核电站松动部件多目标三维动态跟踪方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于核工程技术领域，具体设及松动部件定位、松动部件质量估计和松动 部件=维动态跟踪。该方法不仅能动态跟踪松动部件状态，而且能跟踪多个不同质量的松 动部件。 技术背景
[0002] 为了监测核电站轻水反应堆冷却剂系统中可能存在脱落或者松动的部件，在核电 站一回路安装松动部件监测系统(Xoose Parts Monitoring System,LPMS)是提高核电站 运行安全性，稳定性行之有效的方式。但是，传统LPMS检测到脱落的松动部件后，核电站并 非能够马上停堆检修。因此需要动态跟踪松动部件，形象的显示核电站内部工作过程和松 动部件跌落轨迹，有利于在停堆检修时快速找到松动部件，使维修人员的福射量减到最小， 同时为专家诊断提供依据。
[0003] =维动态显示是二维平面的扩展，目前该技术应用于数字电视、远程教育、远程工 业控制、S维视频会议系统、虚拟现实等领域。在LPMS中的报警、松动部件定位W及松动部 件质量估计研究依然停留在二维空间，虽然可W比较方便的检测出核电站可能存在的问 题，但是缺少直观方便性，为专家诊断和维修带来困难。
[0004] 现有的松动部件定位相关文献有：
[0005] [IjZiola S !,Source location in thin plates using cross-correlation [J],Journ曰I of the Acoustic曰I Society of Americ曰，1991,90:2551-2556.
[0006] -种基于信号相关的到达时差定位法。定位效果虽然准确，但抗噪能力较差。
[0007] [2]Figedy S,0ksa G.Modern methods of signal processing in the loose P曰rt monitoring system[J],Progress in Nucle曰r Ener邑y,2005,46(3-4):253-267.
[000引一种基于小波去噪的时差估计方法，通过小波去噪，即去除噪声的影响，然后再估 计时差。但该方法还是W信号的过零点作为信号到达时间，没有考虑弯曲波的复杂传播模 式，所W在实际定位中当传播距离较远时仍然存在较大的误差。
[0009] [3]林京，罗志，曾亮，黄利平，高飞，华佳东.基于希尔伯特变换和数据筛选的核电 站松动件定位方法：陕西，CN104376881A[P]. 2015-02-25.
[0010] -种基于希尔伯特变换和数据筛选的核电站松动件定位方法，WButterworth滤 波器松动部件冲击信号的噪声后，进行希尔伯特变换得到冲击信号起振时刻，并对网格中 屯、点的名义传播速度进行数据筛选，计算方差，方差中最小值的位置即为定位结果。该方法 定位精度高，捜寻速度快，但对松动部件没有动态跟踪定位，缺少直观方便性，为专家诊断 和维修带来困难。
[0011] 现有的松动部件质量估计方法相关文献有：
[0012] [ 1 ]MAY0 W. loose part mass and energy estimation!! J] . Progress in Nuclear !Energy, 1999,:34(3) :263-282.
[0013] -种基于碰撞信号高低频段能量比的松动件质量估计方法。该方法质量估计误差 较大，一致性差等问题，尤其是抗干扰能力差。
[0014] [2]模式识别技术用于核电站松动件质量估计模型研究[J]，核动力工程，2001,22 (5):465-470.
[0015] 一种利用模式识别理论和人工神经网络理论实现对核电站松动件质量进行估计 的数学模型。利用模式识别理论的特征提取技术，实现对松动件碰撞信号的特征压缩，从而 形成比较少的特征空间维数，经过神经网络的学习过程，实现对核电站松动件质量大小的 估计。该方法能够得到较高的质量估计精度，但需要大量的试验数据对其进行训练，且一致 性较差。
[0016] [3]曹衍龙，程实，杨将新，郑华文，何元峰，基于小波包的质量估计方法[J]，机械 工程学报，2010.46(22): 1-5
[0017] -种基于小波包的松动件质量估计方法。该方法通过小波包分解获取各频段小波 包系数，计算各频段小波包系数的能量潜，并进行归化，得到特征值矢量；W此特征值矢量 作为输入参数，W松动件质量作为输出参数，应用支持向量机（（Support vector machine, SVM)实现松动件质量估计。
[001引[4]方力先，季田田，曾复，张卫，万鹏飞，谢永诚，王赤虎，张海丰，邓晶晶.基于小 波能量谱的核电站松动部件质量估计方法:浙江，CNl 03137224A[ P ]. 2013-06-05
[0019] -种基于小波能量谱的核电站松动部件质量估计方法。该方法通过建立已知质量 的松动部件的建立尺度函数，来求解松动部件的质量。该方法误差小、一致性好和抗干扰能 力强的优点。
【发明内容】
[0020] 本发明为了实现多目标=维动态跟踪松动部件，提出一种核电站松动部件多目标 =维动态跟踪方法。本发明采用的技术方案包括W下步骤：
[0021] 步骤(1)数据库的建立。
[0022] 1-1由于松动部件主要发生在压力容器顶部或底部，在采集数据之前，根据反应堆 压力容器顶部和底部的曲面划分多个均等的网格小分块(常用网格面积约50巧Ocm 2),并对 网格分块进行编号，然后在压力容器顶部和底部各安装=个呈等边=角形分布的加速度传 感器。
[0023] 1-2通过数据采集卡、电荷放大器和加速度传感器获取力键敲击压力容器某一固 定点的冲击信号C(ti)，用于测定传播速度。具体的：加速度传感器获取力键敲击信号后，经 电荷放大器进入数据采集卡。对冲击信号C(ti)进行基于小波变换的希尔伯特变换，得到冲 击信号C(t〇到达某个加速度传感器的传播时间t，测量固定点到该加速度传感器的弧长分 别为L，弧长除W传播时间，得到传播速度V。
[0024] 1-3.测量各网格分块中屯、点到S个加速度传感器的弧长SiQ = I，2,3)，然后将弧 长Si除W传播速度V，得到敲击点到每个加速度传感器的时间TiQ = I, 2,3)，然后获取任意 一个加速度传感器与另两个加速度传感器时间差、京。然后W网格编号，时间差^和 为查询表的属性，建立定位数据库。
[002引 Ti = SiA;
[0026] 吾二 T:: -Tl;
[0027] 京二 T:, -Tl。
[0028] 步骤(2)=维虚拟建模。根据核反应堆一回路系统中设备的实际图纸，利用=维建 模软件建立核反应堆一回路系统中各个子模块的3D模型，并利用纹理贴图技术、特征简化 技术和模型轻量化技术尽可能地减小文件、提高系统的运算速度。该3D模型可W透视，旋 转，从不同角度观察内部部件。
[0029] 步骤(3)松动部件现场信号获取。通过数据采集卡、电荷放大器和加速度传感器来 实现现场信号X(ti)的采集，现场信号X(ti)包括松动件跌落时的冲击信号和环境背景噪声。
[0030] 步骤(4)松动部件定位。
[0031] 4-1对现场信号X(ti)进行频域分析确定信号主频率fm，用连续小波变换计算得到 尺度因子a。选数值2、8、14、20中最接近尺度因子曰，作为最终连续小波变换尺度对现场信号 x(ti)进行处理，然后通过化化ert包络线法求得信号的到达时间差t2i、t3i。
[0032] 4-2将t2i、t3i与数据库中对应尺度下的定位查询表中的时间差作比较，时间差距 离最小值所对应的网格即为定位网格。时间差距离的计算公式为：
[0034] 式中：