基于振動信號處理的近等徑球流管路過球檢測系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于球料輸送技術領域，特別設及基于振動信號處理的近等徑球流管路過 球檢測系統及方法。
【背景技術】
[0002] 球料輸送目前主要應用于球床高溫氣冷堆。球床高溫氣冷堆具有固有安全性、高 效率等優點，被認為是第四代核反應堆的優選堆型。此反應堆的特點是采用球形石墨燃料 元件，且在反應堆運行期間由燃料裝卸系統實現不停堆燃料裝卸。在反應堆正常運行過程 中，球形燃料元件逐一從堆忍中卸出，隨后經過燃耗測量環節，達到目標燃耗的燃料元件被 輸送至乏燃料系統，未達到目標燃耗的燃料元件被返回至堆忍，同時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現的。為 了提高輸送效率，燃料元件的直徑與管道的內徑非常接近，因此運種輸送模式被稱為"近等 徑球流管路氣動力輸送"。在燃料元件輸送過程中，需要實時檢測燃料元件是否到達了反應 堆中的某些管段并記錄到達時間，主要有W下原因：
[0003] 首先，燃料裝卸系統有數百臺裝置，運些裝置用于控制燃料元件的輸送、檢測燃料 元件的燃耗等，而燃料元件輸送位置是運些裝置運行的重要基礎，例如，當燃料元件到達燃 耗測量裝置所在管段時，才能夠開始測量其燃耗；
[0004] 其次，反應堆需要對輸送的燃料元件的數量進行精確的統計，而檢測燃料元件是 否到達反應堆中的目標管段可W直接用于統計燃料元件的數量。例如，反應堆每天要加入 400個新燃料元件，通過檢測燃料元件是否到達了入堆管段，可W準確的統計加入的新燃料 元件的數量；
[000引再次，由于燃料元件的直徑和管道的內徑非常接近，因此在反應堆運行過程中可 能會發生卡球事故。而通過檢測燃料元件所經過的管段和未經過的管段W及經過的時間， 可W及時發現卡球事故，并記錄卡球的位置，為之后事故解除提供重要依據；
[0006] 此外，燃料元件是否到達目標管段W及到達的時間是反應堆調試的重要基礎，也 是反應堆運行的重要記錄參數。
[0007] 基于W上四點原因，需要對管路內燃料元件的輸送位置進行準確的檢測和記錄， W保證反應堆的安全可靠運行。
[0008] 目前，球床堆中使用的過球檢測裝置包括貫穿件式、側壁打孔式W及外裝式Ξ種。 其中，貫穿件式檢測裝置采用外部繞制有兩個線圈的陶瓷管段替代反應堆中的一段輸送管 路，利用燃料元件通過時的滿流信號來檢測是否過球。側壁打孔式是在輸球鋼管側壁上打 孔，將兩個繞有線圈的V形鐵忍伸入孔內，利用電磁式接近開關來實現過球檢測。專利 CN200510136309.4及專利CN101719387則提出了外裝式的基于滿流檢測的過球檢測裝置， 避免了貫穿件式檢測裝置及側壁打孔式檢測裝置對管路完整性和密封性的不利影響，降低 了安裝與維護的難度。然而，上述檢測裝置依舊具有W下不足：
[0009] (1)檢測裝置傳感器需要特制的線圈骨架W及繞制特殊的內凹形線圈，結構較為 復雜，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 用于檢測相應直管段內的過球信號。對于球床高溫氣冷堆中廣泛存在的彎頭，無法檢測燃 料元件的輸送位置；
[0011] (3)由于遠場滿流信號強度較低，不同傳感器線圈的物理參數存在細微差別，W及 傳感器安裝時兩側線圈距離管壁距離難W保持一致，導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，其信號調理電路均需要人工調節參數W保證可靠檢測。因此傳 感器的替換和維護很不方便。

【發明內容】

[0012] 本發明的目的是針對已有技術的不足之處，提供一種系統結構簡單、易于控制、檢 測結果準確可靠，且能滿足功能要求的基于振動信號處理的近等徑球流管路過球檢測系統 及方法。
[0013] 本發明的技術方案如下：
[0014] 本發明提供的基于振動信號處理的近等徑球流管路過球檢測系統，其特征在于： 本系統包括信號傳感單元、信號調理單元和信號采集及處理單元;所述的信號傳感單元包 括傳感器和安裝附件;所述的信號調理單元包括激勵電源和信號放大及濾波模塊;所述的 信號采集及處理單元包括信號采集模塊、時頻聯合分析模塊、整流前濾波模塊、整流模塊、 整流后濾波模塊、加權求和模塊和闊值比較及過球判斷模塊；
[0015] 所述的安裝附件用于將傳感器安裝在目標管段上;所述的傳感器用于拾取管路振 動信號，并將該信號轉換為電信號輸出給信號調理單元;所述的激勵電源為傳感器提供激 勵電流;所述的信號放大及濾波模塊對信號傳感單元輸出的電信號進行濾波并提取有效帶 寬振動信號，進而將有效帶寬振動信號輸出給信號采集及處理單元;所述的信號采集模塊 對信號調理單元的輸出信號進行信號采集;所述的時頻聯合分析模塊采用時頻聯合分析技 術，分析不同部位球-管碰撞振動信號的特征，并為整流前濾波模塊提供濾波參數;所述的 整流模塊和整流后濾波模塊通過整流和濾波，將振動信號轉換為振動幅值信號;所述的加 權求和模塊對不同的振動幅值信號添加不同權值并相加，得到處理后信號;所述的闊值比 較及過球判斷模塊通過將處理后信號的幅值和設定闊值進行比較，對球是否到達目標管段 進行判斷。
[0016] 本發明提供的基于振動信號處理的近等徑球流管路過球檢測方法，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過球信息的目標管段上；
[0018] 2)開啟檢測系統，傳感器拾取管路振動信號，并通過信號調理單元輸出原始混合 信號;所述的管路振動信號包括目標管段球-管碰撞振動信號、非目標管段球-管碰撞振動 信號和背景噪聲信號;所述的目標管段球-管碰撞振動信號是指球到達目標管段時與管路 碰撞所激發的振動信號;所述的非目標管段球-管碰撞振動信號是指球在除目標管段W外 的其他管段中與管路碰撞所激發的振動信號；
[0019] 3)信號調理單元對原始混合信號進行放大和濾波，輸出有效帶寬振動信號；
[0020] 4)信號采集模塊對有效帶寬振動信號進行采集調理后，輸出模擬量信號；
[0021] 5)時頻聯合分析模塊對模擬量信號進行時頻聯合分析，獲取目標管段球-管碰撞 振動信號W及非目標管段球-管碰撞振動信號的各自集中頻段；
[0022] 6)整流前濾波模塊根據集中頻段，對模擬量信號進行整流前濾波，獲得混合信號A 與混合信號B;所述的混合信號A包含大部分的目標管段球-管碰撞振動信號和少部分的非 目標管段球-管碰撞振動信號，而背景噪聲信號則被抑制;所述的混合信號B則包含少部分 的目標管段球-管碰撞振動信號和大部分的非目標管段球-管碰撞振動信號，且背景噪聲信 號也被抑制；
[0023] 7)整流模塊對混合信號A及混合信號B進行整流，將交變的振動信號轉換為直流信 號，得到整流信號A和整流信號B;
[0024] 8)整流后濾波模塊對整流信號A和整流信號B再次進行濾波，得到反映振動幅值信 息的混合信號A的幅值信號及混合信號B的幅值信號；
[0025] 9)加權求和模塊分別對混合信號A的幅值信號及混合信號B的幅值信號賦予相應 的權值，并進行求和，得到處理后信號；
[0026] 10)闊值比較及過球判斷模塊將處理后信號的幅值與設定闊值化reshoW比較，若 超過設定闊值化reshold則認為球經過了目標管段，并輸出過球信號；同時，輸出過球信號 后，所述的信號采集及處理單元在鎖定時間A T內不再對信號調理單元傳來的任何信號進 行響應，防止同一管段內存在多次球-管碰撞而導致誤檢;所述的ΔΤ由操作員根據實際工 況進行設定。
[0027] 本發明提供的基于振動信號處理的近等徑球流管路過球檢測方法，其特征在于： 在檢測系統正式開始檢測任務之前，根據過球檢測方法中的步驟1)至步驟9)，進行N次檢測 實驗，得到N個處理后信號;所述的N要大于1