基于振動(dòng)信號(hào)處理的近等徑球流管路過(guò)球檢測(cè)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于球料輸送技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及基于振動(dòng)信號(hào)處理的近等徑球流管路過(guò) 球檢測(cè)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 球料輸送目前主要應(yīng)用于球床高溫氣冷堆。球床高溫氣冷堆具有固有安全性、高 效率等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是第四代核反應(yīng)堆的優(yōu)選堆型。此反應(yīng)堆的特點(diǎn)是采用球形石墨燃料 元件，且在反應(yīng)堆運(yùn)行期間由燃料裝卸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不停堆燃料裝卸。在反應(yīng)堆正常運(yùn)行過(guò)程 中，球形燃料元件逐一從堆忍中卸出，隨后經(jīng)過(guò)燃耗測(cè)量環(huán)節(jié)，達(dá)到目標(biāo)燃耗的燃料元件被 輸送至乏燃料系統(tǒng)，未達(dá)到目標(biāo)燃耗的燃料元件被返回至堆忍，同時(shí)還要向堆忍中加入一 定量的新燃料元件。燃料元件在堆忍外的輸送是在管道中依靠高壓氣流的推力實(shí)現(xiàn)的。為 了提高輸送效率，燃料元件的直徑與管道的內(nèi)徑非常接近，因此運(yùn)種輸送模式被稱(chēng)為"近等 徑球流管路氣動(dòng)力輸送"。在燃料元件輸送過(guò)程中，需要實(shí)時(shí)檢測(cè)燃料元件是否到達(dá)了反應(yīng) 堆中的某些管段并記錄到達(dá)時(shí)間，主要有W下原因：
[0003] 首先，燃料裝卸系統(tǒng)有數(shù)百臺(tái)裝置，運(yùn)些裝置用于控制燃料元件的輸送、檢測(cè)燃料 元件的燃耗等，而燃料元件輸送位置是運(yùn)些裝置運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，例如，當(dāng)燃料元件到達(dá)燃 耗測(cè)量裝置所在管段時(shí)，才能夠開(kāi)始測(cè)量其燃耗；
[0004] 其次，反應(yīng)堆需要對(duì)輸送的燃料元件的數(shù)量進(jìn)行精確的統(tǒng)計(jì)，而檢測(cè)燃料元件是 否到達(dá)反應(yīng)堆中的目標(biāo)管段可W直接用于統(tǒng)計(jì)燃料元件的數(shù)量。例如，反應(yīng)堆每天要加入 400個(gè)新燃料元件，通過(guò)檢測(cè)燃料元件是否到達(dá)了入堆管段，可W準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)加入的新燃料 元件的數(shù)量；
[000引再次，由于燃料元件的直徑和管道的內(nèi)徑非常接近，因此在反應(yīng)堆運(yùn)行過(guò)程中可 能會(huì)發(fā)生卡球事故。而通過(guò)檢測(cè)燃料元件所經(jīng)過(guò)的管段和未經(jīng)過(guò)的管段W及經(jīng)過(guò)的時(shí)間， 可W及時(shí)發(fā)現(xiàn)卡球事故，并記錄卡球的位置，為之后事故解除提供重要依據(jù)；
[0006] 此外，燃料元件是否到達(dá)目標(biāo)管段W及到達(dá)的時(shí)間是反應(yīng)堆調(diào)試的重要基礎(chǔ)，也 是反應(yīng)堆運(yùn)行的重要記錄參數(shù)。
[0007] 基于W上四點(diǎn)原因，需要對(duì)管路內(nèi)燃料元件的輸送位置進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)和記錄， W保證反應(yīng)堆的安全可靠運(yùn)行。
[0008] 目前，球床堆中使用的過(guò)球檢測(cè)裝置包括貫穿件式、側(cè)壁打孔式W及外裝式Ξ種。 其中，貫穿件式檢測(cè)裝置采用外部繞制有兩個(gè)線圈的陶瓷管段替代反應(yīng)堆中的一段輸送管 路，利用燃料元件通過(guò)時(shí)的滿流信號(hào)來(lái)檢測(cè)是否過(guò)球。側(cè)壁打孔式是在輸球鋼管側(cè)壁上打 孔，將兩個(gè)繞有線圈的V形鐵忍伸入孔內(nèi)，利用電磁式接近開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)球檢測(cè)。專(zhuān)利 CN200510136309.4及專(zhuān)利CN101719387則提出了外裝式的基于滿流檢測(cè)的過(guò)球檢測(cè)裝置， 避免了貫穿件式檢測(cè)裝置及側(cè)壁打孔式檢測(cè)裝置對(duì)管路完整性和密封性的不利影響，降低 了安裝與維護(hù)的難度。然而，上述檢測(cè)裝置依舊具有W下不足：
[0009] (1)檢測(cè)裝置傳感器需要特制的線圈骨架W及繞制特殊的內(nèi)凹形線圈，結(jié)構(gòu)較為 復(fù)雜，成本較高；
[0010] (2)上述傳感器受線圈骨架W及線圈制作水平制約，只能夠安裝在直管段上，只適 用于檢測(cè)相應(yīng)直管段內(nèi)的過(guò)球信號(hào)。對(duì)于球床高溫氣冷堆中廣泛存在的彎頭，無(wú)法檢測(cè)燃 料元件的輸送位置；
[0011] (3)由于遠(yuǎn)場(chǎng)滿流信號(hào)強(qiáng)度較低，不同傳感器線圈的物理參數(shù)存在細(xì)微差別，W及 傳感器安裝時(shí)兩側(cè)線圈距離管壁距離難W保持一致，導(dǎo)致在同一位置更換傳感器或者同一 傳感器在同一位置拆裝后，其信號(hào)調(diào)理電路均需要人工調(diào)節(jié)參數(shù)W保證可靠檢測(cè)。因此傳 感器的替換和維護(hù)很不方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的是針對(duì)已有技術(shù)的不足之處，提供一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于控制、檢 測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，且能滿足功能要求的基于振動(dòng)信號(hào)處理的近等徑球流管路過(guò)球檢測(cè)系統(tǒng) 及方法。
[0013] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0014] 本發(fā)明提供的基于振動(dòng)信號(hào)處理的近等徑球流管路過(guò)球檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于： 本系統(tǒng)包括信號(hào)傳感單元、信號(hào)調(diào)理單元和信號(hào)采集及處理單元;所述的信號(hào)傳感單元包 括傳感器和安裝附件;所述的信號(hào)調(diào)理單元包括激勵(lì)電源和信號(hào)放大及濾波模塊;所述的 信號(hào)采集及處理單元包括信號(hào)采集模塊、時(shí)頻聯(lián)合分析模塊、整流前濾波模塊、整流模塊、 整流后濾波模塊、加權(quán)求和模塊和闊值比較及過(guò)球判斷模塊；
[0015] 所述的安裝附件用于將傳感器安裝在目標(biāo)管段上;所述的傳感器用于拾取管路振 動(dòng)信號(hào)，并將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出給信號(hào)調(diào)理單元;所述的激勵(lì)電源為傳感器提供激 勵(lì)電流;所述的信號(hào)放大及濾波模塊對(duì)信號(hào)傳感單元輸出的電信號(hào)進(jìn)行濾波并提取有效帶 寬振動(dòng)信號(hào)，進(jìn)而將有效帶寬振動(dòng)信號(hào)輸出給信號(hào)采集及處理單元;所述的信號(hào)采集模塊 對(duì)信號(hào)調(diào)理單元的輸出信號(hào)進(jìn)行信號(hào)采集;所述的時(shí)頻聯(lián)合分析模塊采用時(shí)頻聯(lián)合分析技 術(shù)，分析不同部位球-管碰撞振動(dòng)信號(hào)的特征，并為整流前濾波模塊提供濾波參數(shù);所述的 整流模塊和整流后濾波模塊通過(guò)整流和濾波，將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為振動(dòng)幅值信號(hào);所述的加 權(quán)求和模塊對(duì)不同的振動(dòng)幅值信號(hào)添加不同權(quán)值并相加，得到處理后信號(hào);所述的闊值比 較及過(guò)球判斷模塊通過(guò)將處理后信號(hào)的幅值和設(shè)定闊值進(jìn)行比較，對(duì)球是否到達(dá)目標(biāo)管段 進(jìn)行判斷。
[0016] 本發(fā)明提供的基于振動(dòng)信號(hào)處理的近等徑球流管路過(guò)球檢測(cè)方法，其特征在于該 方法包括如下步驟：
[0017] 1)利用安裝附件將傳感器安裝在需要檢測(cè)過(guò)球信息的目標(biāo)管段上；
[0018] 2)開(kāi)啟檢測(cè)系統(tǒng)，傳感器拾取管路振動(dòng)信號(hào)，并通過(guò)信號(hào)調(diào)理單元輸出原始混合 信號(hào);所述的管路振動(dòng)信號(hào)包括目標(biāo)管段球-管碰撞振動(dòng)信號(hào)、非目標(biāo)管段球-管碰撞振動(dòng) 信號(hào)和背景噪聲信號(hào);所述的目標(biāo)管段球-管碰撞振動(dòng)信號(hào)是指球到達(dá)目標(biāo)管段時(shí)與管路 碰撞所激發(fā)的振動(dòng)信號(hào);所述的非目標(biāo)管段球-管碰撞振動(dòng)信號(hào)是指球在除目標(biāo)管段W外 的其他管段中與管路碰撞所激發(fā)的振動(dòng)信號(hào)；
[0019] 3)信號(hào)調(diào)理單元對(duì)原始混合信號(hào)進(jìn)行放大和濾波，輸出有效帶寬振動(dòng)信號(hào)；
[0020] 4)信號(hào)采集模塊對(duì)有效帶寬振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集調(diào)理后，輸出模擬量信號(hào)；
[0021] 5)時(shí)頻聯(lián)合分析模塊對(duì)模擬量信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻聯(lián)合分析，獲取目標(biāo)管段球-管碰撞 振動(dòng)信號(hào)W及非目標(biāo)管段球-管碰撞振動(dòng)信號(hào)的各自集中頻段；
[0022] 6)整流前濾波模塊根據(jù)集中頻段，對(duì)模擬量信號(hào)進(jìn)行整流前濾波，獲得混合信號(hào)A 與混合信號(hào)B;所述的混合信號(hào)A包含大部分的目標(biāo)管段球-管碰撞振動(dòng)信號(hào)和少部分的非 目標(biāo)管段球-管碰撞振動(dòng)信號(hào)，而背景噪聲信號(hào)則被抑制;所述的混合信號(hào)B則包含少部分 的目標(biāo)管段球-管碰撞振動(dòng)信號(hào)和大部分的非目標(biāo)管段球-管碰撞振動(dòng)信號(hào)，且背景噪聲信 號(hào)也被抑制；
[0023] 7)整流模塊對(duì)混合信號(hào)A及混合信號(hào)B進(jìn)行整流，將交變的振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信 號(hào)，得到整流信號(hào)A和整流信號(hào)B;
[0024] 8)整流后濾波模塊對(duì)整流信號(hào)A和整流信號(hào)B再次進(jìn)行濾波，得到反映振動(dòng)幅值信 息的混合信號(hào)A的幅值信號(hào)及混合信號(hào)B的幅值信號(hào)；
[0025] 9)加權(quán)求和模塊分別對(duì)混合信號(hào)A的幅值信號(hào)及混合信號(hào)B的幅值信號(hào)賦予相應(yīng) 的權(quán)值，并進(jìn)行求和，得到處理后信號(hào)；
[0026] 10)闊值比較及過(guò)球判斷模塊將處理后信號(hào)的幅值與設(shè)定闊值化reshoW比較，若 超過(guò)設(shè)定闊值化reshold則認(rèn)為球經(jīng)過(guò)了目標(biāo)管段，并輸出過(guò)球信號(hào)；同時(shí)，輸出過(guò)球信號(hào) 后，所述的信號(hào)采集及處理單元在鎖定時(shí)間A T內(nèi)不再對(duì)信號(hào)調(diào)理單元傳來(lái)的任何信號(hào)進(jìn) 行響應(yīng)，防止同一管段內(nèi)存在多次球-管碰撞而導(dǎo)致誤檢;所述的ΔΤ由操作員根據(jù)實(shí)際工 況進(jìn)行設(shè)定。
[0027] 本發(fā)明提供的基于振動(dòng)信號(hào)處理的近等徑球流管路過(guò)球檢測(cè)方法，其特征在于： 在檢測(cè)系統(tǒng)正式開(kāi)始檢測(cè)任務(wù)之前，根據(jù)過(guò)球檢測(cè)方法中的步驟1)至步驟9)，進(jìn)行N次檢測(cè) 實(shí)驗(yàn)，得到N個(gè)處理后信號(hào);所述的N要大于1