所述測量芯棒頂端端面的運動范圍之內(nèi)，所述參比雙螺旋線圈安裝于所述測量芯棒頂端端面的運動范圍之外；一根與所述測量芯棒中非導磁材料段具有相同性質(zhì)材料和結(jié)構(gòu)的所述參比芯棒(BR)， 置于所述參比雙螺旋線圈內(nèi)部不動；所述激勵信號發(fā)生單元，由一個激勵信號發(fā)生器和一個激勵信號放大器對應串接而成，所述激勵信號放大器的兩個輸出端分別對應連接到所述現(xiàn)場接線端子盒中的所述兩個公共接線端子(Si和S2)上，向以級聯(lián)方式串接的所述參比雙螺旋線圈和其他各個所述測量雙螺旋線圈(Al An)輸出固定頻率的交流激勵信號；所述信號調(diào)理單元，共有n+1個信號調(diào)理電路，每個所述信號調(diào)理電路依次由一個差分放大器和一個低通濾波器串接組成，上方第一個所述信號調(diào)理電路中的差分放大器的輸入端與所述現(xiàn)場接線端子盒中對應所述參比雙螺旋線圈經(jīng)過對應接線端子轉(zhuǎn)接后引出的兩根測量引線分別對應相連，其余η個所述信號調(diào)理電路中的差分放大器的輸入端分別與對應的所述各測量雙螺旋線圈經(jīng)過對應接線端子轉(zhuǎn)接后引出的各對測量引線分別對應相連；所述信息處理單元，由一個A/D轉(zhuǎn)換電路和一臺工業(yè)計算機依次串接而成，所述A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端共有n+1個分別與所述信號調(diào)理單元中n+1個低通濾波器的輸出端對應相連的輸入端，輸入的直流形式的對應所述參比雙螺旋線圈產(chǎn)生自感電壓的一個參比電壓信號和對應所述η個測量雙螺旋線圈產(chǎn)生的η個自感電壓的η個測量電壓信號，在經(jīng)過所述 A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為對應的η個數(shù)字測量電壓信號和一個數(shù)字參比電壓信號后向所述工業(yè)計算機輸出，其中所述工業(yè)計算機依次按以下步驟對所述η個數(shù)字測量電壓信號和一個數(shù)字參比電壓信號進行處理后輸出對應棒位信息和所述參比雙螺旋線圈以及η個測量雙螺旋線圈的狀態(tài)信息步驟(1)系統(tǒng)初始化操作，包括 激勵信號發(fā)生單元初始化，設定激勵信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號頻率，設定激勵信號放大器輸出的激勵信號開路電壓有效值大小，設定激勵信號放大器輸出的激勵信號電流有效值大小且所述激勵信號電流有效值恒定不變；工業(yè)計算機初始化，設定測量芯棒隨控制棒驅(qū)動軸運動整個行程中的總運動步數(shù)及運動步距，設定工業(yè)計算機讀取所述A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的表示所述參比雙螺旋線圈產(chǎn)生自感電壓的一個數(shù)字參比電壓信號和表示對應所述η個測量雙螺旋線圈產(chǎn)生的η個自感電壓的 η個數(shù)字測量電壓信號的采樣時間間隔，設定所述A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的對應所述測量芯棒中的導磁材料段完全進入正常的單個測量雙螺旋線圈內(nèi)部時對應測量雙螺旋線圈產(chǎn)生自感電壓的數(shù)字測量電壓信號為測量信號高電平值J，設定所述A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的對應所述參比芯棒完全進入正常的所述參比雙螺旋線圈內(nèi)部的狀態(tài)下對應參比雙螺旋線圈產(chǎn)生自感電壓的數(shù)字測量電壓信號為測量信號低電平值K，所述A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的對應所述測量芯棒中的非導磁材料段完全進入正常的單個測量雙螺旋線圈內(nèi)部或者沒有所述測量芯棒進入正常的單個測量雙螺旋線圈內(nèi)部時對應測量雙螺旋線圈產(chǎn)生自感電壓的數(shù)字測量電壓信號均等于測量信號低電平值K ；設定對應所述激勵信號放大器輸出的激勵信號電流有效值大小和激勵信號開路電壓有效值大小的數(shù)字量值；步驟(2)工業(yè)計算機按照步驟(1)設定的采樣時間間隔進行循環(huán)等時間間隔采樣，每次讀取所述A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的表示所述參比雙螺旋線圈產(chǎn)生自感電壓的一個數(shù)字參比電壓信號和表示對應所述η個測量雙螺旋線圈產(chǎn)生的η個自感電壓的η個數(shù)字測量電壓信號；步驟(3)當工業(yè)計算機一次采樣后得到的所述A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的表示所述參比雙螺旋線圈產(chǎn)生自感電壓的一個數(shù)字參比電壓信號和表示對應所述η個測量雙螺旋線圈產(chǎn)生的η個自感電壓的η個數(shù)字測量電壓信號與前一次采樣后得到的對應一個數(shù)字參比電壓信號和η個數(shù)字測量電壓信號不相等時，工業(yè)計算機進行如下判斷若所述一個數(shù)字參比電壓信號和η個數(shù)字測量電壓信號中的某個與零值差值的絕對值小于5%的其他各個所述數(shù)字測量電壓信號及數(shù)字參比電壓信號平均值大小，則判斷該電壓信號對應測量雙螺旋線圈或者參比雙螺旋線圈短路失效，輸出報警信號，并中止棒位測量操作；若所述一個數(shù)字參比電壓信號和η個數(shù)字測量電壓信號中的某個與之前設定的所述激勵信號放大器輸出的激勵信號開路電壓有效值大小的數(shù)字量值之差的絕對值小于5%的所述激勵信號放大器輸出的激勵信號開路電壓有效值大小的數(shù)字量值，而其他各個所述數(shù)字測量電壓信號或者數(shù)字參比電壓信號與零值差值的絕對值小于5%的所述激勵信號放大器輸出的激勵信號開路電壓有效值大小的數(shù)字量值，則判斷該電壓信號對應測量雙螺旋線圈或者參比雙螺旋線圈完全斷路失效，輸出報警信號，并中止棒位測量操作；步驟(4)工業(yè)計算機計算步驟(2)中得到的η個所述數(shù)字測量電壓信號分別減去所述數(shù)字參比電壓信號對應得到的差值Vl Vn，并進行判斷若工業(yè)計算機一次采樣后得到的某個所述數(shù)字測量電壓減去所述數(shù)字參比電壓信號得到的差值Vx，x = 1，2，...，n，與設定的測量信號高電平值和測量信號低電平值之差J-k 的差值絕對值小于5%的所述設定的測量信號高電平值J大小，則判斷該數(shù)字測量電壓對應的測量雙螺旋線圈狀態(tài)為“1” ；若工業(yè)計算機一次采樣后得到的某個所述數(shù)字測量電壓減去所述數(shù)字參比電壓信號得到的差值Vx，χ = 1,2,.. .，n，與零值差值的絕對值小于5%的所述設定的測量信號低電平值K大小，則判斷該數(shù)字測量電壓對應的測量雙螺旋線圈狀態(tài)為“O” ；依次對η個測量雙螺旋線圈進行上述判斷操作，得到當前采樣時刻對應η個測量雙螺旋線圈的狀態(tài)信息組合；步驟(5)將步驟(4)中得到的當前采樣時刻對應η個測量雙螺旋線圈的狀態(tài)信息組合與預先存貯在工業(yè)計算機內(nèi)部的“η個測量雙螺旋線圈的狀態(tài)信息組合與對應棒位位置對應關(guān)系表”中存貯的各種η個測量雙螺旋線圈的狀態(tài)信息組合情況進行比較，即可確定當前采樣時刻下的棒位位置信息，工業(yè)計算機將所述棒位位置信息進一步輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種具有雙螺旋線圈級聯(lián)結(jié)構(gòu)的棒位測量裝置，其特征在于，所述工業(yè)計算機在任意測量雙螺旋線圈中分別屬于a、b兩組的內(nèi)外兩個測量線圈中的一個出現(xiàn)斷路故障的時候，可以進行故障校正操作，其步驟如下步驟(Γ )若所述工業(yè)計算機之前對各所述數(shù)字測量電壓信號和所述數(shù)字參比電壓信號進行處理后輸出對應所述棒位信息和所述參比雙螺旋線圈以及η個測量雙螺旋線圈的狀態(tài)信息的操作步驟(4)中得到的的某個所述數(shù)字測量電壓減去所述數(shù)字參比電壓信號得到的差值Vx，χ = 1,2, ..., n，不滿足步驟(4)中的各種判斷標準，無法確定該數(shù)字測量電壓對應的測量雙螺旋線圈狀態(tài)時，工業(yè)計算機進行如下判斷若所述工業(yè)計算機一次采樣后得到的某個所述數(shù)字測量電壓信號減去所述數(shù)字參比電壓信號得到的差值Vx，x = 1,2,...，n，大于設定的測量信號高電平值和測量信號低電平值之差J-k且其與設定的二倍測量信號高電平值和測量信號低電平值之差2*J-k的差值絕對值小于5%的所述設定的測量信號高電平值J大小，則判斷該數(shù)字測量電壓信號對應的測量雙螺旋線圈中分別屬于a、b兩組的內(nèi)外兩個測量線圈中的一個出現(xiàn)斷路故障，輸出對應測量雙螺旋線圈故障信號，并判斷該數(shù)字測量電壓對應的測量雙螺旋線圈狀態(tài)為“1”若所述工業(yè)計算機一次采樣后得到的某個所述數(shù)字測量電壓信號減去所述數(shù)字參比電壓信號得到的差值Vx，x = 1,2,...，n，與設定的測量信號高電平值和二倍測量信號低電平值之差J_2*k的差值絕對值小于5 %的所述設定的測量信號高電平值J大小，則判斷參比雙螺旋線圈中分別屬于a、b兩組的內(nèi)外兩個測量線圈中的一個出現(xiàn)斷路故障，輸出參比雙螺旋線圈故障信號，并判斷該數(shù)字測量電壓對應的測量雙螺旋線圈狀態(tài)為“ 1” ；若所述工業(yè)計算機一次采樣后得到的某個所述數(shù)字測量電壓信號減去所述數(shù)字參比電壓信號得到的差值Vx，χ = 1，2，. . .，n，與測量信號低電平值的負值_k的差值絕對值小于5%的所述設定的測量信號低電平值k大小，則判斷參比雙螺旋線圈中分別屬于a、b兩組的內(nèi)外兩個測量線圈中的一個出現(xiàn)斷路故障，輸出參比雙螺旋線圈故障信號，并判斷該數(shù)字測量電壓對應的測量雙螺旋線圈狀態(tài)為“O” ；若所述工業(yè)計算機一次采樣后得到的某個所述數(shù)字測量電壓信號減去所述數(shù)字參比電壓信號得到的差值Vx，χ = 1，2，. . .，n，大于零值且與零值差值的絕對值大于5%的所述設定的測量信號低電平值K大小，同時該差值Vx，χ = 1,2,..., n，小于設定的測量信號高電平值和測量信號低電平值之差J_k且與設定的測量信號高電平值和測量信號低電平值之差J_k的差值絕對值大于5%的所述設定的測量信號高電平值J大小，則判斷該數(shù)字測量電壓對應的測量雙螺旋線圈狀態(tài)保持前一采樣時刻下的狀態(tài)不變；若所述工業(yè)計算機一次采樣后得到的某個所述數(shù)字測量電壓信號減去所述數(shù)字參比電壓信號得到的差值Vx，x = 1,2,...，n，大于設定的測量信號高電平值和測量信號低電平值之差J-k且與設定的測量信號高電平值和測量信號低電平值之差J-k的差值絕對值大于 5%的所述設定的測量信號高電平值J大小，同時該差值Vx，x = 1，2，...，n，小于設定的二倍測量信號高電平值和測量信號低電平值之差2*J-k的差值絕對值且與設定的二倍測量信號高電平值和測量信號低電平值之差2*J-k的差值絕對值大于5%的所述設定的測量信號高電平值J大小，則判斷該數(shù)字測量電壓對應的測量雙螺旋線圈狀態(tài)保持前一采樣時刻下的狀態(tài)不變；步驟(2')依次對本次采樣中出現(xiàn)的所有在操作步驟(4)中得到的所述數(shù)字測量電壓減去所述數(shù)字參比電壓信號得到的差值Vx，χ = 1,2, ..., n，不滿足步驟(4)中的各種判斷標準，無法確定該數(shù)字測量電壓對應的測量雙螺旋線圈狀態(tài)的情況按照步驟(1')所述操作進行處理，得到的各個所述數(shù)字測量電壓對應的測量雙螺旋線圈狀態(tài)信息記入步驟 (4)中得到的當前采樣時刻對應η個測量雙螺旋線圈的狀態(tài)信息組合的對應位置，并返回進行所述工業(yè)計算機對所述各數(shù)字電壓信號進行處理后輸出對應所述棒位信息和所述參比雙螺旋線圈以及η個測量雙螺旋線圈的狀態(tài)信息的操作中的步驟(5)，最終完成本次棒位測量操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種具有雙螺旋線圈級聯(lián)結(jié)構(gòu)的棒位測量裝置，其特征在于，當某個測量雙螺旋線圈或者參比雙螺旋線圈中分別屬于a、b兩組的內(nèi)外兩個測量線圈中的一個出現(xiàn)斷路故障，對應的測量雙螺旋線圈或者參比雙螺旋線圈的阻抗增加一倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種具有雙螺旋線圈級聯(lián)結(jié)構(gòu)的棒位測量裝置，其特征在于，所述的測量雙螺旋線圈個數(shù)η大于等于3，任意兩個相鄰的測量雙螺旋線圈中心線之間的距離都是測量芯棒隨控制棒驅(qū)動軸運動的整個行程中運動步距的整數(shù)倍。
專利摘要
一種具有雙螺旋線圈級聯(lián)結(jié)構(gòu)的棒位測量裝置，屬于反應堆的棒位測控技術(shù)領(lǐng)域：
，其特征在于，含有一系列用于棒位測量的測量雙螺旋線圈、一個參比雙螺旋線圈、一根與控制棒驅(qū)動軸同軸連接的由導磁材料段和非導磁材料段交錯排列組成的測量芯棒、一根與所述測量芯棒中非導磁材料段具有相同性質(zhì)材料和結(jié)構(gòu)的參比芯棒、一個現(xiàn)場接線端子盒、一個激勵信號發(fā)生單元、一個信號調(diào)理單元以及一個信息處理單元，其中，信息處理單元中的工業(yè)計算機通過判斷各個測量雙螺旋線圈與參比雙螺旋線圈在同一激勵信號作用下的信號電壓之差確定各個測量雙螺旋線圈狀態(tài)組合并得到對應棒位位置信息，本發(fā)明具有高可靠性，高信噪比和線圈在線故障診斷的優(yōu)點。
文檔編號G21C17/10GKCN101794630SQ201010124860
公開日2012年2月8日 申請日期2010年3月12日
發(fā)明者姜勝耀, 張亞軍, 李勝強, 王文然, 薄涵亮 申請人:清華大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (4), 非專利引用 (1),