专利名称：一种基于磁致伸缩原理的核反应堆控制棒棒位测量系统的制作方法
技术领域：
本发明属于反应堆测控技术领域，尤其涉及一种基于磁致伸縮原理工作
的传感器的核反应堆控制棒棒位测量系统。
技术背景控制棒及其驱动机构是保证反应堆安全运行的重要装置。在正常工况 下，通过调节控制棒棒位，可以实现反应堆的正常启动与停闭，使反应堆在给定的功率水平 运行或进行反应堆功率调节；在事故工况下，通过快速插入控制棒来降低堆芯反应性，从而 实现紧急停堆。棒位测量系统是该装置中最重要的系统之一，其可靠性与安全性关系到整 个反应堆的正常运行与安全。 目前，在大多数核反应堆中使用的控制棒棒位测量系统主要包含角度式、超声波 式、电涡流式和电感式等几种。 角度式位置指示器是将移动距离转换为角度信号来进行测量，这种方法的主要缺
点是系统响应速度较慢、加工精度要求高、互换性差、系统检验和标定困难等。 超声波式位置指示器是通过计算反射波与发射波的时差来得到位置信号，这种方
法的主要缺点是由于测量结果为相对位置，对系统安装要求高，特别是在沸水堆以及堆内
产生气泡的事故状态下不能工作等。 电涡流式和电感式位置指示器，由于存在测量装置体积较大、制作难度大、容错性 能较低、抗干扰能力较低等问题，往往造成测量系统失效。 综上所述，以上各类型传感器最大的缺陷是，均不能直接在压力壳内高温、恶劣辐 照环境下工作。 发明内容本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种基于磁致伸縮原理的 控制棒棒位测量系统，可直接在高温、恶劣辐照环境下工作，解决现有反应堆控制棒的棒位 测量系统体积庞大，结构不紧凑的问题的核反应堆控制棒棒位测量系统。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案 —种基于磁致伸縮原理的核反应堆控制棒棒位测量系统，其特征在于包括
—根装有波导丝的非导磁探杆，所述非导磁探杆尾端装有回波信号拾取线圈；波 导丝用于接收电流脉冲，该脉冲通过拾取线圈使非导磁探杆外产生一个圆周磁场；波导丝 用于产生应变机械回波信号； —个套在非导磁探杆上的活动磁环与控制棒联接；活动磁环用于反映控制棒位置 变化； —个与波导丝联接的装配有微处理器的控制变送器；控制变送器用于向波导丝发 送电流脉冲和接收波导丝产生的应变机械回波信号，并通过分析激励脉冲与回波信号之间 的时间间隔来准确地测量控制棒的位置。 优选的，所述的波导丝由Fe-Ni系磁致伸縮合金材料系或Fe-Al系磁致伸縮合金 材料制成。 优选的，所述控制变送器包括激励脉冲信号发生电路、回波信号放大电路、内置位 移计算装置的微处理器、标准信号变送输出电路、电源电路； 激励脉冲信号发生电路用于产生电流脉冲，并将该电流脉冲传送给波导丝；
回波信号放大电路用于接收波导丝产生的应变机械回波信号； 标准信号变送输出电路用于活动磁环的回波位置信号放大，然后将放大信号输入 微处理器，根据回波和反射波时间计算出活动磁环位置，并输出与活动磁环位置相对应的 4 20mA电流。 微处理器用于测量系统的时序控制并对测量信号作计时、补偿等计算，并输出 0 2. 5V信号。 电源电路用于给控制变送器提供电力。
本发明具有单磁环温度补偿作用，参见图3 : 波导丝内传播的机械波在高温下波速会改变，从而带来测量误差，目前现行的补
偿方法如温度测量法等会使整机结构复杂，且测量误差大。本专利利用单一测量磁环进行
温度补偿，其从测量原理上根本消除了温度对测量结果的影响，且整机结构简单。 其测量原理如下如图3所示，磁环在非导磁探杆上运动到b点时，波导丝在该点
产生向两个方向传播的机械波，即b — a(回波)和b — c — a(反射波)，回波和反射波的
时间定义为^和t2。 ^和t2可以直接测量，设波速为v，则磁环的准确位置为 " 一
02 .v + ^ .v)/2
整理上式得
j =
的影响
02 +"/2
即磁环的准确位置与回波与反射波的波速无关，从原理上消除了温度对测量结果
本发明的优点及突出性效果
与现有技术相比，本发明具有以下优点及突出效果
(1)本发明所述的控制棒棒位测量系统，可以在300 °C高温和1 X 1014n/ cm2( < 1MeV)中子剂量、1 X 107Gray Y射线剂量环境下工作。 (2)本发明所述的控制棒棒位测量系统，由于作为确定位置的活动磁环或浮球和 敏感元件并无直接接触，不会对传感器造成任何磨损，可以大大地提高检测的可靠性和使 用寿命。 (3)本发明所述的控制棒棒位测量系统输出信号为绝对位移值，即使电源中断、重 接，数据也不会丢失，更无须重新归零。 (4)本发明所述的控制棒棒位测量系统结构简单、紧凑，引出线少，特别适用于一 体化小型堆。 本发明核反应堆控制棒棒位测量系统的有益效果是，可直接在高温、恶劣辐照环 境下工作，不会对传感器造成任何磨损，大大地提高了检测的可靠性和使用寿命，并且即使 电源中断、重接，数据也不会丢失，更无须重新归零，结构简单、紧凑，引出线少，特别适用于 一体化小型核反应堆。
图1是本发明的结构示意图； 图2是本发明输出电流与控制棒棒位之间的位移矢量示意图；
图3是本发明单磁环温度补偿原理4
图4是本发明微处理器53内置位移计算装置的工作逻辑图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明 参见图1、图2、图4，一种基于磁致伸縮原理的核反应堆控制棒棒位测量系统，其 特征在于包括 —根装有波导丝2的非导磁探杆l，所述非导磁探杆l尾端装有回波信号拾取线圈 4 ;波导丝2用于接收电流脉冲，该脉冲通过拾取线圈4使非导磁探杆1外产生一个圆周磁 场；波导丝2还用于产生应变机械回波信号； —个套在非导磁探杆1上的活动磁环3与控制棒联接；活动磁环3用于反映控制 棒位置变化； —个与波导丝2联接的装配有微处理器53的控制变送器5 ;控制变送器5用于向 波导丝2发送电流脉冲和接收波导丝2产生的应变机械回波信号，并通过分析激励脉冲与 回波信号之间的时间间隔来准确地测量控制棒的位置。 所述的波导丝2由Fe-Ni系磁致伸縮合金材料系或Fe-Al系磁致伸縮合金材料制 成。 所述控制变送器5包括激励脉冲信号发生电路51、回波信号放大电路52、内置位 移计算装置的微处理器53、标准信号变送输出电路54、电源电路55 ; 激励脉冲信号发生电路51用于产生电流脉冲，并将该电流脉冲传送给波导丝2 ; 回波信号放大电路52用于接收波导丝2产生的应变机械回波信号； 标准信号变送输出电路54用于活动磁环3的回波位置信号放大，然后将放大信号
输入微处理器53，根据回波和反射波时间计算出活动磁环3位置，并输出与活动磁环3位置
相对应的4 20mA电流。 微处理器53用于测量系统的时序控制并对测量信号作计时、补偿等计算，并输出 0 2. 5V信号。 电源电路55用于给控制变送器5提供电力。
权利要求
一种基于磁致伸缩原理的核反应堆控制棒棒位测量系统，其特征在于包括一根装有波导丝(2)的非导磁探杆(1)，所述非导磁探杆(1)的尾端装有回波信号拾取线圈(4)；波导丝(2)用于接收电流脉冲，该脉冲通过拾取线圈(4)使非导磁探杆(1)外产生一个圆周磁场；波导丝(2)还用于产生应变机械回波信号；一个套在非导磁探杆(1)上的活动磁环(3)与控制棒联接；活动磁环(3)用于反映控制棒位置变化；一个与波导丝(2)联接的装配有微处理器(53)的控制变送器(5)；控制变送器(5)用于向波导丝(2)发送电流脉冲和接收波导丝(2)产生的应变机械回波信号，并通过分析激励脉冲与回波信号之间的时间间隔来准确地测量控制棒的位置。
2. 根据权利要求1所述的基于磁致伸縮原理的核反应堆控制棒棒位测量系统，其特征 在于所述的波导丝(2)由Fe-Ni系磁致伸縮合金材料系或Fe-Al系磁致伸縮合金材料制 成。
3. 根据权利要求1所述的基于磁致伸縮原理的核反应堆控制棒棒位测量系统，其特征 在于所述控制变送器(5)包括激励脉冲信号发生电路(51)、回波信号放大电路(52)、内置 位移计算装置的微处理器(53)、标准信号变送输出电路(54)、电源电路(55);激励脉冲信号发生电路(51)用于产生电流脉冲，并将该电流脉冲传送给波导丝(2);回波信号放大电路(52)用于接收波导丝(2)产生的应变机械回波信号；标准信号变送输出电路(54)用于活动磁环(3)的回波位置信号放大，然后将放大信号 输入微处理器(53)，根据回波和反射波时间计算出活动磁环(3)位置，并输出与活动磁环 (3)位置相对应的4 20mA电流；微处理器(53)用于测量系统的时序控制并对测量信号作计时、补偿计算，并输出0 2. 5V信号；电源电路(55)用于给控制变送器(5)提供电力。
全文摘要
本发明公开了一种基于磁致伸缩原理的核反应堆控制棒棒位测量系统，其特征在于包括一根装有波导丝的非导磁探杆，所述非导磁探杆尾端装有回波信号拾取线圈；一个套在非导磁探杆上的活动磁环与控制棒联接；活动磁环用于反映控制棒位置变化；一个与波导丝联接的装配有微处理器的控制变送器。本发明核反应堆控制棒棒位测量系统的有益效果是，可直接在高温、恶劣辐照环境下工作，不会对传感器造成任何磨损，大大地提高了检测的可靠性和使用寿命，并且即使电源中断、重接，数据也不会丢失，更无须重新归零，结构简单、紧凑，引出线少，特别适用于一体化小型核反应堆。
文档编号H01L41/06GK101789274SQ200910103119
公开日2010年7月28日 申请日期2009年1月22日 优先权日2009年1月22日
发明者张登友, 杨柯, 杨百炼, 王宏 申请人:重庆仪表材料研究所