信号提取和误码滤除方法及装置与流程

本发明涉及核电测量领域，具体而言，涉及一种信号提取和误码滤除方法及装置。

背景技术：

棒位测量装置位于一回路高位高压环境中，对其位置的测量普遍利用棒位探测器进行。

目前，国内压水堆核电站的棒位探测器主要包括初级线圈(也叫原边线圈)、测量线圈、辅助线圈三种线圈及线圈骨架、密封壳及外套管等部件。原边线圈为一长螺线管，沿整个行程绕制。测量线圈和辅助线圈都是次级线圈，与原边线圈共轴。原边线圈用于产生交变磁场；数个测量线圈用于测量控制棒在堆芯中的位置，形成棒位编码，也就是格雷码；辅助线圈用于原边电流调节。

现有技术是通过整流滤波电路提取电压的有效值，再对其进行处理编码，移动的控制棒会影响到直流幅值的分量，也就是会影响电压有效值，以致不能准确测量棒位信息。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种信号提取和误码滤除方法及装置，旨在解决上述问题。

第一方面，本发明实施例提供一种信号提取和误码滤除方法，应用于棒位测量装置。所述棒位测量装置包括多个测量线圈、控制棒以及信号处理装置。所述测量线圈中设置有多个位置不同的探测点，所述测量线圈环绕所述控制棒设置。所述方法包括：所述信号处理装置采集所述控制棒在所述测量线圈中移动时，所述测量线圈产生的线圈感应信号，其中，所述线圈感应信号由所述控制棒在经过所述探测点时产生。对所述测量线圈产生的线圈感应信号提取基波幅值。将提取到的所述基波幅值进行编码，得到第一编码信息，根据所述第一编码信息获得所述控制棒的位置信息。

第二方面，本发明实施例提供一种信号提取和误码滤除装置，应用于棒位测量装置，所述棒位测量装置包括多个测量线圈、控制棒，所述测量线圈中设置有多个位置不同的探测点。所述测量线圈环绕所述控制棒设置，所述装置还包括：信号处理单元，用于采集所述控制棒在所述测量线圈中移动时，所述测量线圈产生的线圈感应信号，其中，所述线圈感应信号由所述控制棒在经过所述探测点时产生。第一处理单元，用于对所述线圈产生的所述线圈感应信号提取基波幅值。第一编码单元，用于将提取到的所述基波幅值进行编码，得到编码信息，根据所述编码信息获得所述控制棒的位置信息。

本发明实施例的有益效果是：

本发明实施例提供的信号提取和误码滤除方法及装置，基于傅里叶变换、小波变换以及神经网络等信号处理方法对测量线圈提取基波幅值，相比于现有技术通过整流滤波方法提取电压或电流的有效值，测量结果更加可靠。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是棒位测量装置的一种结构示意图；

图2是棒位测量装置的另一种结构示意图；

图3是本发明第一实施例提供的信号提取和误码滤除方法的步骤流程图；

图4是本发明第三实施例提供的的信号提取和误码滤除装置的结构框图。

具体实施方式

本领域技术人员长期以来一直在寻求一种改善该问题的工具或者方法。

鉴于此，本发明的设计者通过长期的探索个尝试，以及多次的实验和努力，不断地改革创新，得出本方案所示的较佳的信号提取和误码滤除方法及装置。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

核电厂的棒位测量装置包括控制棒、初级线圈、测量线圈、辅助线圈线圈骨架、密封壳及外套管等部件。原边线圈为一长螺线管。测量线圈和辅助线圈都是次级线圈，与原边线圈共轴。原边线圈用于产生交变磁场；

数个测量线圈环绕控制棒设置，控制棒在数个线圈形成的环状空间中上下移动，测量线圈用于测量控制棒在堆芯中的位置。

请参见图1，所述测量线圈的数量为31个，相邻的测量线圈之间设置有一定距离，31个线圈之间具有30个间隔，将每一个间隔作为一个位置探测点，也就是具有30个位置探测点，每一位置探测点对应控制棒的一个位置信息。一般情况下，规定相邻的两个测量线圈之间间隔为127mm，控制棒每移动一步的行程是15.875mm，因此控制棒在相邻测量线圈的间隔的移动是8步，在整个测量线圈中共240步。

在本发明实施例中，将测量线圈中最下方的靠近处于初始位置的控制棒的测量线圈定义为编号为1的线圈，依次向上递增，分别为2、3、4……一直至离控制棒最远的31号线圈，每个位置探测点即位置信息的编号，由下至上依次为X1、X2……X30。

测量线圈从靠近所述控制棒的初始位置，依次由下向上按顺序依次设置。为了减少信号处理通道之间的接线数量以及信号处理设备的数量，可以对测量线圈进行分组。

具体地，测量线圈分为五组线圈，其中，奇数顺序的测量线圈为第一组线圈即测量线圈的A组，所述第一组线圈中的奇数顺序线圈为第一线圈，偶数顺序的线圈为第二线圈，所述第一线圈以及第二线圈的个数均为8个。

各组线圈的编号为：

A组(第一组线圈)：1、3、5、7、9、11、13、15、17、19、21、23、25、27、29以及31；

B组(第二组线圈)：2、6、10、14、18、22、26、30；

C组线圈(第三组线圈)：4、12、20、28；

D组线圈(第四组线圈)：8、24；

E组线圈(第五组线圈)：16。

A、B、C、D以及E组线圈各自通过电缆将测量线圈感应电压或电流输出至各自的信号处理装置，信号处理装置对于接收到的感应电压或电流通过整流滤波电路提取电压有效值即直流幅值。

但是控制棒在运动过程中，对影响到直流幅值分量，因此导致测量结果不准确。

为了解决上述问题，发明人经长期的研究以及实验，提出本发明中的信号提取和误码滤除方法及装置。

第一实施例

请参见图2，为本发明实施例提供的一种信号提取和误码滤除方法，应用于棒位测量装置，所述方法包括：

步骤S310，所述信号处理装置采集所述控制棒在所述测量线圈中移动时，所述测量线圈产生的线圈感应信号，其中，所述线圈感应信号由所述控制棒在经过所述探测点时产生。

棒位测量装置在接通电源开启开关时，控制棒处于预设的初始位置，所述预设的初始位置可以是棒位探测点X1处。第一组线圈至第五组线圈及A组、B组、C组、D组以及E组线圈的电平信号在棒位测量装置启动时受到影响，分别通过各自的电缆即电缆A、电缆B、电缆C、电缆D以及电缆E将各自的线圈感应信号输出至各自的信号处理装置。

具体的，A组线圈的线圈感应电压或电流A通过电缆A传输至信号处理装置A；B组线圈的线圈感应电压或电流B通过电缆B传输至信号处理装置B；C组线圈的线圈感应电压或电流C通过电缆C传输至信号处理装置C；D组线圈的线圈感应电压或电流D通过电缆D传输至信号处理装置D；E组线圈的线圈感应电压或电流E通过电缆E传输至信号处理装置B。

步骤S320，对所述测量线圈产生的线圈感应信号提取基波幅值。

发明人发现，由于控制棒的移动反映在直流幅值分量上，不会影响到基波幅值上。信号处理装置在接收到测量线圈的线圈感应电压或电流之后，通过信号处理方法对线圈感应电压或电流提取基波幅值。

具体地，信号处理方法可以包括但不限于以下几种信号处理方法：离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform，DFT)、快速傅里叶变换(Fast Fourier Transformation，FFT)、小波变换(wavelet transform，WT)、拟合、滑动DFT、神经网络等。这里以基于小波变换提取基波幅值为例进行说明，小波变换提取基波幅值包括一般采用全周Morlet复小波算法计算基波幅值，但是全周Morlet复小波算法计算基波幅值时不能有效滤除二次谐波，而三周Morlet复小波算法时窗较长。因此在本发明实施例中采用减法滤波器加全周Morlet复小波算法计算基波幅值。

计算时，先让线圈感应电流信号通过减法滤波器，减法滤波器的方程为：

y(n)＝f(n)-f(n-1)

设感应电流信号为：

i(t)＝20sin(100πt+π/6)+7sin(200πt+π/5)

基波频率f＝50Hz，取f_s＝1200Hz，N＝24，c＝4，m＝1，k＝1。其中，f为电流信号的基波频率；m为时间窗的大小，m＝1，2，3，……，时，当m分别取1，2，3时，对应的小波为全周、2周、3周Morlet复小波；cwei频宽调节系数；k为谐波次数；n为小波函数离散序列的序号。

进一步地，在上述描述中已知A组线圈的数量最多，为16个。因此A组线圈对测量控制棒的影响最大。

在实际测量中，B、C以及D组中的测量波形比较理想，高低压等距交错出现，因此很容易对其进行整形和处理转换。而A组线圈难以确定。

为了解决A组波形难以确定的问题，请参见图3，将A组线圈分为A1组以及A2组线圈，其中A组线圈中的奇数顺序线圈为第一线圈，即A1线圈；偶数顺序的线圈为第二线圈，即A2线圈；所述第一线圈以及第二线圈的个数均为8个。A1组线圈以及A2组线圈有独立的电缆用于传输线圈感应电压或电流至各自的信号处理装置。

A1线圈以及A2线圈的线圈编号如下：

A1组(第一线圈)：1、5、9、13、17、21、25、29；

A2组(第二线圈)：3、7、11、15、19、23、27、31；

对于A1线圈产生的线圈感应电压或电流A1经过电缆A1传输至信号处理装置A1，信号处理装置A1对线圈感应电压A1提取基波幅值，得到第一基波幅值A1；A2线圈产生的线圈感应电压或电流A2经过电缆A2传输至信号处理装置A2，信号处理装置A2对线圈感应电压A2提取基波幅值，得到第二基波幅值A2。将第一基波幅值A1以及第二基波幅值A2进行合成，得到基波幅值A。

步骤S330，将提取到的所述基波幅值进行编码，得到第一编码信息，根据所述第一编码信息获得所述控制棒的位置信息。

在对A1、A2、B、C、D、E线圈的感应电压或电流分别提取基波幅值后，得到基波幅值A1、基波幅值A2、基波幅值B、基波幅值C、基波幅值D以及基波幅值E。将基波幅值转换为方波信号，对方波信号进行编码，得到编码A1、编码A2、编码B、编码C、编码D、编码E；将这些编码组合，即可得到第一编码。查找所述第一编码信息对应的探测点信息，所述探测点信息作为所述位置信息。

具体地，在本发明实施例中，可以对测量线圈的基波幅值分别基于格雷编码方式进行编码，得到第一编码信息。

使用格雷编码方式的第一编码信息与棒位探测点即预设地址信息的关系为：

进一步地，还可以将所述第一组线圈的第一线圈以及第二线圈的基波幅值基于编码器原理分别进行编码得到第二编码信息，将其余四组线圈的基波幅值基于格雷编码方式进行编码得到第三编码信息，将所述第二编码信息以及第三编码信息进行组合，得到第一编码信息。

使用格雷编码加编码器原理的编码方式得到的第一编码信息与棒位探测点即预设地址信息的关系为：

进一步地，发明人发现由于传统的信号提取和误码滤除方法没有误码滤除单元，在测量线圈受到影响或者损坏时，产生的误码直接输出，导致棒位显示会出现闪烁跳跃的现象。在编码时，还要基于上一次获取的编码信息，得到与上一次获取的编码信息对应的参考编码信息。将当次获取的编码信息与所述参考编码信息进行匹配，若匹配失败则滤除当次编码信息。

误码滤除装置处理速度为100MHz，比控制棒移动速度(72步/分钟)快了超过一个量级。所以控制棒移动过程中的所有正确编码，误码滤除装置都能检测到。当出现非连续的编码后，认为此次编码属于误码，滤除此次编码，直至输出正确的编码。为了便于理解，进行举例说明：

假定顺序编码0-1-2-3-4-5-6-7。

上一次编码为2，本次编码只可能是1、3，如果本次编码为其他值4，输出编码将保持输出上一次编码2。

进一步地，如果被滤除的误码保持较长时间，可以根据控制棒速度、原边电流频率设定一个预定时间，若超出预定时间，则强制输出该错误编码，并发出提示。

例如，将预定时间设为1ms，在1ms一直为同一个值4，那么强制输出编码为该值4，并报警。

本实施例提供的信号提取和误码滤除方法，提取线圈感应电压或电流的基波幅值，基波幅值几乎不受控制棒移动的影响，测量结果更加准确。

第二实施例

请参见图4，为本发明实施例二提供的信号提取和误码滤除方法装置的结构框图。应用于棒位测量装置，所述棒位测量装置包括多个测量线圈、控制棒，所述测量线圈中设置有多个位置不同的探测点，所述测量线圈环绕所述控制棒设置，所述信号提取和误码滤除装置包括：

信号处理单元510，用于采集所述控制棒在所述测量线圈中移动时，所述测量线圈产生的线圈感应信号，其中，所述线圈感应信号由所述控制棒在经过所述探测点时产生。

第一处理单元520，用于对所述线圈产生的所述线圈感应信号提取基波幅值。

第一编码单元530，用于将提取到的所述基波幅值进行编码，得到编码信息，根据所述编码信息获得所述控制棒的位置信息。

参考编码信息获取单元540，用于基于上一次获取的编码信息，得到与上一次获取的编码信息对应的参考编码信息。

第一误码滤除单元550，将当次获取的编码信息与所述参考编码信息进行匹配，若匹配失败则滤除当次编码信息。

第二处理单元560，所述第一线圈以及第二线圈经过所述提取基波幅值的处理后，得到第一基波幅值以及第二基波幅值，所述第二处理装置用于将第一基波幅值以及第二基波幅值进行合成。

综上所述，本发明提供的信号提取和误码滤除方法300及装置500，提取线圈感应电压或电流的基波幅值，基波幅值几乎不受控制棒移动的影响，测量结果更加准确。此外，还具有误码滤除单元，进一步保证测量结果的准确性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。