一种辐照后燃料棒水下直径测量系统及其测量方法与流程

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棒水下直径测量系统及其测量方法。

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。

传统的燃料棒直径测量方法一般采用游标卡尺、激光测微仪、激光轮廓仪等手段，水下测量一般采用图像法、激光测量法及超声测量法。针对水下燃料棒测量，传统方法测量精度和工作效率不高。因此，需要建立一种适合燃料棒水下直径测量的新技术。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有燃料棒水下直径测量时存在测量精度和工作效率不高的问题，提供了一种辐照后燃料棒水下直径测量系统及其测量方法，通过接触片间的微小位移量变化，将位移变化转化为线圈互感系数变化，进而转化为电压，最终实现非电量与电量的转换，实现辐照后燃料组件外围燃料棒直径的精密测量。

本发明通过下述技术方案实现：

一种辐照后燃料棒水下直径测量系统，包括乏燃料水池，所述乏燃料水池中设置有朝向燃料组件的直径测量单元，直径测量单元连接有信号采集与处理系统。在对于燃料棒水下直径测量时，传统的测量方法一般采用游标卡尺、激光测微仪、激光轮廓仪等手段，水下测量一般采用图像法、激光测量法及超声测量法。针对水下燃料棒测量，传统方法测量精度和工作效率不高。因此，需要建立一种适合燃料棒水下直径测量的新技术。燃料棒水下直径测量技术作为池边检查技术的重要组成部分，是利用电磁感应原理，将被测位移量的变化转换成变压器线圈的互感系数变化，再由测量电路转换成电压的变化量输出，实现由非电量到电量转换的尺寸测量方法。本方案采用剪刀式测量探头接触片，能够更好地与燃料棒表面接触又不会造成燃料棒表面二次损伤。通过接触片间的微小位移量变化，巧妙地将位移变化转化为线圈互感系数变化，进而转化为电压，最终实现非电量与电量的转换，实现辐照后燃料组件外围燃料棒直径的精密测量，大幅提高测量精度和检测效率。这是现有技术有所达不到的效果，同时也没有技术人员想到这种测量方法。

直径测量单元包括水下镜头、测量卡爪、传感器以及驱动机构，所述驱动机构能够朝向燃料组件外围燃料棒进行水平移动，水下镜头优选为两个，分别观察燃料组件外围燃料棒及测量探头，水下镜头可以选择安装在驱动机构上或者测量卡爪上，为了便于对测量单元进行支撑，在乏燃料水池中安装有立柱，立柱上安装有工作平台，驱动机构设置在工作平台上，水下镜头、测量卡爪、传感器均设置在驱动机构上，传感器和信号采集与处理系统连接，在测量卡爪上设置有测量探头，且测量探头与传感器连接，随着驱动机构的移动测量卡爪能够插入燃料组件外围燃料棒，使得测量探头的两个接触片间位移量发生变化，测量探头安装在测量卡爪上并与传感器连接，是作为与燃料棒外壁接触的部件。上述部件都是现有部件，能够在市场上直接购买得到，组合后操作方便，可在现场乏燃料水池第一时间内实现燃料组件外围燃料棒的水下快速直径测量，采用的接触式电信号传输转换方式，可以大幅提高测量精度和检测效率。

传感器为LVDT传感器。LVDT是线性可变差动变压器缩写，属于直线位移传感器。它由一个初级线圈，两个次级线圈，铁芯，线圈骨架，外壳等部件组成。LVDT工作过程中，铁心的运动不能超出线圈的线性范围，否则将产生非线性值，因此所有的LVDT均有一个线性范围。本方案采用LVDT传感器，使得其能够接收测量卡爪中测量探头的接触片间的微小位移量变化，传感器中变压器线圈的互感系数进行对应变化，从而使得测量更加准确。

一种辐照后燃料棒水下直径测量方法，包括以下步骤：

（1）调整水下镜头的角度，使水下镜头能分别观察到燃料组件外围燃料棒及测量探头；

（2）将燃料组件吊至乏燃料水池中直径测量系统的三向框位置处固定，三向框是用于对燃料组件和燃料棒进行固定，设备只能从三向框一个方向进出，防止其晃动而造成测量不准确；

（3）操作驱动机构控制测量卡爪向前运动，测量卡爪插入燃料组件外围燃料棒区域，测量卡爪与其中一根燃料棒外壁接触，继续移动使得测量探头的两个接触片间位移量发生变化，位移量的变化引起LVDT传感器变压器线圈的互感系数变化；

（4）通过电缆线将线圈互感系数变化量传输到信号采集与处理系统并转换成电压的变化量输出，预先设计含多种直径规格的加工对比棒，采用经过校验的螺旋测微仪分别接触测量每种对比棒位置得到刻度值，移动测量卡爪卡入对应的对比棒（13）得到电压值，由刻度值与电压值的对应关系制作系统标定曲线，再根据系统标定曲线，由实际测量电压值反推得到燃料棒直径值。

在本技术方案中，采用剪刀式测量探头接触片，能够更好地与燃料棒表面接触又不会造成燃料棒表面二次损伤。通过接触片间的微小位移量变化，巧妙地将位移变化转化为线圈互感系数变化，进而转化为电压，最终实现非电量与电量的转换，实现辐照后燃料组件外围燃料棒直径的精密测量，大幅提高测量精度和检测效率，而且其操作方便，可在现场乏燃料水池第一时间内实现燃料组件外围燃料棒的水下快速直径测量，采用的接触式电信号传输转换方式，可以大幅提高测量精度和检测效率。电信号传输转换本身为现有的技术，却并没有将其应用到本领域中用于对辐照后燃料棒水下直径测量，本方案将其应用到核燃料循环的辐照后燃料组件池边检查领域，用于对辐照后燃料棒水下直径进行测量，取得了现有测量方法所达不到的效果，并且测量操作的简便性大大提高，测量的效率也进一步提高。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本发明操作方便，可在现场乏燃料水池第一时间内实现燃料组件外围燃料棒的水下快速直径测量，采用的接触式电信号传输转换方式，可以大幅提高测量精度和检测效率。

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为本发明测量原理图；

图2为探头部分结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-燃料棒，2-测量探头，3-LVDT传感器，4-三向框，5-水下镜头，6-驱动机构，7-立柱，8-电缆线，9-信号采集与处理系统，10-大厅行吊，11-乏燃料水池，12-测量卡爪，13-对比棒。

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：

如图1、图2所示，一种辐照后燃料棒水下直径测量系统，通过在乏燃料水池11安装主台架立柱7，将水下直径测量单元安装至立柱7上，直径测量单元包括水下镜头5、测量卡爪12、LVDT传感器3以及驱动机构6，驱动机构6能够朝向燃料组件外围燃料棒1进行水平移动，水下镜头5、测量卡爪12、LVDT传感器3均设置在驱动机构6上，LVDT传感器3和信号采集与处理系统9连接，在测量卡爪12上设置有测量探头2，且测量探头2与LVDT传感器3连接，调整水下镜头5的角度，使两个水下镜头5能分别观察到燃料组件外围燃料棒1及测量探头2；立柱7上安装有工作平台，驱动机构6设置在工作平台上。利用大厅行吊10将燃料组件吊至乏燃料水池11中直径测量系统的三向框4位置处固定；操作驱动机构6控制测量卡爪12向前运动，测量卡爪12插入燃料组件外围燃料棒1区域，测量卡爪12与其中一根燃料棒1外壁接触，继续移动使得测量探头2的两个接触片间位移量发生变化，位移量的变化引起LVDT传感器3变压器线圈的互感系数变化；通过电缆线8将线圈互感系数变化量传输到信号采集与处理系统9并转换成电压的变化量输出，通过电缆线8将线圈互感系数变化量传输到信号采集与处理系统9并转换成电压的变化量输出，预先设计含多种直径规格的加工对比棒13，加工对比棒13的数量至少为四种，这样才能保证加工对比棒13具有准确的参考值，采用经过校验的螺旋测微仪分别接触测量每种对比棒13位置得到刻度值，移动测量卡爪12卡入对应的对比棒13得到电压值，由刻度值与电压值的对应关系制作系统标定曲线，再根据系统标定曲线，由实际测量电压值反推得到燃料棒1直径值。本方法通过驱动机构控制测量探头向前运动，插入燃料组件外围燃料棒，使得测量探头两个接触片间的位移量发生变化，位移量的变化引起LVDT传感器变压器线圈的互感系数变化，通过电缆线将线圈互感系数变化量传输到信号采集与处理系统并转换成电压的变化量输出，再根据电压值与实际测量值之间的系统标定曲线关系得到燃料棒直径值。本发明操作方便，可在现场乏燃料水池第一时间内实现燃料组件外围燃料棒的水下快速直径测量，采用的接触式电信号传输转换方式，可以大幅提高测量精度和检测效率。

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。