专利名称:一种具有双螺旋线圈级联结构的棒位测量装置的制作方法
技术领域：
本发明属于反应堆的棒位测控技术领域：
，涉及一种反应堆的棒位测量装置，尤其涉及一种具有双螺旋线圈级联结构的棒位测量装置。
技术背景
控制棒及其驱动机构是保证反应堆安全运行的重要组成部分。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、停闭，以及维持反应堆在某一给定功率水平运行和进行功率调节；在事故工况下，通过快速将控制棒插入反应堆堆芯，实现紧急停堆。 棒位测量装置是该组成部分中的最重要的装置之一，其可靠性和安全性直接关系到整个反应堆的正常运行与安全。
目前已有的反应堆控制棒棒位测量装置主要包括角度式、超声式、电涡流式和感应式等几种。
其中感应式是最常见，也是应用最广泛的反应堆控制棒棒位测量装置。感应式棒位测量装置又分为互感式和自感式两大类，互感式大量存在于早期的感应式棒位测量装置设计中，设计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行；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是，改变电感线圈的磁感应强度是测量次级线圈输出信号幅度发生变化，其缺点是结构复杂，线圈绕制难度大，连接复杂。在中国专利92103620. 5-“自编码数字式棒位测量系统”和中国专利95116462. 9- “地址码反应堆控制棒棒位测量系统”中对于线圈结构进行了改进。但是由于其依旧采用互感形式的电感式棒位测量装置，仍然存在体积较大，初级线圈功率大和线圈工艺一致性要求高等不足。而自感式棒位测量装置，则对缺点进行有效的改进，如本申请人2005年1月21日申请的中国专利200510011225. 8-“一种基于线圈自感原理的控制棒棒位测量系统”和中国专利200510011226. 2- “一种基于自感式原理的单级线圈控制棒棒位测量传感器”中，对于棒位测量装置的感应形式进行了改进，采用了自感形式的电感式棒位测量原理，达到了简化棒位测量装置结构，提供可靠性的目的。但是，所述设计仍存在以下不足1、每个自感测量线圈由独立对应的辅助信号电路产生放大了的激励信号，由于多个放大电路长期运行存在温度漂移等物理现象，各个自感测量线圈信号长期工作存在相对参数漂移。2、多个放大电路之间存在参数差异，使用和维护中各电路之间一致性调试难度大。3、出现单个线圈失效，只能够辨别失效位置，不能够保证棒位测量装置应有工作特性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善上述棒位测量装置存在问题，特别是解决最常用的感应式棒位测量装置问题的新型棒位测量装置，本发明的特征在于，含有一系列用于棒位测量的测量双螺旋线圈、一个参比双螺旋线圈、一根与控制棒驱动轴同轴连接的由导磁材料段和非导磁材料段交错排列组成的测量芯棒、一根与所述测量芯棒中非导磁材料段具有相同性质材料和结构的参比芯棒、一个现场接线端子盒、一个激励信号发生单元、一个信号调理单元以及一个信息处理单元，其中
一系列用于棒位测量的从第1个到第η个共η个所述测量双螺旋线圈Al An， 以自感方式工作，每个测量双螺旋线圈Αχ，χ = 1，2，. . .，n，由分别属于a、b两组的第1个和第2个内外共两个测量线圈Axa和Axb，χ = 1，2，...，n，构成；所述内外两个测量线圈 Axa和Axb，x = 1，2，...，n，使用同一个线圈骨架同向共轴绕制且阻抗相同；所述内外两个测量线圈中属于 b组的一个测量线圈Axb，χ = 1,2,...,η,靠近相应测量双螺旋线圈Αχ，χ =1,2, ... , η，内侧布置；所述内外两个测量线圈中属于a组的一个测量线圈Axb，χ = 1, 2，. . .，η，靠近相应测量双螺旋线圈Αχ，χ = 1，2，. . .，η，外侧布置；所述每个测量双螺旋线圈Αχ，χ = 1，2，...，η，中分别属于a、b两组的第1个和第2个内外共两个测量线圈Axa和 Axb (χ = 1,2,... ,η)分别独立引线；且所述两个测量线圈Axa和Axb，x= 1，2，...，η，各自的上下两个引线端分别对应并联连接到所述现场接线端子盒中的对应的一对接线端子Cax 和Cbx上，χ = 1，2，...，η ；并在所述一对接线端子Cax和Cbx，χ = 1，2，. . .，n，上分别合并为对应每个接线端子的一对测量引线引出；所述每个测量双螺旋线圈Αχ，χ = 1，2，...， n，在经过对应一对接线端子Cax和Cbx，χ= 1,2,..., n，转接后引出所包含的两个测量线圈Axa和Axb，χ = 1，2，. . .，n，同向并联共用的两根测量引线；所述第1个到第η个共η个测量双螺旋线圈Al An的结构和电性能参数相同且都各自独立引出测量引线；所述第1 个到第η个共η个测量双螺旋线圈Al An同轴等间隔布置；
—个所述参比双螺旋线圈R，具有与每个所述测量双螺旋线圈相同的结构和电性能参数，所述参比双螺旋线圈R包含有分别属于a、b两组的第1个和第2个内外共两个参比线圈Ra和Rb ；且两个所述参比线圈Ra和Rb各自的上下两个引线端分别对应并联连接到所述现场接线端子盒中对应的一对接线端子CRa和CRb上；并在所述一对接线端子CRa 和CRb上分别合并为对应每个接线端子的一对测量引线引出；所述参比双螺旋线圈R在经过对应接线端子转接后引出所包含的两个参比线圈Ra和Rb同向并联共用的两根测量引线；所述参比双螺旋线圈R和其他各个所述测量双螺旋线圈通过所述现场接线端子盒中的对应各对接线端子相互之间串联连接而构成按照空间位置从上到下的级联形式；所述参比双螺旋线圈R和其他各个所述测量双螺旋线圈构成级联形式连接后的两个公共引线端分别对应连接到所述现场接线端子盒中的两个公共接线端子Sl和S2上；
一根所述测量芯棒B，由若干个导磁材料段和非导磁材料段交错排列组成，在所述各测量双螺旋线圈内部运动，所述各测量双螺旋线圈安装于所述测量芯棒顶端端面的运动范围之内，所述参比双螺旋线圈安装于所述测量芯棒顶端端面的运动范围之外；
一根与所述测量芯棒中非导磁材料段具有相同性质材料和结构的所述参比芯棒 BR，置于所述参比双螺旋线圈内部不动；
一个所述激励信号发生单元，由一个激励信号发生器和一个激励信号放大器对应串接而成，所述激励信号放大器的两个输出端分别对应连接到所述现场接线端子盒中的所述两个公共接线端子(Si和S2)上，向以级联方式串接的所述参比双螺旋线圈和其他各个所述测量双螺旋线圈(Al An)输出固定频率的交流激励信号；
一个所述信号调理单元，共有n+1个信号调理电路，每个所述信号调理电路依次由一个差分放大器和一个低通滤波器串接组成，上方第一个所述信号调理电路中的差分放大器的输入端与所述现场接线端子盒中对应所述参比双螺旋线圈经过对应接线端子转接后引出的两根测量引线分别对应相连，其余η个所述信号调理电路中的差分放大器的输入端分别与对应的所述各测量双螺旋线圈经过对应接线端子转接后引出的各对测量引线分别对应相连；
所述信息处理单元，由一个A/D转换电路和一台工业计算机依次串接而成，所述 A/D转换电路的输入端共有η+1个分别与所述信号调理单元中η+1个低通滤波器的输出端对应相连的输入端，输入的直流形式的对应所述参比双螺旋线圈产生自感电压的一个参比电压信号和对应所述η个测量双螺旋线圈产生的η个自感电压的η个测量电压信号，在经过所述A/D转换电路转换为对应的η个数字测量电压信号和一个数字参比电压信号后向所述工业计算机输出，其中所述工业计算机依次按以下步骤对所述η个数字测量电压信号和一个数字参比电压信号进行处理后输出对应棒位信息和所述参比双螺旋线圈以及η个测量双螺旋线圈的状态信息
步骤(1)系统初始化操作，包括
激励信号发生单元初始化，设定激励信号发生器产生的信号频率，设定激励信号放大器输出的激励信号开路电压有效值大小，设定激励信号放大器输出的激励信号电流有效值大小且所述激励信号电流有效值恒定不变；
工业计算机初始化，设定测量芯棒随控制棒驱动轴运动整个行程中的总运动步数及运动步距，设定工业计算机读取所述A/D转换电路输出的表示所述参比双螺旋线圈产生自感电压的一个数字参比电压信号和表示对应所述η个测量双螺旋线圈产生的η个自感电压的η个数字测量电压信号的采样时间间隔，设定所述A/D转换电路输出的对应所述测量芯棒中的导磁材料段完全进入正常的单个测量双螺旋线圈内部时对应测量双螺旋线圈产生自感电压的数字测量电压信号为测量信号高电平值J，设定所述A/D转换电路输出的对应所述参比芯棒完全进入正常的所述参比双螺旋线圈内部的状态下对应参比双螺旋线圈产生自感电压的数字测量电压信号为测量信号低电平值K，所述A/D转换电路输出的对应所述测量芯棒中的非导磁材料段完全进入正常的单个测量双螺旋线圈内部或者没有所述测量芯棒进入正常的单个测量双螺旋线圈内部时对应测量双螺旋线圈产生自感电压的数字测量电压信号均等于测量信号低电平值K ；设定对应所述激励信号放大器输出的激励信号电流有效值大小和激励信号开路电压有效值大小的数字量值；
步骤(2):工业计算机按照步骤(1)设定的采样时间间隔进行循环等时间间隔采样，每次读取所述A/D转换电路输出的表示所述参比双螺旋线圈产生自感电压的一个数字参比电压信号和表示对应所述η个测量双螺旋线圈产生的η个自感电压的η个数字测量电压信号；
步骤(3)当工业计算机一次采样后得到的所述A/D转换电路输出的表示所述参比双螺旋线圈产生自感电压的一个数字参比电压信号和表示对应所述η个测量双螺旋线圈产生的η个自感电压的η个数字测量电压信号与前一次采样后得到的对应一个数字参比电压信号和η个数字测量电压信号不相等时，工业计算机进行如下判断
若所述一个数字参比电压信号和η个数字测量电压信号中的某个与零值差值的绝对值小于5%的其他各个所述数字测量电压信号及数字参比电压信号平均值大小，则判断该电压信号对应测量双螺旋线圈或者参比双螺旋线圈短路失效，输出报警信号，并中止棒位测量操作；
若所述一个数字参比电压信号和η个数字测量电压信号中的某个与之前设定的所述激励信号放大器输出的激励信号开路电压有效值大小的数字量值之差的绝对值小于 5%的所述激励信号放大器输出的激励信号开路电压有效值大小的数字量值，而其他各个所述数字测量电压信号或者数字参比电压信号与零值差值的绝对值小于5%的所述激励信号放大器输出的激励信号开路电压有效值大小的数字量值，则判断该电压信号对应测量双螺旋线圈或者参比双螺旋线圈完全断路失效，输出报警信号，并中止棒位测量操作；
步骤(4)工业计算机计算步骤⑵中得到的η个所述数字测量电压信号分别减去所述数字参比电压信号对应得到的差值Vl Vn，并进行判断
若工业计算机一次采样后得到的某个所述数字测量电压减去所述数字参比电压信号得到的差值Vx，x = 1,2,...，n，与设定的测量信号高电平值和测量信号低电平值之差 J_k的差值绝对值小于5%的所述设定的测量信号高电平值J大小，则判断该数字测量电压对应的测量双螺旋线圈状态为“1” ；
若工业计算机一次采样后得到的某个所述数字测量电压减去所述数字参比电压信号得到的差值Vx，χ = 1，2，. . .，n，与零值差值的绝对值小于5%的所述设定的测量信号低电平值K大小，则判断该数字测量电压对应的测量双螺旋线圈状态为“0” ；
依次对η个测量双螺旋线圈进行上述判断操作，得到当前采样时刻对应η个测量双螺旋线圈的状态信息组合；
步骤(5)将步骤(4)中得到的当前采样时刻对应η个测量双螺旋线圈的状态信息组合与预先存贮在工业计算机内部的“η个测量双螺旋线圈的状态信息组合与对应棒位位置对应关系表”中存贮的各种η个测量双螺旋线圈的状态信息组合情况进行比较，即可确定当前采样时刻下的棒位位置信息，工业计算机将所述棒位位置信息进一步输出。
所述工业计算机在任意测量双螺旋线圈中分别属于a、b两组的内外两个测量线圈中的一个出现断路故障的时候，可以进行故障校正操作，其步骤如下
步骤(1')若所述工业计算机之前对各所述数字测量电压信号和所述数字参比电压信号进行处理后输出对应所述棒位信息和所述参比双螺旋线圈以及η个测量双螺旋线圈的状态信息的操作步骤(4)中得到的的某个所述数字测量电压减去所述数字参比电压信号得到的差值Vx，χ= 1,2,..., n，不满足步骤(4)中的各种判断标准，无法确定该数字测量电压对应的测量双螺旋线圈状态时，工业计算机进行如下判断
若所述工业计算机一次采样后得到的某个所述数字测量电压信号减去所述数字参比电压信号得到的差值Vx，χ = 1,2, ..., n，大于设定的测量信号高电平值和测量信号低电平值之差J_k且其与设定的二倍测量信号高电平值和测量信号低电平值之差2*J_k的差值绝对值小于5%的所述设定的测量信号高电平值J大小，则判断该数字测量电压信号对应的测量双螺旋线圈中分别属于a、b两组的内外两个测量线圈中的一个出现断路故障， 输出对应测量双螺旋线圈故障信号，并判断该数字测量电压对应的测量双螺旋线圈状态为 “1”；
若所述工业计算机一次采样后得到的某个所述数字测量电压信号减去所述数字参比电压信号得到的差值Vx，x = 1,2,...，n，与设定的测量信号高电平值和二倍测量信号低电平值之差J_2*k的差值绝对值小于5%的所述设定的测量信号高电平值J大小，则判断参比双螺旋线圈中分别属于a、b两组的内外两个测量线圈中的一个出现断路故障，输出参比双螺旋线圈故障信号，并判断该数字测量电压对应的测量双螺旋线圈状态为“ 1” ；
若所述工业计算机一次采样后得到的某个所述数字测量电压信号减去所述数字参比电压信号得到的差值Vx，x= l，2，...，n，与测量信号低电平值的负值-k的差值绝对值小于5%的所述设定的测量信号低电平值k大小，则判断参比双螺旋线圈中分别属于a、 b两组的内外两个测量线圈中的一个出现断路故障，输出参比双螺旋线圈故障信号，并判断该数字测量电压对应的测量双螺旋线圈状态为“0” ；
若所述工业计算机一次采样后得到的某个所述数字测量电压信号减去所述数字参比电压信号得到的差值Vx，χ = 1，2，. . .，n，大于零值且与零值差值的绝对值大于5%的所述设定的测量信号低电平值K大小，同时该差值Vx，χ = 1，2，. . .，n，小于设定的测量信号高电平值和测量信号低电平值之差J_k且与设定的测量信号高电平值和测量信号低电平值之差J_k的差值绝对值大于5 %的所述设定的测量信号高电平值J大小，则判断该数字测量电压对应的测量双螺旋线圈状态保持前一采样时刻下的状态不变；
若所述工业计算机一次采样后得到的某个所述数字测量电压信号减去所述数字参比电压信号得到的差值Vx，x = 1,2,...，n，大于设定的测量信号高电平值和测量信号低电平值之差J_k且与设定的测量信号高电平值和测量信号低电平值之差J_k的差值绝对值大于5%的所述设定的测量信号高电平值J大小，同时该差值Vx，χ= 1,2, ...，n，小于设定的二倍测量信号高电平值和测量信号低电平值之差2*J-k的差值绝对值且与设定的二倍测量信号高电平值和测量信号低电平值之差2*J-k的差值绝对值大于5%的所述设定的测量信号高电平值J大小，则判断该数字测量电压对应的测量双螺旋线圈状态保持前一采样时刻下的状态不变；
步骤(2’)依次对本次采样中出现的所有在操作步骤(4)中得到的所述数字测量电压减去所述数字参比电压信号得到的差值Vx，x = 1，2，...，n，不满足步骤(4)中的各种判断标准，无法确定该数字测量电压对应的测量双螺旋线圈状态的情况按照步骤(1’ )所述操作进行处理，得到的各个所述数字测量电压对应的测量双螺旋线圈状态信息记入步骤 (4)中得到的当前采样时刻对应η个测量双螺旋线圈的状态信息组合的对应位置，并返回进行所述工业计算机对所述各数字电压信号进行处理后输出对应所述棒位信息和所述参比双螺旋线圈以及η个测量双螺旋线圈的状态信息的操作中的步骤(5)，最终完成本次棒位测量操作。
当某个测量双螺旋线圈或者参比双螺旋线圈中分别属于a、b两组的内外两个测量线圈中的一个出现断路故障，对应的测量双螺旋线圈或者参比双螺旋线圈的阻抗增加一倍。
所述的测量双螺旋线圈个数η大于等于3，任意两个相邻的测量双螺旋线圈中心线之间的距离都是测量芯棒随控制棒驱动轴运动的整个行程中运动步距的整数倍。
本发明的效果在于，所述一种具有双螺旋线圈级联结构的棒位测量装置，与现有各种棒位测量技术相比，特别是感应式棒位测量技术相比，具有以下优点及突出性效果1、 由于本发明采用了双螺旋线圈结构的测量线圈和参比线圈，在不增大装置体积的前提下， 大大提高了线圈工作的冗余度，有效地提供了系统的可靠性；2、由于本发明各相邻双螺旋线圈之间采用级联方式连接，所有测量双螺旋线圈和参比双螺旋线圈共用一个激励信号发生单元，有效地解决了原有技术中由于各个自感测量线圈和参比线圈分别使用独立的激励信号发生单元而产生的参数漂移和温度造成的信号扰动，极大地提供了所有测量线圈中的输出信号的一致性特征，改善了棒位测量装置的信噪比。3、由于采用级联的双螺旋线圈结构，在某个双螺旋线圈中一个线圈绕组失效的情况下，不但可以继续保证棒位测量装置的有效工作，还可以容易地在线诊断出对应的失效线圈位置，有利于及早做出故障诊断并改善设备维护的效率和效果。4、由于采用了级联的结构形式，减少了原有各个独立激励信号发生单元与测量线圈的连线，使得设备更加简单，维护容易，整体棒位测量装置失效概率大大降低。
图1是一种具有双螺旋线圈级 联结构的棒位测量装置的结构示意图
图2是一种具有双螺旋线圈级联结构的棒位测量装置的一个实施例的示意图
对附图中各标号说明如下
图1中标号说明
1平标号标号说明图中标号标号说明
Al__测量双螺旋线圈Ala__测量线圈(a组)
Alb__测量线圈(b组)A2__测量双螺旋线圈
A2a__测量线圈(a组)A2b__测量线圈(b组)
"^TH双螺旋线圈—Ana — 测量线圈(a组)
Anb__测量线圈(b组)B__测量芯棒_
~W^ib芯棒—C— 现场接线端子盒
接线端子Cbl接线端子
Ca2__接线端子__Cb2__接线端子_
Can__接线端子__Cbn__接线端子_
CRa__接线端子__CRb__接线端子_
__信号调理单元__EAl__差分放大器
EA2__差分放大器__EAn__差分放大器
ER__差分放大器__FAl__低通滤波器
FA2__低通滤波器__FAn__低通滤波器
FR__低通滤波器__G__A/D转换电路
__工业计算机__M__激励信号发生器
__激励信号放大器R__参比双螺旋线圈
Ra__参比线圈(a组)Rb__参比线圈(b组)
Sl公共接线端子^ S2^公共接线端子 —
_Γ__激励信号发生单元 U__信息处理单元
Z控制棒驱动轴
图2中标号说明
1平标号标号说明图中标号标号说明
Al__测量双螺旋线圈Ala__测量线圈(a组)
Alb__测量线圈(b组)A2__测量双螺旋线圈
A2a__测量线圈(a组)A2b__测量线圈(b组)
"^3"H双螺旋线圈—A3a — 测量线圈(a组)
A3b__测量线圈(b组)B__测量芯棒_
~W^ib芯棒—C— 现场接线端子盒
接线端子Cbi接线端子 —
权利要求
1. 一种具有双螺旋线圈级联结构的棒位测量装置，其特征在于，含有 一系列用于棒位测量的测量双螺旋线圈、一个参比双螺旋线圈、一根与控制棒驱动轴同轴连接的由导磁材料段和非导磁材料段交错排列组成的测量芯棒、一根与所述测量芯棒中非导磁材料段具有相同性质材料和结构的参比芯棒、一个现场接线端子盒、一个激励信号发生单元、一个信号调理单元以及一个信息处理单元，其中一系列用于棒位测量的从第1个到第η个共η个所述测量双螺旋线圈(Al An)，以自感方式工作，每个测量双螺旋线圈(Αχ) ,χ = 1,2,...,η,由分别属于a、b两组的第1个和第2个内外共两个测量线圈(Axa和Axb)，χ = 1，2，...，n，构成；所述内外两个测量线圈(Axa和Axb)，χ = 1,2, ...，n，使用同一个线圈骨架同向共轴绕制且阻抗相同；所述内外两个测量线圈中属于b组的一个测量线圈(Axb) ,χ= 1,2,..., n，靠近相应测量双螺旋线圈(Αχ) ,χ = 1,2,...,η,内侧布置；所述内外两个测量线圈中属于a组的一个测量线圈 (Axb), χ = 1，2，...，n，靠近相应测量双螺旋线圈(Αχ)，x = 1，2，. . .，n，外侧布置；所述每个测量双螺旋线圈(Αχ), χ= 1,2, ...,η,中分别属于a、b两组的第1个和第2个内外共两个测量线圈(Axa和Axb) ,χ= 1,2,...,η,分别独立引线；且所述两个测量线圈(Axa和 Axb)，χ = 1，2，...，η，各自的上下两个引线端分别对应并联连接到所述现场接线端子盒中的对应的一对接线端子(Cax和Cbx)上，χ = 1，2，...，η ；并在所述一对接线端子(Cax和 Cbx), χ = 1,2,..., η，上分别合并为对应每个接线端子的一对测量引线引出；所述每个测量双螺旋线圈(Αχ)，χ= 1，2，...，η，在经过对应一对接线端子(Cax和Cbx)，χ= 1,2,..., η，转接后引出所包含的两个测量线圈(Axa和Axb) ,χ= 1,2,..., η，同向并联共用的两根测量引线；所述第1个到第η个共η个测量双螺旋线圈(Al An)的结构和电性能参数相同且都各自独立引出测量引线；所述第1个到第η个共η个测量双螺旋线圈(Al An)同轴等间隔布置；所述参比双螺旋线圈(R)，具有与每个所述测量双螺旋线圈相同的结构和电性能参数， 所述参比双螺旋线圈(R)包含有分别属于a、b两组的第1个和第2个内外共两个参比线圈 (Ra和Rb)且两个所述参比线圈(Ra和Rb)各自的上下两个引线端分别对应并联连接到所述现场接线端子盒中对应的一对接线端子(CRa和CRb)上；并在所述一对接线端子(CRa和 CRb)上分别合并为对应每个接线端子的一对测量引线引出；所述参比双螺旋线圈(R)在经过对应接线端子转接后引出所包含的两个参比线圈(Ra和Rb)同向并联共用的两根测量引线；所述参比双螺旋线圈(R)和其他各个所述测量双螺旋线圈通过所述现场接线端子盒中的对应各对接线端子相互之间串联连接而构成按照空间位置从上到下的级联形式；所述参比双螺旋线圈(R)和其他各个所述测量双螺旋线圈构成级联形式连接后的两个公共引线端分别对应连接到所述现场接线端子盒中的两个公共接线端子(Si和S2)上；一根所述测量芯棒(B)，由若干个导磁材料段和非导磁材料段交错排列组成，在所述各测量双螺旋线圈内部运动，所述各测量双螺旋线圈安装于所述测量芯棒顶端端面的运动范围之内，所述参比双螺旋线圈安装于所述测量芯棒顶端端面的运动范围之外；一根与所述测量芯棒中非导磁材料段具有相同性质材料和结构的所述参比芯棒(BR)， 置于所述参比双螺旋线圈内部不动；所述激励信号发生单元，由一个激励信号发生器和一个激励信号放大器对应串接而成，所述激励信号放大器的两个输出端分别对应连接到所述现场接线端子盒中的所述两个公共接线端子(Si和S2)上，向以级联方式串接的所述参比双螺旋线圈和其他各个所述测量双螺旋线圈(Al An)输出固定频率的交流激励信号；所述信号调理单元，共有n+1个信号调理电路，每个所述信号调理电路依次由一个差分放大器和一个低通滤波器串接组成，上方第一个所述信号调理电路中的差分放大器的输入端与所述现场接线端子盒中对应所述参比双螺旋线圈经过对应接线端子转接后引出的两根测量引线分别对应相连，其余η个所述信号调理电路中的差分放大器的输入端分别与对应的所述各测量双螺旋线圈经过对应接线端子转接后引出的各对测量引线分别对应相连；所述信息处理单元，由一个A/D转换电路和一台工业计算机依次串接而成，所述A/D转换电路的输入端共有n+1个分别与所述信号调理单元中n+1个低通滤波器的输出端对应相连的输入端，输入的直流形式的对应所述参比双螺旋线圈产生自感电压的一个参比电压信号和对应所述η个测量双螺旋线圈产生的η个自感电压的η个测量电压信号，在经过所述 A/D转换电路转换为对应的η个数字测量电压信号和一个数字参比电压信号后向所述工业计算机输出，其中所述工业计算机依次按以下步骤对所述η个数字测量电压信号和一个数字参比电压信号进行处理后输出对应棒位信息和所述参比双螺旋线圈以及η个测量双螺旋线圈的状态信息步骤(1)系统初始化操作，包括 激励信号发生单元初始化，设定激励信号发生器产生的信号频率，设定激励信号放大器输出的激励信号开路电压有效值大小，设定激励信号放大器输出的激励信号电流有效值大小且所述激励信号电流有效值恒定不变；工业计算机初始化，设定测量芯棒随控制棒驱动轴运动整个行程中的总运动步数及运动步距，设定工业计算机读取所述A/D转换电路输出的表示所述参比双螺旋线圈产生自感电压的一个数字参比电压信号和表示对应所述η个测量双螺旋线圈产生的η个自感电压的 η个数字测量电压信号的采样时间间隔，设定所述A/D转换电路输出的对应所述测量芯棒中的导磁材料段完全进入正常的单个测量双螺旋线圈内部时对应测量双螺旋线圈产生自感电压的数字测量电压信号为测量信号高电平值J，设定所述A/D转换电路输出的对应所述参比芯棒完全进入正常的所述参比双螺旋线圈内部的状态下对应参比双螺旋线圈产生自感电压的数字测量电压信号为测量信号低电平值K，所述A/D转换电路输出的对应所述测量芯棒中的非导磁材料段完全进入正常的单个测量双螺旋线圈内部或者没有所述测量芯棒进入正常的单个测量双螺旋线圈内部时对应测量双螺旋线圈产生自感电压的数字测量电压信号均等于测量信号低电平值K ；设定对应所述激励信号放大器输出的激励信号电流有效值大小和激励信号开路电压有效值大小的数字量值；步骤(2)工业计算机按照步骤(1)设定的采样时间间隔进行循环等时间间隔采样，每次读取所述A/D转换电路输出的表示所述参比双螺旋线圈产生自感电压的一个数字参比电压信号和表示对应所述η个测量双螺旋线圈产生的η个自感电压的η个数字测量电压信号；步骤(3)当工业计算机一次采样后得到的所述A/D转换电路输出的表示所述参比双螺旋线圈产生自感电压的一个数字参比电压信号和表示对应所述η个测量双螺旋线圈产生的η个自感电压的η个数字测量电压信号与前一次采样后得到的对应一个数字参比电压信号和η个数字测量电压信号不相等时，工业计算机进行如下判断若所述一个数字参比电压信号和η个数字测量电压信号中的某个与零值差值的绝对值小于5%的其他各个所述数字测量电压信号及数字参比电压信号平均值大小，则判断该电压信号对应测量双螺旋线圈或者参比双螺旋线圈短路失效，输出报警信号，并中止棒位测量操作；若所述一个数字参比电压信号和η个数字测量电压信号中的某个与之前设定的所述激励信号放大器输出的激励信号开路电压有效值大小的数字量值之差的绝对值小于5%的所述激励信号放大器输出的激励信号开路电压有效值大小的数字量值，而其他各个所述数字测量电压信号或者数字参比电压信号与零值差值的绝对值小于5%的所述激励信号放大器输出的激励信号开路电压有效值大小的数字量值，则判断该电压信号对应测量双螺旋线圈或者参比双螺旋线圈完全断路失效，输出报警信号，并中止棒位测量操作；步骤(4)工业计算机计算步骤(2)中得到的η个所述数字测量电压信号分别减去所述数字参比电压信号对应得到的差值Vl Vn，并进行判断若工业计算机一次采样后得到的某个所述数字测量电压减去所述数字参比电压信号得到的差值Vx，x = 1，2，...，n，与设定的测量信号高电平值和测量信号低电平值之差J-k 的差值绝对值小于5%的所述设定的测量信号高电平值J大小，则判断该数字测量电压对应的测量双螺旋线圈状态为“1” ；若工业计算机一次采样后得到的某个所述数字测量电压减去所述数字参比电压信号得到的差值Vx，χ = 1,2,.. .，n，与零值差值的绝对值小于5%的所述设定的测量信号低电平值K大小，则判断该数字测量电压对应的测量双螺旋线圈状态为“O” ；依次对η个测量双螺旋线圈进行上述判断操作，得到当前采样时刻对应η个测量双螺旋线圈的状态信息组合；步骤(5)将步骤(4)中得到的当前采样时刻对应η个测量双螺旋线圈的状态信息组合与预先存贮在工业计算机内部的“η个测量双螺旋线圈的状态信息组合与对应棒位位置对应关系表”中存贮的各种η个测量双螺旋线圈的状态信息组合情况进行比较，即可确定当前采样时刻下的棒位位置信息，工业计算机将所述棒位位置信息进一步输出。
2.根据权利要求
1所述的一种具有双螺旋线圈级联结构的棒位测量装置，其特征在于，所述工业计算机在任意测量双螺旋线圈中分别属于a、b两组的内外两个测量线圈中的一个出现断路故障的时候，可以进行故障校正操作，其步骤如下步骤(Γ )若所述工业计算机之前对各所述数字测量电压信号和所述数字参比电压信号进行处理后输出对应所述棒位信息和所述参比双螺旋线圈以及η个测量双螺旋线圈的状态信息的操作步骤(4)中得到的的某个所述数字测量电压减去所述数字参比电压信号得到的差值Vx，χ = 1,2, ..., n，不满足步骤(4)中的各种判断标准，无法确定该数字测量电压对应的测量双螺旋线圈状态时，工业计算机进行如下判断若所述工业计算机一次采样后得到的某个所述数字测量电压信号减去所述数字参比电压信号得到的差值Vx，x = 1,2,...，n，大于设定的测量信号高电平值和测量信号低电平值之差J-k且其与设定的二倍测量信号高电平值和测量信号低电平值之差2*J-k的差值绝对值小于5%的所述设定的测量信号高电平值J大小，则判断该数字测量电压信号对应的测量双螺旋线圈中分别属于a、b两组的内外两个测量线圈中的一个出现断路故障，输出对应测量双螺旋线圈故障信号，并判断该数字测量电压对应的测量双螺旋线圈状态为“1”若所述工业计算机一次采样后得到的某个所述数字测量电压信号减去所述数字参比电压信号得到的差值Vx，x = 1,2,...，n，与设定的测量信号高电平值和二倍测量信号低电平值之差J_2*k的差值绝对值小于5 %的所述设定的测量信号高电平值J大小，则判断参比双螺旋线圈中分别属于a、b两组的内外两个测量线圈中的一个出现断路故障，输出参比双螺旋线圈故障信号，并判断该数字测量电压对应的测量双螺旋线圈状态为“ 1” ；若所述工业计算机一次采样后得到的某个所述数字测量电压信号减去所述数字参比电压信号得到的差值Vx，χ = 1，2，. . .，n，与测量信号低电平值的负值_k的差值绝对值小于5%的所述设定的测量信号低电平值k大小，则判断参比双螺旋线圈中分别属于a、b两组的内外两个测量线圈中的一个出现断路故障，输出参比双螺旋线圈故障信号，并判断该数字测量电压对应的测量双螺旋线圈状态为“O” ；若所述工业计算机一次采样后得到的某个所述数字测量电压信号减去所述数字参比电压信号得到的差值Vx，χ = 1，2，. . .，n，大于零值且与零值差值的绝对值大于5%的所述设定的测量信号低电平值K大小，同时该差值Vx，χ = 1,2,..., n，小于设定的测量信号高电平值和测量信号低电平值之差J_k且与设定的测量信号高电平值和测量信号低电平值之差J_k的差值绝对值大于5%的所述设定的测量信号高电平值J大小，则判断该数字测量电压对应的测量双螺旋线圈状态保持前一采样时刻下的状态不变；若所述工业计算机一次采样后得到的某个所述数字测量电压信号减去所述数字参比电压信号得到的差值Vx，x = 1,2,...，n，大于设定的测量信号高电平值和测量信号低电平值之差J-k且与设定的测量信号高电平值和测量信号低电平值之差J-k的差值绝对值大于 5%的所述设定的测量信号高电平值J大小，同时该差值Vx，x = 1，2，...，n，小于设定的二倍测量信号高电平值和测量信号低电平值之差2*J-k的差值绝对值且与设定的二倍测量信号高电平值和测量信号低电平值之差2*J-k的差值绝对值大于5%的所述设定的测量信号高电平值J大小，则判断该数字测量电压对应的测量双螺旋线圈状态保持前一采样时刻下的状态不变；步骤(2')依次对本次采样中出现的所有在操作步骤(4)中得到的所述数字测量电压减去所述数字参比电压信号得到的差值Vx，χ = 1,2, ..., n，不满足步骤(4)中的各种判断标准，无法确定该数字测量电压对应的测量双螺旋线圈状态的情况按照步骤(1')所述操作进行处理，得到的各个所述数字测量电压对应的测量双螺旋线圈状态信息记入步骤 (4)中得到的当前采样时刻对应η个测量双螺旋线圈的状态信息组合的对应位置，并返回进行所述工业计算机对所述各数字电压信号进行处理后输出对应所述棒位信息和所述参比双螺旋线圈以及η个测量双螺旋线圈的状态信息的操作中的步骤(5)，最终完成本次棒位测量操作。
3.根据权利要求
1所述的一种具有双螺旋线圈级联结构的棒位测量装置，其特征在于，当某个测量双螺旋线圈或者参比双螺旋线圈中分别属于a、b两组的内外两个测量线圈中的一个出现断路故障，对应的测量双螺旋线圈或者参比双螺旋线圈的阻抗增加一倍。
4.根据权利要求
1所述的一种具有双螺旋线圈级联结构的棒位测量装置，其特征在于，所述的测量双螺旋线圈个数η大于等于3，任意两个相邻的测量双螺旋线圈中心线之间的距离都是测量芯棒随控制棒驱动轴运动的整个行程中运动步距的整数倍。
专利摘要
一种具有双螺旋线圈级联结构的棒位测量装置，属于反应堆的棒位测控技术领域：
，其特征在于，含有一系列用于棒位测量的测量双螺旋线圈、一个参比双螺旋线圈、一根与控制棒驱动轴同轴连接的由导磁材料段和非导磁材料段交错排列组成的测量芯棒、一根与所述测量芯棒中非导磁材料段具有相同性质材料和结构的参比芯棒、一个现场接线端子盒、一个激励信号发生单元、一个信号调理单元以及一个信息处理单元，其中，信息处理单元中的工业计算机通过判断各个测量双螺旋线圈与参比双螺旋线圈在同一激励信号作用下的信号电压之差确定各个测量双螺旋线圈状态组合并得到对应棒位位置信息，本发明具有高可靠性，高信噪比和线圈在线故障诊断的优点。
文档编号G21C17/10GKCN101794630SQ201010124860
公开日2012年2月8日 申请日期2010年3月12日
发明者姜胜耀, 张亚军, 李胜强, 王文然, 薄涵亮 申请人:清华大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (4), 非专利引用 (1),