核燃料组件运输容器的监测装置和核燃料组件运输容器的制作方法

1.本技术涉及核电技术领域，特别是涉及一种核燃料组件运输容器的监测装置和核燃料组件运输容器。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，为了满足人们日益增长的能源需求，现如今需要大力的开发核电力能源。而且，为了保障核电力能源的安全使用，核电力能源的安全运输成为当下核电研究人员十分关注的问题。
3.目前，在核电力能源，特别是核燃料组件的运输过程中，为了满足防振、放火及防水等特殊的运输要求，通常会使用专门用于运输核燃料组件的容器，将核燃料组件放置于专用配置的密闭容器中。但是，随着运输进程的拉长，容器内部的温度、湿度、气压等环境信息会相应产生变化，从而对容器内的核燃料组件产生不良的影响，使容器内的核燃料组件处于危险状态。
4.基于此，如何在核燃料组件传输过程中实时监测容器内部的环境信息成为当下保障核燃料组件安全传输所要解决的必要技术问题。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高核燃料组件运输安全性的核燃料组件运输容器的监测装置和核燃料组件运输容器。
6.第一方面，本技术提供了一种核燃料组件运输容器的监测装置，监测装置包括：箱体、信息采集模块、控制器、数据传输模块和数据接口，信息采集模块、控制器、数据传输模块和数据接口位于箱体内，控制器分别连接信息采集模块和数据传输模块，数据传输模块与数据接口连接；信息采集模块，用于采集承载监测装置的容器内的环境信息；控制器，用于将环境信息发送至数据传输模块；数据传输模块，用于通过数据接口将环境信息发送至容器外部的上位机。
7.在其中一个实施例中，监测装置还包括主板，主板固定于箱体的底板上，信息采集模块、控制器、数据传输模块和数据接口集成于主板上。
8.在其中一个实施例中，信息采集模块包括温度采集单元、湿度采集单元、气压采集单元、超声波采集单元、位置采集单元和加速度采集单元中的至少一种。
9.在其中一个实施例中，信息采集模块包括位置采集单元，监测装置还包括接近开关，接近开关固定安装于箱体的内侧壁上，用于在箱体的底板与箱体出现分离时输出变化的电信号；接近开关与位置采集单元连接，位置采集单元用于采集接近开关的输出的电信号。
10.在其中一个实施例中，信息采集模块包括超声波采集单元，监测装置还包括超声波传感器，超声波传感器固定安装于箱体的顶部，用于测量箱体的顶部与容器的顶盖之间的距离；超声波采集单元与超声波传感器连接，超声波采集单元用于采集超声波传感器输
出的距离信号。
11.在其中一个实施例中，数据传输模块包括：rs485通讯子模块和can通讯子模块中的至少一种。
12.在其中一个实施例中，数据接口包括：rs485通讯接口、can通讯接口、电源接口和网口通讯接口中的至少一种。
13.在其中一个实施例中，监测装置还包括：电源模块。
14.在其中一个实施例中，箱体包括上箱体和下箱体，上箱体和下箱体之间采用上梯形结构和下梯形结构进行限位。
15.第二方面，本技术还提供了一种核燃料组件运输容器，该核燃料组件运输容器用于承载上述第一方面任一项所述的监测装置，该监测装置固定安装于容器的底板上，用于监测容器内部的环境信息，并将环境信息发送至设置于容器外部的上位机。
16.本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
17.本实施例提供的监测装置，在核燃料组件的运输过程中，可以启动装置内部安装的各种类型的信息采集模块采集容器内的各种环境信息，各信息采集模块在采集到容器内部的环境信息后，可以将采集到的环境信息发送给控制器，控制器可以直接将环境信息通过数据传输模块发送至数据接口，或者控制器对环境信息进行去噪、转换等数据处理，并将处理后的环境信息通过数据传输模块发送至数据接口，以通过数据接口将该环境信息传输至监测装置或容器外部的上位机或信息处理中心，以使核燃料组件的运输监管人员可以远程或实时的监测到核燃料组件在整个运输过程中容器内部的环境变化情况，从而实时发现核燃料组件在整个运输过程中的运输异常情况，进而及时执行相应维护或安全措施，比如及时提醒运输安全人员启动最高防护措施等，进而提高核燃料组件的运输安全性，保障运输人员的人身安全。
附图说明
18.图1为本技术实施例提供的一种监测装置的结构示意图；
19.图2为本技术实施例提供的一种监测装置的实际应用结构图；
20.图3为本技术实施例提供的一种监测装置的实际应用结构图；
21.图4为本技术实施例提供的一种监测装置的实际应用结构图；
22.图5为本技术实施例提供的一种监测装置的实际应用结构图；
23.图6为本技术实施例提供的温度采集单元和湿度采集单元对应的电路图；
24.图7为本技术实施例提供的气压采集单元对应的电路图；
25.图8为本技术实施例提供的超声波采集单元对应的电路图；
26.图9为本技术实施例提供的位置采集单元对应的电路图；
27.图10为本技术实施例提供的加速度采集单元对应的电路图；
28.图11为本技术实施例提供的rs485通讯子模块对应的电路图；
29.图12为本技术实施例提供的can通讯子模块对应的电路图；
30.图13为本技术实施例提供的stm32单片机u1对应的电路图；
31.图14为本技术实施例提供的stm32单片机u5对应的电路图；
32.图15为本技术实施例提供的一种核燃料组件运输容器的结构示意图；
33.监测装置10；
34.箱体100；
35.上箱体101；
36.下箱体102；
37.底板103；
38.六角圆柱头螺钉104；
39.弹簧垫圈105；
40.十字槽盘头螺钉106；
41.压铆螺母柱107；
42.六角螺母108；
43.上梯形结构109；
44.下梯形结构110；
45.信息采集模块200；
46.温度采集单元201；
47.湿度采集单元202；
48.气压采集单元203；
49.超声波采集单元204；
50.位置采集单元205；
51.加速度采集单元206；
52.控制器300；
53.数据传输模块400；
54.rs485通讯子模块401；
55.can通讯子模块402；
56.数据接口500；
57.网口通讯接口501；
58.电源通讯接口502；
59.主板600；
60.接近开关700；
61.超声波传感器800；
62.电源模块900；
63.容器20；
64.容器本体901；
65.顶盖902；
66.容器底板903。
具体实施方式
67.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
68.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
69.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
70.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
71.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
72.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
73.请参见图1，其示出了本技术实施例提供的一种核燃料组件运输容器的监测装置10的结构示意图，如图1所示，该监测装置10可以包括箱体100、信息采集模块200、控制器300、数据传输模块400和数据接口500。
74.其中，信息采集模块200、控制器300、数据传输模块400和数据接口500位于箱体100内，控制器300分别连接信息采集模块200和数据传输模块400，数据传输模块400与数据接口500连接。
75.如图2为箱体200的外部结构图，如图2所示，箱体200可以包括上箱体101、下箱体102和底板103，上箱体101和下箱体102之间固定连接，下箱体102和底板103之间固定连接。可选的，如图3和图5所示，上箱体101和下箱体102之间可以采用上梯形结构109和下梯形结构110进行限位。可选的，图2中的上箱体101和下箱体102之间可以采用内六角圆柱头螺钉104加弹簧垫圈105的方式固定连接，下箱体102和底板103之间可以采用内六角圆柱头螺钉104加弹簧垫圈105的方式固定连接。图2中示出的箱体10为矩形结构，仅是示例性说明，实际应用中还可以为圆柱行、圆形、菱形等结构，此处不限定。
76.信息采集模块200，用于采集承载监测装置10的容器内的环境信息。可选的，环境
信息可以包括但不限于容器内的温度信息、湿度信息、气压信息和加速度信息。信息采集模块200可以是各种类型的传感器，比如，信息采集模块200可以具体为温度传感器、湿度传感器、加速度传感器、气压传感器等。可选的，信息采集模块200也可以为连接某种传感器的信息接收器件，比如，信息采集模块200可以为与超声波传感器连接的超声波信号接收器件。请参见图3，信息采集模块200可以包括但不限于温度采集单元201、湿度采集单元202、气压采集单元203、超声波采集单元204、位置采集单元205和加速度采集单元206。信息采集模块200的各单元之间没有连接关系，为了保证温度采集单元201、湿度采集单元202和气压采集单元203采集的环境信息的准确性，温度采集单元201、湿度采集单元202和气压采集单元203需要远离电源模块900分布，温度采集单元201、湿度采集单元202、气压采集单元203、超声波采集单元204和位置采集单元205分别与控制器300连接，例如，控制器300可以为stm32单片机，温度采集单元201、湿度采集单元202、气压采集单元203、超声波采集单元204和位置采集单元205分别与stm32单片机对应的引脚连接。上述各种采集单元可以为一个，也可以为多个，比如，信息采集模块200可以包括多个位置采集单元205，且多个位置采集单元205可以被安装在箱体100内部的不同位置。
77.可选的，信息采集模块200、控制器300、数据传输模块400和数据接口500可以集成于主板600上，主板600固定于箱体100的底板103上，如图3和图4所示，温度采集单元201、湿度采集单元202、气压采集单元203、超声波采集单元204、位置采集单元205和加速度采集单元206集成于主板600上，关于各采集单元的在主板600上的位置根据实际采集信息的需求确定，此处不限定。主板600可以采用十字槽盘头螺钉106加弹簧垫圈105的方式固定在底板103的压铆螺母柱107上。
78.控制器300，用于将环境信息发送至数据传输模块400。可选的，控制器300可以包括但不限于微型处理器和控制芯片，例如，控制器300可以为stm32单片机、数字信号处理器(digital signal processing，简称dsp)、可编程的门阵列(field programmable gate array，fpga)等。
79.数据传输模块400，用于通过数据接口500将环境信息发送至容器外部的上位机。可选的，数据接口500可以包括但不限于rs485通讯接口、can通讯接口、电源接口和网口通讯接口，各接口之间均相互独立，其中，rs485通讯接口和can通讯接口用于传输信号，网口通讯接口用于监测装置10与外界进行数据传输；上位机可以包括但不限于个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑、物联网设备、便携式可穿戴设备和服务，该上位机可以与其他终端设备和服务器进行通信；数据传输模块400可以包括但不限于为rs485通讯子模块和can通讯子模块，其中，rs485通讯子模块用于传输高速信号，can通讯子模块用于传输低速信号。
80.数据接口500包括但不限于rs485通讯接口、can通讯接口、电源接口和网口通讯接口501，如图3所示，各接口之间相互独立，其中，rs485通讯接口、can通讯接口、电源接口集成于电源通讯接口502中，可选的，网口通讯接口501可以作为预留的接口，用于扩展通讯接口，电源通讯接口502和网口通讯接口501固定于上箱体101和下箱体102之间。可选的，电源通讯接口502和网口通讯接口501可以采用卡槽的方式固定于上箱体101和下箱体102之间。可选的，监测装置10与上位机之间可以通过一根电源通讯接口502的线缆进行供电和通讯，其中，该电缆可以为6芯，2芯为电源模块900的线缆，2芯为can通讯子模块402的总线，2芯为
400超声波芯片，位置采集单元205可以选用hcpl2300接近开关芯片，加速度采集单元206可以选用adxl357三轴加速度芯片，控制器300可以选用stm32单片机，rs485通讯子模块401可以选用max3485esa采集芯片，can通讯子模块402可以选用sn65hvd231d通讯芯片。
89.图6为温度采集单元201和湿度采集单元202对应的电路图。如图6所示，该电路图包括th10温湿度芯片u3、电阻r4、电阻r5和电容c3，其中，电阻r4一端接电压，另一端接芯片u3的i2c时钟引脚4，电阻r5一端接电压，另一端接芯片u3的i2c数据引脚1，电容c3一端接电压，另一端接地，芯片u3电源电压引脚5接电压，地引脚8接地，th10温湿度芯片u3与stm32单片机u1通过i2c进行通讯。
90.图7为气压采集单元203对应的电路图。如图7所示，该电路图包括hp5804气压芯片u2、电阻r1、电阻r2和电容c1，电阻r1一端接电压，另一端接芯片u2的i2c串行时钟输入引脚4，电阻r2一端接电压，另一端接芯片u2的i2c串行双向数据引脚3，电容c1一端接电压，另一端接地，芯片u2地引脚1接地，电源引脚6接电压，hp5804气压芯片u2与stm32单片机u1通过i2c进行通讯。
91.图8为超声波采集单元204对应的电路图。如图8所示，该电路图包括um-400超声波芯片u12、接线端子j8、电阻r27、电阻r28、电阻r29、电容c57、电容c58、电容c59、晶振x6，接线端子j8具有2个输入端，一端接地，另一端接芯片u12引脚8，电阻r27一端接电压，另一端通过电容c57接地，电阻r28一端通过c57接地，另一端接芯片u12引脚1，电阻29两端连接芯片u12引脚9和10，电容58一端接地，另一端接芯片u12引脚3，电容59一端接地，另一端接芯片u12引脚4，晶振x6两端接芯片u12引脚3和4，um-400超声波芯片u12与stm32单片机u1通过i2c进行通讯。
92.图9为位置采集单元205对应的电路图。如图9所示，该电路图包括hcpl2300接近开关芯片u10、接线端子j6、电阻r24、电阻r26、电容c61，接线端子j6具有4个输入端，输入端1接12v电压，输入端2接电压，输入端3接芯片u10引脚3，输入端4接地，电阻r24一端接12v电压，另一端接芯片u10引脚2，电阻r26一端接电阻r24，另一端接芯片u10引脚3，电容c61一端接电压，另一端接地。可选的，温度采集单元201、湿度采集单元202、气压采集单元203、超声波采集单元204和位置采集单元205可以将采集到的数据存入内存，当内存达到设置值，更换内存存储，将内存数据发送给上位机。
93.图10为加速度采集单元206对应的电路图。如图10所示，该电路图包括adxl357三轴加速度芯片u6、电容c17、电容c18、电容c19、电容c20、电容c24、电容c25、电容c28、电容c29，电容c17和电容c18并联，一端接地，另一端接电压，电容c19和电容c20并联，一端接芯片u6模拟电源引脚10，另一端接地，电容25和电容29并联，一端接芯片u6数字电源引脚8，另一端接地，电容c24和电容28并联，一端接地，另一端接电压，芯片u6数字接口电源电压引脚5和电源电压引脚11接电压，数字地引脚6和模拟地引脚9接地，adxl357三轴加速度芯片u6与stm32单片机u5通过spi进行通讯。可选的，加速度采集单元206可以将采集到的数据存入内存，当内存达到设置值，更换内存存储，将内存数据发送给上位机。
94.图11为rs485通讯子模块401对应的电路图。如图11所示，该电路图包括max3485esau4采集芯片u4，负责将采集到的温湿度、气压、超声波、接近开关信号传输到上位机。该电路图还包括电阻r8、电容c16、二极管d1、二极管d2、二极管d3、保险电阻rf1、保险电阻rf2、气体放电管gdt1，电阻r8一端接地，另一端接芯片u4引脚2和3，电容c16一端接地，
一端接电压，二极管d1一端接地，另一端分两路，一路接芯片u4引脚6，另一路通过保险电阻rf1与气体放电管gdt1连接，二极管d3一端接地，另一端分两路，一路接芯片u4引脚7，另一路通过保险电阻rf2与气体放电管gdt1连接，二极管d2两端接芯片u4引脚6和7。
95.图12为can通讯子模块402对应的电路图。如图12所示，该电路图包括sn65hvd231d通讯芯片u9，负责将采集到的加速度信号传输到上位机。该电路图还包括接线端子j9、电阻r23、电容c5，接线端子j9具有两个输入端，电阻r23一端与接线端子j9输入端2连接，另一端芯片u9的can通讯引脚6连接，电容c53一端接电压，另一端接地，芯片u9地引脚2接地，电源引脚3接电压，can通讯引脚7接接线端子输入端1。
96.因为加速度信号采集的频率高，为了保证数据传输的速度可以使用两个stm32单片机，其中一个stm32单片机专门用于传输加速度信号。
97.图13为传输加速度信号之外其它信号的stm32单片机u1对应的电路图。该电路图包括stm32芯片u1、接线端子j1、电阻r3、电阻r6、电阻r7、电容c2、电容c5、电容c15、晶振x2、状态开关sw1，stm32芯片u1与th10温湿度芯片u3通过iic2 sda和iic2 scl连接，与hp5804气压芯片u2通过iic1 sda和iic1 scl连接，与max3485esau4采集芯片u4通过rs485 tx和rs485 rx连接，与hcpl2300接近开关芯片u10通过switch1连接，与um-400超声波芯片u12通过echo/tx/sda和trig/rx/scl连接，接线端子j1具有4个输入端，输入端1接电压，输入端2和3分别接芯片u1引脚34和37，输入端4接地，电阻r3和电容c2串联，一端接电压，另一端接地，状态开关sw1具有4个输入端，输入端1通过电阻r7接电压，输入端2通过电阻r6接电压，输入端3和4接地，电容c5和电容c6一端接地，另一端分别接晶振x2两端，stm32单片机u1可以定时获取温度采集单元201、湿度采集单元202、气压采集单元203、超声波采集单元204和位置采集单元205采集到的信号，并将采集到的信号通过rs485总线发送给上位机。
98.图14为传输加速度信号的stm32单片机u5对应的电路图。该电路图包括stm32芯片u5、接线端子j2、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电容c21、电容c22、电容c26、晶振x3、复位开关sw2，stm32芯片u5与adxl357三轴加速度芯片u6连接，与can芯片通过can_tx和can_rx连接，接线端子j2具有4个输入端，输入端1接电压，输入端2和3分别接芯片u5引脚34和37，输入端4接地，电阻r11和电容c26串联，一端接电压，另一端接地。状态开关sw2具有4个输入端，输入端1通过电阻r9接电压，输入端2通过电阻r10接电压，输入端3和4接地，电容c21和电容c22一端接地，另一端分别接晶振x3两端，stm32单片机u5可以定时获取adxl357三轴加速度芯片u6采集到的加速度信号，并将获取到的加速度信号通过can总线发送给上位机。
99.需要说明的是，监测装置10在上电时，会初始化温度采集单元201、湿度采集单元202、气压采集单元203、超声波采集单元204、位置采集单元205、加速度采集单元206、rs485通讯子模块401和can通讯子模块402。
100.需要说明的是，监测装置10中的各个功能模块不工作时可以进入休眠模式，从而降低了监测装置10的整体功耗，延长续航时间。
101.请参见图15，其示出了本技术实施例提供的一种核燃料组件运输容器20的结构示意图，如图15所示，该容器20可以包括容器本体901、顶盖902和容器底板903。
102.在本技术实施例中，容器10内可以安装至少一个上述实施例中的监测装置10。其中，监测装置10固定安装于容器的底板上，用于监测容器10内部的环境信息，并将环境信息发送至设置于容器10外部的上位机。监测装置10的功能以及结构请参见上述实施例，本实
施例中不再赘述。需要说明的是，图15中示出的容器20为圆柱结构的容器，仅是示例性说明，实际应用中还可以为长方体、正方体等结构的容器，此处不限定。
103.在容器20中安装有两个以上监测装置10的情况下，可以对比多个监测装置10分别采集到的相同的信号，例如，可以对比多个监测装置10分别采集到的加速度信号，若多个加速度信号中其中只有一个加速度信号为异常信号，则说明该异常信号可能测量有误，此时，上位机对该异常信号无需报警，并可以基于后续采集到的多个加速度信号继续进行判断，若多个加速度信号都为异常信号，这种情况下，上位机中可以警示，如此，可以防止上位机误报警。
104.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
105.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的保护范围应以所附权利要求为准。