[发明专利]一种具有双螺旋线圈级联结构的棒位测量装置

摘要

一种具有双螺旋线圈级联结构的棒位测量装置，属于反应堆的棒位测控技术领域，其特征在于，含有：一系列用于棒位测量的测量双螺旋线圈、一个参比双螺旋线圈、一根与控制棒驱动轴同轴连接的由导磁材料段和非导磁材料段交错排列组成的测量芯棒、一根与所述测量芯棒中非导磁材料段具有相同性质材料和结构的参比芯棒、一个现场接线端子盒、一个激励信号发生单元、一个信号调理单元以及一个信息处理单元，其中，信息处理单元中的工业计算机通过判断各个测量双螺旋线圈与参比双螺旋线圈在同一激励信号作用下的信号电压之差确定各个测量双螺旋线圈状态组合并得到对应棒位位置信息，本发明具有高可靠性，高信噪比和线圈在线故障诊断的优点。

主权项

一种具有双螺旋线圈级联结构的棒位测量装置，其特征在于，含有：一系列用于棒位测量的测量双螺旋线圈、一个参比双螺旋线圈、一根与控制棒驱动轴同轴连接的由导磁材料段和非导磁材料段交错排列组成的测量芯棒、一根与所述测量芯棒中非导磁材料段具有相同性质材料和结构的参比芯棒、一个现场接线端子盒、一个激励信号发生单元、一个信号调理单元以及一个信息处理单元，其中：一系列用于棒位测量的从第1个到第n个共n个测量双螺旋线圈(A1～An)，以自感方式工作，每个测量双螺旋线圈(Ax)，x＝1，2，...，n，由分别属于a、b两组的第1个和第2个内外共两个测量线圈(Axa)和(Axb)，x＝1，2，...，n，构成；所述内外两个测量线圈(Axa)和(Axb)，x＝1，2，...，n，使用同一个线圈骨架同向共轴绕制且阻抗相同；所述内外两个测量线圈中属于b组的一个测量线圈(Axb)，x＝1，2，...，n，靠近相应测量双螺旋线圈(Ax)，x＝1，2，...，n，内侧布置；所述内外两个测量线圈中属于a组的一个测量线圈(Axb)，x＝1，2，...，n，靠近相应测量双螺旋线圈(Ax)，x＝1，2，...，n，外侧布置；所述每个测量双螺旋线圈(Ax)，x＝1，2，...，n，中分别属于a、b两组的第1个和第2个内外共两个测量线圈(Axa)和(Axb)，x＝1，2，...，n，分别独立引线；且所述两个测量线圈(Axa)和(Axb)，x＝1，2，...，n，各自的上下两个引线端分别对应并联连接到所述现场接线端子盒中的对应的一对接线端子(Cax)和(Cbx)上，x＝1，2，...，n；并在所述一对接线端子(Cax)和(Cbx)，x＝1，2，...，n，上分别合并为对应每个接线端子的一对测量引线引出；所述每个测量双螺旋线圈(Ax)，x＝1，2，...，n，在经过对应一对接线端子(Cax)和(Cbx)，x＝1，2，...，n，转接后引出所包含的两个测量线圈(Axa)和(Axb)，x＝1，2，...，n，同向并联共用的两根测量引线；所述第1个到第n个共n个测量双螺旋线圈(A1～An)的结构和电性能参数相同且都各自独立引出测量引线；所述第1个到第n个共n个测量双螺旋线圈(A1～An)同轴等间隔布置；一个参比双螺旋线圈(R)，具有与每个所述测量双螺旋线圈相同的结构和电性能参数，所述参比双螺旋线圈(R)包含有分别属于a、b两组的第1个和第2个内外共两个参比线圈(Ra)和(Rb)；且两个所述参比线圈(Ra)和(Rb)各自的上下两个引线端分别对应并联连接到所述现场接线端子盒中对应的一对接线端子(CRa)和(CRb)上；并在所述一对接线端子(CRa)和(CRb)上分别合并为对应每个接线端子的一对测量引线引出；所述参比双螺旋线圈(R)在经过对应接线端子转接后引出所包含的两个参比线圈(Ra)和(Rb)同向并联共用的两根测量引线；所述参比双螺旋线圈(R)和其他各个所述测量双螺旋线圈通过所述现场接线端子盒中的对应各对接线端子相互之间串联连接而构成按照空间位置从上到下的级联形式；所述参比双螺旋线圈(R)和其他各个所述测量双螺旋线圈构成级联形式连接后的两个公共引线端分别对应连接到所述现场接线端子盒中的两个公共接线端子(S1)和(S2)上；一根所述测量芯棒(B)，由若干个导磁材料段和非导磁材料段交错排列组成，在所述各测量双螺旋线圈内部运动，所述各测量双螺旋线圈安装于所述测量芯棒顶端端面的运动范围之内，所述参比双螺旋线圈安装于所述测量芯棒顶端端面的运动范围之外；一根与所述测量芯棒中非导磁材料段具有相同性质材料和结构的参比芯棒(BR)，置于所述参比双螺旋线圈内部不动；一个激励信号发生单元，由一个激励信号发生器和一个激励信号放大器对应串接而成，所述激励信号放大器的两个输出端分别对应连接到所述现场接线端子盒中的所述两个公共接线端子(S1)和(S2)上，向以级联方式串接的所述参比双螺旋线圈和其他各个所述测量双螺旋线圈(A1～An)输出固定频率的交流激励信号；一个信号调理单元，共有n+1个信号调理电路，每个所述信号调理电路依次由一个差分放大器和一个低通滤波器串接组成，上方第一个所述信号调理电路中的差分放大器的输入端与所述现场接线端子盒中对应所述参比双螺旋线圈经过对应接线端子转接后引出的两根测量引线分别对应相连，其余n个所述信号调理电路中的差分放大器的输入端分别与对应的所述各测量双螺旋线圈经过对应接线端子转接后引出的各对测量引线分别对应相连；信息处理单元，由一个A/D转换电路和一台工业计算机依次串接而成，所述A/D转换电路的输入端共有n+1个分别与所述信号调理单元中n+1个低通滤波器的输出端对应相连的输入端，输入的直流形式的对应所述参比双螺旋线圈产生自感电压的一个参比电压信号和对应所述n个测量双螺旋线圈产生的n个自感电压的n个测量电压信号，在经过所述A/D转换电路转换为对应的n个数字测量电压信号和一个数字参比电压信号后向所述工业计算机输出，其中所述工业计算机依次按以下步骤对所述n个数字测量电压信号和一个数字参比电压信号进行处理后输出对应所述棒位信息和所述参比双螺旋线圈以及n个测量双螺旋线圈的状态信息：步骤(1)：系统初始化操作，包括：激励信号发生单元初始化，设定激励信号发生器产生的信号频率，设定激励信号放大器输出的激励信号开路电压有效值大小，设定激励信号放大器输出的激励信号电流有效值大小且所述激励信号电流有效值恒定不变；工业计算机初始化，设定测量芯棒随控制棒驱动轴运动整个行程中的总运动步数及运动步距，设定工业计算机读取所述A/D转换电路输出的表示所述参比双螺旋线圈产生自感电压的一个数字参比电压信号和表示对应所述n个测量双螺旋线圈产生的n个自感电压的n个数字测量电压信号的采样时间间隔，设定所述A/D转换电路输出的对应所述测量芯棒中的导磁材料段完全进入正常的单个测量双螺旋线圈内部时对应测量双螺旋线圈产生自感电压的数字测量电压信号为测量信号高电平值J，设定所述A/D转换电路输出的对应所述参比芯棒完全进入所述正常的参比双螺旋线圈内部的状态下对应参比双螺旋线圈产生自感电压的数字测量电压信号为测量信号低电平值K，所述A/D转换电路输出的对应所述测量芯棒中的非导磁材料段完全进入正常的单个测量双螺旋线圈内部或者没有所述测量芯棒进入正常的单个测量双螺旋线圈内部时对应测量双螺旋线圈产生自感电压的数字测量电压信号均等于测量信号低电平值K；设定对应所述激励信号放大器输出的激励信号电流有效值大小和激励信号开路电压有效值大小的数字量值；步骤(2)：工业计算机按照步骤(1)设定的采样时间间隔进行循环等时间间隔采样，每次读取所述A/D转换电路输出的表示所述参比双螺旋线圈产生自感电压的一个数字参比电压信号和表示对应所述n个测量双螺旋线圈产生的n个自感电压的n个数字测量电压信号；步骤(3)：当工业计算机一次采样后得到的所述A/D转换电路输出的表示所述参比双螺旋线圈产生自感电压的一个数字参比电压信号和表示对应所述n个测量双螺旋线圈产生的n个自感电压的n个数字测量电压信号与前一次采样后得到的所述对应一个数字参比电压信号和n个数字测量电压信号不相等时，工业计算机进行如下判断：若所述一个数字参比电压信号和n个数字测量电压信号中的某个与零值差值的绝对值小于5％的其他各个所述数字测量电压信号及数字参比电压信号平均值大小，则判断该电压信号对应测量双螺旋线圈或者参比双螺旋线圈短路失效，输出报警信号，并中止棒位测量操作；若所述一个数字参比电压信号和n个数字测量电压信号中的某个与之前设定的所述激励信号放大器输出的激励信号开路电压有效值大小的数字量值之差的绝对值小于5％的所述激励信号放大器输出的激励信号开路电压有效值大小的数字量值，而其他各个所述数字测量电压信号或者数字参比电压信号与零值差值的绝对值小于5％的所述激励信号放大器输出的激励信号开路电压有效值大小的数字量值，则判断该电压信号对应测量双螺旋线圈或者参比双螺旋线圈完全断路失效，输出报警信号，并中止棒位测量操作；步骤(4)：工业计算机计算步骤(2)中得到的n个所述数字测量电压信号分别减去所述数字参比电压信号对应得到的差值V1～Vn，并进行判断：若工业计算机一次采样后得到的某个所述数字测量电压减去所述数字参比电压信号得到的差值Vx，x＝1，2，...，n，与设定的测量信号高电平值和测量信号低电平值之差(J-k)的差值绝对值小于5％的所述设定的测量信号高电平值J大小，则判断该数字测量电压对应的测量双螺旋线圈状态为“1”；若工业计算机一次采样后得到的某个所述数字测量电压减去所述数字参比电压信号得到的差值Vx，x＝1，2，...，n，与零值差值的绝对值小于5％的所述设定的测量信号低电平值K大小，则判断该数字测量电压对应的测量双螺旋线圈状态为“0”；依次对n个测量双螺旋线圈进行上述判断操作，得到当前采样时刻对应n个测量双螺旋线圈的状态信息组合；步骤(5)：将步骤(4)中得到的当前采样时刻对应n个测量双螺旋线圈的状态信息组合与预先存贮在工业计算机内部的“n个测量双螺旋线圈的状态信息组合与对应棒位位置对应关系表”中存贮的各种n个测量双螺旋线圈的状态信息组合情况进行比较，即可确定当前采样时刻下的棒位位置信息，工业计算机可以将所述棒位位置信息进一步输出。