一种辐照后燃料组件水下弯扭形位测量方法与流程

本发明属于核燃料循环的辐照后燃料组件池边检查领域，具体涉及一种辐照后燃料组件水下弯扭形位测量方法。

背景技术：

核电站燃料组件在高燃耗、长循环水化学改变、低泄漏时高的功率峰因子等日益苛刻的使用条件下，容易造成燃料组件变形而无法回堆再利用，燃料棒经过辐照发生肿胀，甚至破损。池边检查技术作为燃料组件堆内辐照稳定性和完整性等评价的有效手段，承担着保障核电站安全运营的重要任务。

燃料组件水下弯扭形位测量技术作为池边检查技术的重要组成部分，是基于视频图像传感器与标定相结合的基本原理，对燃料组件进行视频图像摄取，然后采用像素对比分析方法获得相应的距离值，通过计算得到燃料组件的弯曲度或扭曲度。

燃料组件弯扭形位测量方法一般通过激光扫描投影仪、钢直尺、三坐标尺寸测量系统等手段，水下测量可以采取超声测距法、激光扫描投影法等。激光扫描投影法利用激光的准直特性，可以测量燃料棒的综合变形情况和组件的整体变形情况，但其一次只能测量一个界面，在纵向方向上测量数值不连续。超声测距法使用超声仪同时采集多探头与被测燃料组件的距离，然后与标定值比较来描述燃料组件的辐照变形及其程度，测量时探头移动较频繁，整个测量所需时间较长。针对上述两种方法的缺点，需要建立合适的燃料组件水下弯扭形位测量方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有对水下燃料组件弯扭形位测量时测量过程不连续，需要多次测量，造成测量效率低，而且测量误差大，影响对燃料组件水下弯扭形位的判断，目的在于提供一种辐照后燃料组件水下弯扭形位测量方法，该方法操作方便，可在辐照后第一时间内实现对燃料组件弯曲度和扭曲度的快速无接触测量；采用标尺标定，减小了视频图像的视正误差，提高了测量精度；可实现燃料组件纵向连续测量，提高了测量效率。

本发明通过下述技术方案实现：

一种辐照后燃料组件水下弯扭形位测量方法，包括以下步骤：

(a)弯曲度测量：

(1)沿着燃料组件的纵向方向设置用于读取燃料组件每一层定位格架的纵向高度值的标尺，取定位格架上两条相邻纵向狭缝间的距离为标准距离D_G；

(2)在距离燃料组件定位格架边缘线10mm-20mm内固定一准直铅垂线，然后调整摄像机位置，使格架边缘和铅垂线位于显示屏幕中央，从上至下移动摄像机，进行录像采集；

(3)在录像上读取每一层定位格架边缘轮廓线至准直铅垂线的像素值N_i和定位格架上相邻两条纵向狭缝间的像素值N_ref-i，通过像素转换公式：D_i/N_i＝D_G/N_ref-i，得到每一层定位格架到铅垂线的距离D_i，通过最小二乘法进行二次拟合得到每一层定位格架的弯曲度，使用的最小二乘法，又称最小平方法，是一种数学优化技术。它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配，利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小，还可用于曲线拟合，本方案通过最小二乘法进行二次拟合后得到每一层定位格架的准确弯曲度；

(4)逆时针旋转燃料组件，依次完成剩余三个面的测量。

(b)扭曲度测量：

(1)在工作台架上安装标尺，在燃料组件一侧安装两根竖直铅垂线，铅垂线与燃料组件的距离小于30mm，铅垂线间距离应和定位格架宽度相同；

(2)将摄像机正对标尺，读取标尺刻度值和在显示屏幕上对应的像素值，计算出角度，然后拟合像素值和角度值关系曲线；

(3)将摄像机正对上管座中央；移动摄像机进行录像，在录像中读取当上管座侧面在屏幕中刚好呈一条直线时格架边缘至前端铅垂线的距离像素值；

(4)再读取录像中两条铅垂线重合时定位格架边缘至重合铅垂线的距离像素值；再继续移动摄像机结束录像录制；

(5)上管座数据采集完毕，将摄像机移动至下管座，采用相同的方法测量两个像素值，最后由数据处理系统根据角度标定关系得到下管座相对于上管座的扭曲度。

契合实际需要，用于读取燃料组件每一层定位格架的纵向高度值的标尺优选长度为10m；在工作台架上安装的标尺优选长度为130mm。

现有燃料组件水下弯扭形位测量时主要有超声测距法和激光扫描投影法这两种方法，激光扫描投影法利用激光的准直特性，可以测量燃料棒的综合变形情况和组件的整体变形情况，但其一次只能测量一个界面，在纵向方向上测量数值不连续。超声测距法使用超声仪同时采集多探头与被测燃料组件的距离，然后与标定值比较来描述燃料组件的辐照变形及其程度，测量时探头移动较频繁，整个测量所需时间较长。针对上述两种方法的缺点，需要建立合适的燃料组件水下弯扭形位测量方法。而本方案则能够有效克服了上述方法的缺点，采用摄像机对燃料组件进行纵向视频图像采集，读取各层定位格架边缘轮廓线至准直铅垂线的像素值，然后输入电脑通过现有软件进行数据处理得到每一层定位格架的弯曲度；扭曲度测量要先采用标尺标定，然后通过修正曲线将像素值转化成角度值，最终得到燃料组件的扭曲度。在测量过程中，摄像机没有与燃料组件进行接触，从而不会带来外界因素干扰，而且其移动迅速，使得测量效率更高，在其中应用到的曲线拟合方法、数据处理系统对于本领域技术人员都是现有的方法和软件，数据处理系统是根据角度标定关系，得到下管座相对于上管座的扭曲度，得到的结果精确。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本方法操作方便，可在辐照后第一时间内实现对燃料组件弯曲度和扭曲度的快速无接触测量；

2、采用标尺标定，减小了视频图像的视正误差，提高了测量精度；

3、可实现燃料组件纵向连续测量，提高了测量效率。

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为本发明弯曲度测量时结构示意图；

图2为本发明的弯曲度测量原理图；

图3为扭曲度测量时130mm标尺标定示意图；

图4为扭曲度测量时录像过程示意图；

图5为本发明的扭曲度测量原理图；

图6为本发明的扭曲度测量原理图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-铅垂线，2-燃料组件，3-定位格架，4-狭缝，5-130mm标尺，6-摄像头，7-录像区域，8-下管座，9-上管座。

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至图6所示，一种辐照后燃料组件水下弯扭形位测量方法，设定燃料组件中定位格架为10层，先进行弯曲度测量：

(1)弯曲度的测量首先要测量燃料组件2中定位格架3的纵向高度值，在燃料组件纵向方向立一10m标尺，根据录像读取定位格架高度值。用定位格架3上两条相邻纵向狭缝4间的实际距离为标准距离12.32mm；

(2)在距离燃料组件定位格架边缘线10mm处固定一准直铅垂线1，然后调整摄像机位置，使格架边缘和铅垂线位于显示屏幕中央，从上至下移动摄像机，进行录像采集；

(3)在录像上读取第一层定位格架边缘轮廓线至准直铅垂线的像素值103和定位格架上相邻两条纵向狭缝间的像素值92，通过像素转换得到第一层定位格架到铅垂线的距离13.79mm。依次测得10层定位格架到铅垂线的距离，然后通过最小二乘法进行二次拟合得到每一层定位格架的弯曲度，比如第四层格架的弯曲度为-3.04mm；

(4)逆时针旋转燃料组件，依次完成剩余三个面的测量。

再进行扭曲度测量：

(1)在工作台架上安装长度为130mm标尺5，在燃料组件一侧安装两根竖直铅垂线1，铅垂线1与燃料组件2的距离为20mm，铅垂线间距离和定位格架宽度相同相当，为250mm；

(2)将摄像机正对标尺，读取标尺一系列刻度值在显示屏幕上对应的像素值点的值，比如60mm对应178像素，角度为-5.3°；70mm对应247像素，角度为-3.85.3°，100mm对应450像素，角度为0.76°等，然后对像素值和角度进行拟合；

(3)将摄像机的摄像头6正对上管座中央；移动摄像机进行录像，在录像中读取当上管座侧面在屏幕中刚好呈一条直线时格架边缘至前端铅垂线的距离像素值363；

(4)再读取录像中两条铅垂线重合时定位格架边缘至重合铅垂线的距离像素值428；再继续移动摄像机结束录像录制，上管座9中的录像区域7如图4所示；

(5)上管座9数据采集完毕，将摄像机移动至下管座8，采用相同的方法测量两个像素值分别为400和433，最后由数据处理系统根据角度标定关系得到下管座8相对于上管座9的扭曲度为-0.687°。

该方法通过水下视频系统对燃料组件进行视频录像采集，在录像中读取相应像素值，然后对比参考距离转化为实际距离或者角度，最终由数据处理系统通过一定的几何比例关系得到燃料组件的弯曲度和扭曲度。通过本方法进行测量，其不但操作过程方便，而且可在辐照后第一时间内实现对燃料组件弯曲度和扭曲度的快速无接触测量，保证了测量结果的实时性，减少时间滞后由于外界环境对其的影响；由于是采用标尺标定，减小了视频图像的视正误差，提高了测量精度；可实现燃料组件纵向连续测量，提高了测量效率。

实施例2：

如图1至图6所示，设定燃料组件中定位格架为12层，先进行弯曲度测量：

(1)弯曲度的测量首先要测量燃料组件2中定位格架3的纵向高度值，在燃料组件纵向方向立一10m标尺，根据录像读取定位格架高度值。用定位格架3上两条相邻纵向狭缝4间的实际距离为标准距离14.58mm；

(2)在距离燃料组件定位格架边缘线20mm处固定一准直铅垂线1，然后调整摄像机位置，使格架边缘和铅垂线位于显示屏幕中央，从上至下移动摄像机，进行录像采集；

(3)在录像上读取第一层定位格架边缘轮廓线至准直铅垂线的像素值165和定位格架上相邻两条纵向狭缝间的像素值102，通过像素转换得到第一层定位格架到铅垂线的距离15.21mm。依次测得12层定位格架到铅垂线的距离，然后通过最小二乘法进行二次拟合得到每一层定位格架的弯曲度，比如第四层格架的弯曲度为-2.36mm；

(4)逆时针旋转燃料组件，依次完成剩余三个面的测量。

再进行扭曲度测量：

(1)在工作台架上安装长度为130mm标尺5，在燃料组件一侧安装两根竖直铅垂线1，铅垂线1与燃料组件2的距离为25mm，铅垂线间距离和定位格架宽度相同相当，为300mm；

(2)将摄像机正对标尺，读取标尺一系列刻度值在显示屏幕上对应的像素值点的值，比如60mm对应178像素，角度为-5.3°；70mm对应247像素，角度为-3.85.3°，100mm对应450像素，角度为0.76°等，然后对像素值和角度进行拟合；

(3)将摄像机的摄像头6正对上管座中央；移动摄像机进行录像，在录像中读取当上管座侧面在屏幕中刚好呈一条直线时格架边缘至前端铅垂线的距离像素值382；

(4)再读取录像中两条铅垂线重合时定位格架边缘至重合铅垂线的距离像素值465；再继续移动摄像机结束录像录制，上管座9中的录像区域7如图4所示；

(5)上管座9数据采集完毕，将摄像机移动至下管座8，采用相同的方法测量两个像素值分别为425和461，最后由数据处理系统根据角度标定关系得到下管座8相对于上管座9的扭曲度为-0.566°。

该方法通过水下视频系统对燃料组件进行视频录像采集，在录像中读取相应像素值，然后对比参考距离转化为实际距离或者角度，最终由数据处理系统通过一定的几何比例关系得到燃料组件的弯曲度和扭曲度。通过本方法进行测量，其不但操作过程方便，而且可在辐照后第一时间内实现对燃料组件弯曲度和扭曲度的快速无接触测量，保证了测量结果的实时性，减少时间滞后由于外界环境对其的影响；由于是采用标尺标定，减小了视频图像的视正误差，提高了测量精度；可实现燃料组件纵向连续测量，提高了测量效率。

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。