专利名称:一种基于自感式原理的单级线圈控制棒棒位测量传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于反应堆测控技术领域：
，涉及一种反应堆控制棒的棒位测量传感器，尤其涉及一种电感式原理的反应堆控制棒棒位测量传感器。
背景技术：
控制棒及其驱动机构是保证反应堆安全运行的重要装置。正常工况下，通过调节控制棒棒位，可以实现反应堆的正常启动与停闭，使反应堆在给定的功率水平运行或进行反应堆功率调节；在事故工况下，通过快速插入控制棒来降低堆芯反应性，从而实现紧急停堆。棒位测量系统是该装置中最重要的系统之一，其可靠性与安全性关系到整个反应堆的正常运行与安全。
目前在大多数反应堆中使用反应堆控制棒棒位测量传感器主要包括角度式，超声式，电涡流式和电感式等几种。
角度式的控制棒棒位测量传感器根据测量自整角机的角度信号转换为棒位信号，超声式的控制棒棒位测量传感器根据测量超声回波信号的延时得到棒位信号，电涡流式的控制棒棒位测量测量传感器将控制棒的垂直运动转换为水平方向运动后使用电涡流传感器测量距离转换为棒位信号，以上传感器或者需要比较复杂的机械结构，或者不能使用于某些特殊的堆型，使用受到一定限制。
电感式的控制棒棒位传感器利用测量于控制棒相连的测量芯棒引起线圈电感变化直接得到控制棒位置，不需要复杂的运动部件，可以适应各种堆型的需要。目前已有的电感式传感器是将由导磁材料组成的测量芯棒连接在控制棒一端并与控制棒同步运动；测量芯棒在一根空心孔道内部运动，初级激励线圈和测量次级线圈套装在空心孔道外部，当测量芯棒在线圈内部运动时，改变电感线圈的磁感应强度使测量次级线圈输出信号幅度发生变化。如中国专利85108640-“数字式棒位探测系统”介绍的电感式棒位测量传感器。这种棒位测量方法存在的问题是传感器引线较多，连接复杂。虽然在本申请人1992年6月4日申请的中国专利92103620.5-“自编码数字式棒位测量系统”和1995年10月6日申请的中国专利95116462.9-“地址码反应堆控制棒棒位测量系统”中对于电感式棒位测量传感器线圈结构进行了改进。仍然存在以下问题1、体积较大；2、由于使用一个独立的初级激励线圈，线圈功率较大，一旦线圈发生损伤，测量系统完全失效。
发明内容
为了解决现有电感式棒位测量传感器中体积较大，初级激励线圈损伤会导致传感器整体失效的问题，本发明提供了一种基于自感式原理的单级线圈控制棒棒位测量传感器，采用测量自感测量线圈自感电压变化原理工作，激励线圈与测量线圈合二为一，具体包括一根由导磁材料与不导磁材料间隔排列组成的测量芯棒、一组用于位置测量的自感测量线圈、产生各自感测量线圈所用激励信号的发生电路和放大电路，以及用于测量自感测量线圈的自感电压的自感电压测量电路；所述测量芯棒在所述自感测量线圈内部运动；各自感测量线圈各自独立，相互之间没有信号连接或者作用，分别对应独立的激励信号发生电路、激励信号放大电路和自感电压测量电路。
所述测量芯棒在自感测量线圈中移动造成各个自感测量线圈自感电压变化，各自感测量线圈对应的自感电压测量电路输出信号的组合可以用来判断得到测量芯棒及与其相连的控制棒位置。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果由于本发明的棒位测量系统中使用了利用自感原理工作的电感式传感器进行控制棒棒位测量，去除了体积较大的初级激励线圈，因而使得整个测量系统的体积大为减小。由于各个电感式传感器的独立性，某一个传感器损伤后不影响其它传感器工作，在一定的条件下可以保证维持传感器输出正确的棒位信号。每个线圈独立激励，可以使用较小的功率进行工作，从而减小了导线安装难度。与其它形式的电感式传感器相比，引线较少。
图1是本发明所述的单级线圈控制棒棒位测量传感器的结构示意图。
图2是本发明所述单级线圈控制棒棒位测量传感器的一个实施例的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
本发明所提供的一种基于自感式原理的单级线圈控制棒棒位测量传感器，采用测量自感测量线圈自感电压变化原理工作，激励线圈与测量线圈合二为一，如图1所示，包括一根由导磁材料与不导磁材料间隔排列组成的测量芯棒3、一组用于位置测量的自感测量线圈2、产生各自感测量线圈所用激励信号的发生电路4和放大电路5，以及用于测量自感测量线圈的自感电压的自感电压测量电路6；测量芯棒3在所述自感测量线圈内部运动。图1中仅画出了一个自感测量线圈所用的辅助电路(也就是，激励信号放大电路4、激励信号发生电路5和自感电压测量电路6)，实际使用中每个自感测量线圈2各自独立，相互之间没有信号连接或者作用，分别使用一套相同结构的辅助电路(也就是，激励信号放大电路4、激励信号发生电路5和自感电压测量电路6)。
图2显示了本发明的一个具体实施例的示意图。在该实施例中，棒位测量传感器共使用三个等间隔布置的自感测量线圈2，自感测量线圈2的间隔为2倍控制棒步距，测量芯棒3是由三段导磁及非导磁材料组成的，其两端布置的是非导磁材料部分，中间布置的是导磁材料部分，三段材料等长，且均为3倍控制棒步距。
在实施例中，激励信号发生电路4采用由OP07型运算放大器组成的单谐振荡器形式的电路，产生固定频率的交流信号；激励信号放大电路5采用由9013型和9012型晶体管组成的OTL互补对称功率放大电路，实现交流激励信号功率放大；自感电压测量电路采用AM-T-ACU5型交流信号幅度测量模块。
上述实施例中的举例仅是说明性的，而非限制性的，在实际使用中根据具体的使用要求，自感测量线圈的个数和位置可以自由调节，测量芯棒的材料段数及布置方式可根据线圈布置做相应的修改，辅助电路也可以根据需要更换具有相同功能的其它形式电路。
本发明所述的单级线圈控制棒棒位测量传感器的工作原理如下与控制棒1连接的测量芯棒3与控制棒1同步自下向上移动，测量芯棒3在自感测量线圈2A、自感测量线圈2B和自感测量线圈2C内部运动。
激励信号发生电路4产生的固定频率的交流信号经过激励信号放大电路5放大后的交流信号接入自感测量线圈2，自感电压测量电路6的两个自感电压输入接头并联在自感测量线圈2的两个接头处，测量到的自感电压由自感电压测量电路6转换为一个与自感电压幅度具有线性变化关系的直流输出信号输出。
当测量芯棒3的导磁材料部分进入自感测量线圈2内部时，由于材料磁导率较非导磁材料部分大，在自感测量线圈2上感应得到一个较大的自感电压值，自感电压测量电路6输出信号U；而当测量芯棒3的非导磁材料部分进入自感测量线圈2内部时，由于材料磁导率较导磁材料部分小，在自感测量线圈2上感应得到一个明显小于U的自感电压值，自感电压测量电路6输出信号V。
则当测量芯棒3与控制棒1共同由自感测量线圈下方向上方运动时，三个自感测量线圈上在控制棒每一步运动后自感电压测量电路输出信号变化如表1。由表中数据，控制棒运动各步对应的自感测量线圈2A、自感测量线圈2B和自感测量线圈2C的输出信号组合形式唯一，各步对应输出信号组合没有重复，可以用来表示控制棒运动步数，即控制棒位置。由此，测量传感器三个输出信号组合情况即可以得到控制棒的位置。
表1
权利要求
1.一种基于自感式原理的单级线圈控制棒棒位测量传感器，其特征在于所述棒位测量传感器采用测量自感测量线圈自感电压变化原理工作，激励线圈与测量线圈合二为一，具体包括一根由导磁材料与不导磁材料间隔排列组成的测量芯棒、一组用于位置测量的自感测量线圈、产生各自感测量线圈所用激励信号的发生电路和放大电路，以及用于测量自感测量线圈的自感电压的自感电压测量电路；所述测量芯棒在所述自感测量线圈内部运动；各自感测量线圈各自独立，相互之间没有信号连接或者作用，分别对应独立的激励信号发生电路、激励信号放大电路和自感电压测量电路。
2.根据权利要求
1所述的基于自感式原理的单级线圈控制棒棒位测量传感器，其特征在于所述各自感测量线圈等间隔布置。
3.根据权利要求
1所述的基于自感式原理的单级线圈控制棒棒位测量传感器，其特征在于所述激励信号发生电路采用单谐振荡器形式的电路，产生固定频率的波形信号。
4.根据权利要求
1所述的基于自感式原理的单级线圈控制棒棒位测量传感器，其特征在于所述的激励信号放大电路采用互补对称形式的功率放大器电路，实现交流激励信号功率放大。
专利摘要
一种基于自感式原理的单级线圈控制棒棒位测量传感器，属于反应堆测控技术领域：
。为解决现有电感式控制棒棒位测量传感器体积大，容错性能较低，抗干扰能力较低的问题，本发明公开了一种基于自感式原理的单级线圈控制棒棒位测量传感器，包括一根由导磁材料与不导磁材料间隔排列组成的测量芯棒、一组用于位置测量的自感测量线圈、产生各自感测量线圈所用激励信号的发生电路和放大电路，以及用于测量自感测量线圈的自感电压的自感电压测量电路；各自感测量线圈各自独立，相互之间没有信号连接或者作用。本发明体积小，安装维护简单，运行稳定，为反应堆的控制与安全运行提供了保障。
文档编号G21C17/10GKCN1808630SQ200510011226
公开日2006年7月26日 申请日期2005年1月21日
发明者张佑杰, 李胜强, 李德重, 杨念祖, 刘志勇, 杨星团 申请人:清华大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan