一种高可靠性核电领域泵速测量装置的制作方法

本发明涉及核电厂数字化仪控技术领域，具体涉及一种高可靠性核电领域泵速测量装置。

背景技术：

设备的许多特性参数由其与转速的函数关系进行确定，故转速是能源设备与动力机械性能测试中的一个重要的特性参量。核电厂设有多台泵，这些泵的转速对于核电厂的安全至关重要，核电反应堆后级安全保护系统需要准确获得这些泵的转速，同时，泵速作为核电安全保护设备的输入过程量，对其稳定性和准确性都具有很高的要求。

采用转速传感器对泵速进行测量，目前的转速传感器分为接触式和非接触式，核电领域选用的是磁电式非接触式传感器。核电反应堆后级安全保护系统要得到准确的泵速，需要先将转速传感器输出的非标信号调理为工业标准电信号，则泵速测量的关键技术在于如何处理转速传感器输出的非标信号。现有技术通常通过以下两种方式：1、通过专用调理模块先将转速传感器输出信号调理为与转速对应的4mA-20mA电流信号，再将电流信号送入后级安全级保护系统或非安全级设备。该方法将传感器信号调理模块设计为独立机箱增加了设计的复杂度，同时利用4mA-20mA模拟量信号传输对传送路径的抗干扰性具有较高要求，在复杂应用环境容易造成的测量精度降低。2、传感器输出信号直接送入核电反应堆后级保护系统，通过对信号进行比较将伪正弦信号转化为脉冲信号，并使用计数器对方波信号计数后转换为对应转速量。该方法使用固定阈值比较器进行比较，其中比较器不同门限的设置会影响到信号判断的准确性，同时不能灵活的兼容不同输出幅度的传感器。在实际应用中，为了适应不同类型传感器的测量，转号，同时需要测量设备具有高可靠内部电路结构以满足测量结果的可靠性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是对核电领域泵速进行准确、稳定的测量，目的在于提供一种高可靠性核电领域泵速测量装置，解决当前的测量装置测量不准确、抗干扰能力弱、稳定性差的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种高可靠性核电领域泵速测量装置，包括电源单元、转速传感器、信号调理单元和信号处理单元，其中，

所述电源单元与转速传感器、信号调理单元和信号处理单元均电连接，用于转速传感器、信号调理单元、信号处理单元供电；

所述转速传感器输出端与信号调理单元输入端电连接，用于获取泵速信号，并将其发送至信号调理单元；

所述信号调理单元输出端与信号处理单元输入端电连接，用于将转速传感器发送的泵速信号由伪正弦信号转换为方波信号发送至信号处理单元；所述信号调理单元具体包括第一比较电路和第二比较电路，所述第一比较电路输入端和第二比较电路输入端均连接转速传感器输出端，第一比较电路输出端和第二比较电路输出端均连接信号处理单元输入端；

所述信号处理单元用于对信号调理单元输出的方波信号进行计数，并将计数值转换为工业标准电信号，作为测量泵速输出。

特别地，所述信号调理单元还包括预处理单元，所述预处理单元包括低通滤波器和限幅电路，转速传感器输出端依次经低通滤波器和限幅电路输入第一比较电路和第二比较电路。

特别地，所述第一比较电路采用积分比较电路，所述第二比较电路采用滞回比较电路。

特别地，所述信号处理单元包括与门电路、第一计数电路、第二计数电路和处理器，与门电路输入端连接信号调理单元输出端，与门电路输出端连接第一计数电路输入端和第二计数电路输入端，第一计数电路输出端和第二计数电路输出端连接处理器输入端，处理器输出端外接反应堆保护组。

特别地，所述第一计数电路采用集成芯片计数电路，所述第二计数电路采用分立器件计数电路。

特别地，所述电源单元包括第一电源单元和第二电源单元，所述第一电源单元与信号处理单元电连接，所述第二电源单元与转速传感器和信号调理单元电连接。

特别地，所述第一电源单元包括第一热插拔模块和第一电源隔离模块，第一外部电源依次经第一电源单元和第一热插拔模块给信号处理单元供电；所述第二电源单元包括第二热插拔模块和第二电源隔离模块，第二外部电源依次经第二电源单元和第二热插拔模块给转速传感器和信号调理单元供电。

特别地，所述高可靠性核电领域泵速测量装置设置于反应堆保护系统机柜中。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明所述一种高可靠性核电领域泵速测量装置，测量精度高，抗干扰能力强，可靠性、稳定性好。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例1提供的一种高可靠性核电领域泵速测量装置电路结构框图。

图2为本发明实施例1提供的限幅电路、积分比较电路和滞回比较电路的电路原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，图1为本发明实施例1提供的一种高可靠性核电领域泵速测量装置电路结构框图。

本实施例中，所述高可靠性核电领域泵速测量装置具体包括电源单元、转速传感器、信号调理单元和信号处理单元。

所述电源单元包括第一电源单元和第二电源单元，所述第一电源单元包括第一热插拔模块和第一电源隔离模块，第一外部电源依次经第一电源单元和第一热插拔模块给信号处理单元供电；所述第二电源单元包括第二热插拔模块和第二电源隔离模块，第二外部电源依次经第二电源单元和第二热插拔模块给转速传感器和信号调理单元供电。该电源单元采用冗余拓扑模式连接外部电源，包括两路独立的供电电源，避免因电源的共因故障导致测量装置掉电。同时，每路独立电源都设有热插拔模块，对外部输入电源进行管理，对每路输入电源的过流、过压、超功率等进行监控，在监控到某一路电源发生故障时，切断该路供电，避免因电源故障而损坏测量装置，确保测量装置运行中电源的稳定性。进一步，电源单元分两路给测量装置供电，其中，一路给转速传感器和信号调理单元供电，一路给信号处理单元供电，并在每路供电电路中设置电源隔离模块，从而将信号输入、调理单元和信号处理单元进行有效的电气隔离，进而实现模拟电路与数字电路的隔离，减少了数字电路中高频信号对模拟电路的干扰，即避免了信号处理单元对信号调理单元的串扰。

所述转速传感器与信号调理单元电连接，获取泵速信号，并将其发送至信号调理单元。转速传感器分为接触式和非接触式，核电领域选用的是磁电式非接触式传感器，故本实施例所述转速传感器采用磁电式非接触式传感器。

转速传感器输出信号为正弦信号，信号调理单元输入端连接转速传感器输出端，信号调理单元输出端连接信号处理单元输入端，将转速传感器发送的泵速信号由正弦信号转换为方波信号发送至信号处理单元。所述信号调理单元包括第一比较电路和第二比较电路，第一比较电路采用积分比较电路，第二比较电路采用滞回比较电路，积分比较电路输入端和滞回比较电路输入端均连接转速传感器输出端，积分比较电路输出端和滞回比较电路输出端均连接信号处理单元输入端。

本实施例的优选实施方式为转速传感器输出端与积分比较电路输入端和滞回比较电路输入端之间还设有预处理单元，所述预处理单元包括低通滤波器和限幅电路，转速传感器输出端依次经低通滤波器和限幅电路连接第一比较电路输入端和第二比较电路输入端。低通滤波器为现有技术，限幅电路、积分比较电路和滞回比较电路如图2所示，图2为本发明实施例1提供的限幅电路、积分比较电路和滞回比较电路的电路原理图。

所述限幅电路、积分比较电路和滞回比较电路包括运算放大器A0、第一比较器A1、第二比较器A2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、电容C1和二极管D1。其中，传感器输出转速信号经低通滤波器滤波后一路经第一电阻R1连接运算放大器A0的负输入端，一路连接第一比较器A1的负输入端；第一基准电压一路经第二电阻R2连接运算放大器A0的正输入端，一路经第三电阻R3连接第一比较器A1的正输入端；电容C1和二极管D1并联后设置于运算放大器A0的负输入端和输出端之间，二极管D1的阳极连接运算放大器A0的负输入端，二极管D1的阴极连接运算放大器A0的输出端；第四电阻R4设置于第一比较器A1的正输入端和输出端之间；第二基准电压经第六电阻R6连接第二比较器A2的负输入端，第五电阻R5设置于运算放大器A0的输出端与第二比较器A2的正输入端之间，第一比较器A1的输出端与第二比较器A2的输出端分别连接信号处理单元中与门电路的两个输入端。

所述信号调理单元中，滤波电路滤除转速传感器输出信号中的杂质，获得干净的信号；限幅电路将转速传感器输出信号中超过调理范围的信号进行等比例衰减，以便该测量装置可以兼容不同的转速传感器。滤波、限幅后的信号通过两种方式进行调理以将正弦信号转换为方波信号。一种方式当滤波、限幅后的信号大于第一基准电压时启动积分比较电路，积分比较电路采集并积累转速传感器在转速周期的磁通量变化量，当变化量累计达到设定的第二基准电压时，触发第二比较器A2输出对应宽度的方波信号；另一种方式波、限幅后的信号通过第一比较器A1与第一基准电压比较后产生方波信号。其中，第一种方式提高了对现场信号中噪声抑制的作用，同时，通过第一基准电压、第二基准电压设置不同的门限比较值，两种方式相互弥补达到对信号的准确判断，只有当两种方式的输出都为高电平信号时信号处理单元才进行计数，该电路能够对外部的干扰信号进行有效的滤除，提高了调理信号输出的质量，保证了信号处理单元的测量精度，增加了装置的可高。

所述信号处理单元对信号调理单元发送的方波信号进行计数，并将计数值转换为工业标准电信号，作为测量泵速输出。所述信号处理单元包括与门电路、集成电路计数电路、分立器件计数电路和处理器，与门电路的两个输入端分别连接积分比较电路输出端和滞回比较电路输出端，与门电路输出端连接集成电路计数电路输入端和分立器件计数电路输入端，集成电路计数电路输出端和分立器件计数电路输出端连接处理器输入端，处理器输出端外接反应堆保护组。

核电领域的泵速测量为低频测试应用。为了保证转速转换精度，本实施例采用测周期法，即选用已知频率的高频时钟信号作为计数基准对信号调理电路产生的相邻两个计数方波的间隔时间进行测量，该方法的转速转换精度可达到0.1％F.S。

通过积分比较器和滞回比较器两种调理方式获取的方波信号经与门电路进行与逻辑之后产生计数脉冲信号，分别通过集成电路计数电路和分立器件计数电路对与门电路输出的计数脉冲信号进行计数，处理器同时读取两种计数方式的计数结果并进行处理，按照二取一方式(1oo2D)确定计数结果以确保计数值的可靠性，处理器处理后的数据经过自定义协议的LVDS总线，作为泵速测量结果送入安全级保护系统。

本实施例的优选实施方式为所述高可靠性核电领域泵速测量装置设置于反应堆保护系统机柜中，测量结果通过背板总线(LVDS总线)的方式送入保护系统，降低了数据传送过程中的误码率和响应时间，确保了泵速测量结果在进入核电反应堆保护系统或监控系统时转速值的准确性。

本发明的技术方案采用冗余电源拓扑和热插拔技术确保设备运行电源的稳定性，采用处理器和逻辑处理芯片的架构分别进行数据处理和通信任务以提高设备信号处理的能力，逻辑芯片通过背板总线(LVDS总线)的方式将处理器的测量结果送入保护系统；采用限幅电路确保兼容不容类型的转速传感器；采用积分比较和滞回比较两种比较方式提高信号调理的准确性和稳定性；采用集成电路和分立器件两种计数方式确保信号处理的可靠性；采用将测试装置设置于反应堆保护系统机柜中降低测量结果输出过程中的误码率，从而提高了整个核电领域泵速测量装置的准确性、稳定性、灵活性和可靠性。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。