安全壳气体参数数据采集系统、方法以及泄漏率测量系统与流程

本发明涉及核电领域，尤其涉及一种安全壳气体参数数据采集系统、方法以及泄漏率测量系统。

背景技术：

安全壳是核安全的第三道屏障，用于包容核主回路泄漏物质，以免放射性物质泄漏至核电站周围环境。为监测安全壳结构的密封性和强度，需要定期向安全壳内充入一定压力的气体，以对安全壳进行安全壳打压试验(ctt)。安全壳需要在工程建造阶段(装料前)、机组投入运行后第一次大修、每隔十年的大修三种情况下进行ctt试验。一般情况下，安全壳在60年运行寿期及5年建造阶段，总共需要执行7次ctt试验。

安全壳泄漏率是安全壳密封性能的一个重要指标。在ctt试验期间，对安全壳内的温度、湿度、压力等参数进行测量，利用理想气体状态方程，可间接测量安全壳泄漏率。为了测量安全壳内的气体参数，需要安装一套测量网络，包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、信号电缆、数据采集设备、数据计算模块等。

如图1，现有的一种安全壳泄漏率测量系分为安全壳泄漏率测量网络、安全壳泄漏率分析系统两个部分。其中，测量网络用于安全壳内气体参数测量信号的传递，由下列部分构成：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、集线箱、传感器安装箱盒、信号电缆、电气贯穿件、专用集线机柜。其中，分析系统用于安全壳内气体参数测量、计算，并承担火灾监控、报警、人机交互等功能，由下列部分构成：信号电缆转换接口、多路复用器、高精度数据采集器、报警及其他辅助模块、电源模块、数据采集计算机、数据处理计算机。一般情况下，该方案中的传感器安装箱盒、信号电缆、集线箱、电气贯穿件、专用集线机柜等为永久设备。

如图2，现有的另一种方案与图1的方案类似，但分析系统中除了计算机、数据处理计算机、报警及其他辅助模块之外的设备放置在安全壳厂房内。

以上两种方案，都存在如下的缺陷：

1)造价高，对于百万千瓦核电机组，特别是图1的方案中，安全壳泄漏率测量网络中的传感器安装箱盒、信号电缆、集线箱、电气贯穿件、专用集线机柜为永久设备，总造价约为1000万元；

2)利用率低，安全壳厂房在建造和运行阶段，总共仅需执行7次ctt试验，即该测量网络仅适用7次。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述造价高的缺陷，提供一种安全壳气体参数数据采集系统、方法以及泄漏率测量系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：1

第一方面，提供一种安全壳气体参数数据采集系统，包括无线传输网络和多个无线传感器模块，其中：

多个无线传感器模块，分布在安全壳内的各个气体参数测量点，所述无线传感器模块用于获取其所在的气体参数测量点的气体参数数据，并将所述气体参数数据进行模数转换后发送至所述无线传输网络中；

无线传输网络，由路由管理器和多个无线路由器构成，所述多个无线路由器布置于安全壳的不同位置以便使所述无线传输网络覆盖所有的气体参数测量点，所述路由管理器可通过穿越安全壳的通讯电缆与外部的安全壳泄漏率分析系统连接，用于将无线传输网络获取的所有气体参数数据上传给所述泄漏率分析系统以便计算安全壳泄漏率。

优选的，所述无线传输网络为zigbee传输网络，所述路由管理器zigbee协调器，所述无线路由器为zigbee路由器。

优选的，所述无线传感器模块包括：

传感器探头，用于采集原始的模拟信号形式的气体参数数据；

模数转换电路，连接所述传感器探头，用于将所述气体参数数据进行模数转换；

无线终端，用于与所述无线传输网络无线通信；

控制器，分别与模数转换电路、无线终端连接，用于控制所述无线终端将模数转换电路转换后的数字信号形式的气体参数数据发往所述无线传输网络。

优选的，所述传感器探头包括以下任一种或者任一种的组合：温度传感探头、湿度传感探头、压力传感探头。

优选的，所述无线终端为zigbee终端。

优选的，所述无线传感器模块还包括分别与所述控制器连接的电源和存储电路。

优选的，所述无线传感器模块还包括与所述控制器连接的接口电路。

第二方面，提供一种安全壳气体参数数据采集方法，包括：

选择路由管理器和多个无线路由器构成无线传输网络，所述路由管理器通过穿越安全壳的通讯电缆与外部的安全壳泄漏率分析系统连接，所述多个无线路由器布置于安全壳的不同位置以便使所述无线传输网络覆盖所有的气体参数测量点，将多个无线传感器模块分布在安全壳内的各个气体参数测量点；

无线传感器模块获取其所在的气体参数测量点的气体参数数据，并将所述气体参数数据进行模数转换后发送至所述无线传输网络中；

所述路由管理器将无线传输网络获取的所有气体参数数据上传给所述泄漏率分析系统以便计算安全壳泄漏率。

优选的，所述无线传输网络为zigbee传输网络，所述路由管理器zigbee协调器，所述无线路由器为zigbee路由器。

第三方面，提供一种安全壳泄漏率测量系统，包括上述的数据采集系统和所述泄漏率分析系统。

本发明的安全壳气体参数数据采集系统、方法以及泄漏率测量系统，具有以下有益效果：大幅度降低工程造价，使用本发明的方案后，模数转换功能在无线传感器模块上完成，整个网络传输的信号为数字信号，因此可取消安全壳泄漏率测量网络中的传感器安装箱盒、信号电缆、集线箱、电气贯穿件、专用集线机柜等设备，以及安全壳泄漏率测量系统中的多路复用器、高精度数据采集模块等设备，大幅度的降低工程造价，系统造价约为传统技术方案中永久设备造价的10％，且可重复使用。

进一步地，使用的zigbee传输方案时，无线信号发射功率低于10mw，对机组电磁干扰较小，可以直接使用，系统可靠性高、单个设备重量轻，且由于zigbee具有自组网功能，若网络中的某个路由器损坏，zigbee网络可自动根据实际情况调整数据传输路径，因此系统鲁棒性强。温度传感器、湿度传感器、路由器重量均低于250g，工作时间大于20天，可满足ctt试验需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是现有的一种泄漏率测量系统的结构示意图；

图2是现有的另一种泄漏率测量系统的结构示意图；

图3是本发明泄漏率测量系统的结构示意图；

图4是无线传感器模块的结构示意图；

图5是本发明安全壳气体参数数据采集方法的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，本文所述“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本发明总的思路是：安全壳气体参数数据采集系统包括无线传输网络和多个无线传感器模块，将多个无线传感器模块分布在安全壳内的各个气体参数测量点，所述无线传感器模块用于获取其所在的气体参数测量点的气体参数数据，并将所述气体参数数据进行模数转换后发送至所述无线传输网络中，无线传输网络由路由管理器和多个无线路由器构成，所述多个无线路由器布置于安全壳的不同位置以便使所述无线传输网络覆盖所有的气体参数测量点，所述路由管理器可通过穿越安全壳的通讯电缆与外部的安全壳泄漏率分析系统连接，用于将无线传输网络获取的所有气体参数数据上传给所述泄漏率分析系统以便计算安全壳泄漏率。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参考图3，本发明的核电站安全壳泄漏率测量系统，包括安全壳气体参数数据采集系统和安全壳泄漏率分析系统。其中，数据采集系统设置在安全壳厂房内，泄漏率分析系统位于专门的安全壳泄漏率测量房间内。

本实施例中的泄漏率分析系统包括采集计算机、数据处理计算机以及报警及其他辅助模块，采集计算机、数据处理计算机以及报警及其他辅助模块的工作原理参考现有方案，所不同的是，采集计算机从安全壳气体参数数据采集系统采集到的是数字信号，而现有技术中是模拟信号。

本发明的一个实施例中安全壳气体参数数据采集系统包括无线传输网络和多个无线传感器模块。

其中，多个无线传感器模块，分布在安全壳内的各个气体参数测量点，所述无线传感器模块用于获取其所在的气体参数测量点的气体参数数据，并将所述气体参数数据进行模数转换后发送至所述无线传输网络中。

其中，无线传输网络，由路由管理器和多个无线路由器构成，所述多个无线路由器布置于安全壳的不同位置以便使所述无线传输网络覆盖所有的气体参数测量点，所述路由管理器可通过穿越安全壳的通讯电缆与外部的安全壳泄漏率分析系统连接，本实施例中，具体的，安全壳泄漏率分析系统与路由管理器之间是通过安全壳电气贯穿件。路由管理器用于将无线传输网络获取的所有气体参数数据上传给所述泄漏率分析系统以便计算安全壳泄漏率。

可以理解的是，为了提高稳定性，可以在关键的无线路由器附近增加无线路由器，以增强系统抗故障能力。

参考图4，本实施例中，所述无线传感器模块包括：控制器、传感器探头、模数转换电路、无线终端、电源、存储电路、接口电路。控制器分别连接数转换电路、无线终端、电源、存储电路、接口电路，传感器探头连接模数转换电路。

其中，传感器探头，用于采集原始的模拟信号形式的气体参数数据；模数转换电路，用于将所述气体参数数据进行模数转换；无线终端，用于与所述无线传输网络无线通信；控制器，采用单片机即可，用于控制所述无线终端将模数转换电路转换后的数字信号形式的气体参数数据发往所述无线传输网络，还可以同时将气体参数数据备份存储到存储电路中；接口电路，可以连接外部电脑，主要是用于在无线传感器模块投入试用前，对其进行计量、设置、测试等。

本发明中的所述传感器探头包括以下任一种或者任一种的组合：温度传感探头、湿度传感探头、压力传感探头。即无线传感器模块可以是只具有一种类型的传感器探头，也可以是同时集成了多种类型的传感器探头，当集成了多种类型的传感器探头时，可以为每一传感器探头分配一个模数转换电路，即模数转换电路的数量与传感器探头相同。

本发明中的无线传输网络，可以为蓝牙、wifi等各种无线网络，本实施例中优选的，所述无线传输网络为zigbee传输网络，所述路由管理器zigbee协调器，所述无线路由器为zigbee路由器，相应的，所述无线终端为zigbee终端。

本发明实施例的使用方法如下：安装采集计算机、zigbee协调器，以及二者之间的通讯电缆，并检查确认二者通讯正常；在安全壳厂房内布置合适数量的zigbee路由器，并确认安全壳厂房内所有需要采集气体参数的测量点均可被zigbee网络覆盖；在气体参数测点布置传感器；采集计算机发送信号，完成测量网络数据通讯测试、网络对时；在关键路由器附近增加zigbee路由器，以增强系统抗故障能力；开始数据采集。

参考图5，本发明的另一实施例提供了一种核电站安全壳气体参数数据采集方法，包括：

s101、选择路由管理器和多个无线路由器构成无线传输网络，所述路由管理器通过穿越安全壳的通讯电缆与外部的安全壳泄漏率分析系统连接，所述多个无线路由器布置于安全壳的不同位置以便使所述无线传输网络覆盖所有的气体参数测量点，将多个无线传感器模块分布在安全壳内的各个气体参数测量点；

s102、无线传感器模块获取其所在的气体参数测量点的气体参数数据，并将所述气体参数数据进行模数转换后发送至所述无线传输网络中；

s103、路由管理器将无线传输网络获取的所有气体参数数据上传给所述泄漏率分析系统以便计算安全壳泄漏率。

优选的，所述无线传输网络为zigbee传输网络，所述路由管理器zigbee协调器，所述无线路由器为zigbee路由器。

其他具体内容可以参考上述采集系统实施例的部分，此处不再赘述。

综上所述，本发明的安全壳气体参数数据采集系统、方法以及泄漏率测量系统，具有以下有益效果：大幅度降低工程造价，使用本发明的方案后，模数转换功能在无线传感器模块上完成，整个网络传输的信号为数字信号，因此可取消安全壳泄漏率测量网络中的传感器安装箱盒、信号电缆、集线箱、电气贯穿件、专用集线机柜等设备，以及安全壳泄漏率测量系统中的多路复用器、高精度数据采集模块等设备，大幅度的降低工程造价，系统造价约为传统技术方案中永久设备造价的10％，且可重复使用。进一步地，使用的zigbee传输方案时，无线信号发射功率低于10mw，对机组电磁干扰较小，可以直接使用，系统可靠性高、单个设备重量轻，且由于zigbee具有自组网功能，若网络中的某个路由器损坏，zigbee网络可自动根据实际情况调整数据传输路径，因此系统鲁棒性强。温度传感器、湿度传感器、路由器重量均低于250g，工作时间大于20天，可满足ctt试验需求。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。