[发明专利]一种消除自给能中子探测器延迟效应的方法

摘要

一种消除自给能中子探测器延迟效应的方法，写出探测器单位体积内各中间核素数量N_i(t)关于中子通量密度φ(t)的动态微分方程组以及探测电流I(t)与各中间核素数量及中子通量密度φ(t)的表达式，通过对方程组和表达式变换得到N_i(nT_s)和N_i((n-1)T_s)及I((n-1)T_s)的关系式，同时得到φ(nT_s)和N_i(nT_s)及I(nT_s)的关系式；给出N_i(0),I(0)的初始值；通过测量中子探测器的电流进行取样，得到电流采样的测量值I_m(nT_s)；对其处理得到I_s(nT_s)；得出下一步循环中探测器单位体积内各中间核素数量及当前时间段消除时间延迟效应的中子通量密度的瞬时值并输出；本发明克服了半衰期限制带来的电流信号延迟问题；引入噪声过滤使其更适合于反应堆堆芯的复杂的探测环境；无需拉氏变换、Z变换。

主权项

一种消除自给能中子探测器延迟效应的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：根据探测器材料在中子场中的反应物理过程画出其原理图；步骤2：根据步骤1画出的反应机制原理图写出探测器单位体积内各中间核素数量N_i(t)关于中子通量密度φ(t)的动态微分方程组（1），写出探测电流I(t)与各中间核素数量及中子通量密度φ(t)的表达式（2）；并根据实际探测器刻度数据得到探测器单位体积内材料核素的个数、探测器对中子的瞬时成分的灵敏度、探测器单位体积内材料核素及各中间核素在中子场中的不同反应产生电流的效率参数；dN_i(t)/dt＝F_i(N₁(t),....,N_i(t),....N_m(t),φ(t))     （1）I(t)＝F(N₁(t),....,N_i(t),....N_m(t),φ(t))     （2）式中：i表示第i个相关核素；m表示共有m个相关核素；t表示时间；步骤3：将步骤2中得出的中子通量密度表达式（2）整理成表达式（3）的形式，即将中子通量密度表示为探测电流和各中间核素数量的关系，由于电流中缓发电流都是中间核素衰变产生的，则只要知道各中间核素数目即可将缓发电流消除得到能直接反应中子通量密度的瞬发电流的值，将表达式(3)带入动态微分方程组（1）中得到探测器单位体积内各中间核素数量N_i(t)关于探测电流I(t)的动态微分方程组（4）；φ(t)＝G(N₁(t),....,N_i(t),....N_m(t),I(t))     （3）dN_i(t)/dt＝G_i(N₁(t),....,N_i(t),....N_m(t),I(t))     （4）步骤4：将步骤3中得到的动态微分方程组（4）中的dN_i(t)/dt写成相邻采样点时间段内探测器单位体积内各中间核素的数量之差除以步长(N_i(nT_s)‑N_i((n‑1)T_s))/T_s的形式、N_i(t)写成N_i((n‑1)T_s)的形式、I(t)写成I((n‑1)T_s)的形式，T_s为探测器电流的取样时间间隔，即取样步长，n为步数；得到N_i(nT_s)和N_i((n‑1)T_s)的关系式（5）；N_i(nT_s)＝G_i(N₁((n‑1)T_s),....,N_i((n‑1)T_s),....N_m((n‑1)T_s),I(nT_s))     （5）步骤5：给出探测器单位体积内各中间核素数量N_i(t)和探测电流I(t)在时间t=0时的初始值N_i(0)和I(0)，当停堆时放入探测器并启用或者反应堆稳定功率运行时突然启用探测器时，N_i(0)=0、I(0)=0；当探测器已经启用一段时间时，初始值N_i(0)和I(0)依据不同状态取相应值；步骤6：在实际测量中通过测量中子探测器的电流进行取样，得到电流采样的测量值I_m(nT_s)；步骤7：对电流采样的测量值I_m(nT_s)使用改进型kalman滤波的自适应调整算法处理，降低噪声的影响并防止将突变平滑化；所述的改进型kalman滤波的自适应调整算法由滤波和状态判断两部分组成；（1）滤波：对电流采样的测量值I_m(nT_s)进行kalman滤波处理得到kalman滤波后电流I(nT_s)；（2）状态判断：判断反应堆系统是否处于突变状态来防止突变电流被kalman滤波系统过滤掉，其判断规则为：利用kalman滤波后电流I(nT_s)，对比I_m(nT_s)与I(nT_s)之差的绝对值，看其是否大于阈值；如果大于阈值，则表示电流信号出现比较大的波动，则判断反应堆内中子通量出现了突变，此时将电流采样的测量值I_m(nT_s)赋给输出电流I_s(nTs)并输出；如果小于阈值，则表示电流信号波动比较小，则判断此时波动是由噪声引起，则直接将kalman滤波后电流I(nTs)的值赋给输出电流I_s(nTs)并输出；步骤8：将步骤7输出的电流值I_s(nTs)与当前步探测器单位体积内各中间核素数量N_i(nT_s)分别带入到N_i((n+1)T_s)＝H_i(N₁(nT_s),....,N_i(nT_s),....N_m(nT_s),I_s(nT_s))以及φ(nT_s)＝G(N₁(nT_s),....,N_i(nT_s),....N_m(nT_s),I_s(nT_s))中，得出下一步循环中探测器单位体积内各中间核素数量N_i((n+1)T_s)以及当前时间段消除时间延迟效应的中子通量密度φ(nT_s)的瞬时值；将φ(nT_s)输出，同时返回步骤6。