張克強，蘇志偉，李福春，趙文濤

（中國核動力研究設(shè)計院 第一研究所，成都610041）

0 引言

控制棒是反應(yīng)堆控制系統(tǒng)和安全保護系統(tǒng)的重要組成部分。反應(yīng)堆在事故狀態(tài)下操作人員需對控制棒進行緊急落棒操作，落棒棒位狀態(tài)直接關(guān)系到反應(yīng)堆的緊急停堆狀態(tài)[1-4]。目前，針對壓水堆反應(yīng)堆控制棒監(jiān)測的研究原理主要集中于電流信號監(jiān)測、電磁感應(yīng)監(jiān)測、壓水堆數(shù)字化監(jiān)測等技術(shù)領(lǐng)域研究。以上研究正常情況下可較好地判斷棒位狀態(tài)，但現(xiàn)有研究主要采用設(shè)備內(nèi)置式或設(shè)備固定式的設(shè)計方法，沒有針對特定工況的棒位狀態(tài)進行監(jiān)測的研究[5-14]。充分考慮壓水堆反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件檢修頻率低、外圍工作空間小、工作環(huán)境惡劣、輻射劑量大等現(xiàn)實性問題，有必要加強針對壓水堆反應(yīng)堆緊急落棒時棒位狀態(tài)監(jiān)測的研究，以滿足穩(wěn)定性、準確性、便攜性、耐輻照性、高通用性等技術(shù)要求。

1 控制棒棒位監(jiān)測裝置設(shè)計

本裝置主要由專用聲音采集夾具、聲音放大裝置、聲音傳輸裝置、聲音圖像轉(zhuǎn)換裝置、屏蔽裝置、數(shù)據(jù)傳輸裝置、終端顯示裝置等組成，結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

2 控制棒棒位監(jiān)測裝置理論原理論證

2.1 基本理論原理

利用控制棒在落棒時產(chǎn)生沖擊聲音的原理，采用鼓膜鼓腔原理將聲音信號放大，采用導(dǎo)音管將放大后的聲音信號傳輸至小計量場，通過相關(guān)信號處理軟件完成信號提取及分析，實現(xiàn)對壓水堆反應(yīng)堆緊急落棒時棒位狀態(tài)的監(jiān)測。

2.2 設(shè)計原理驗證

2.2.1 聲學(xué)圖像轉(zhuǎn)換原理論證

圖1 控制棒棒位監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)簡圖

圖2 聲學(xué)圖像轉(zhuǎn)換驗證結(jié)果

采用聲音傳感技術(shù)對聲音信號進行可視化顯示及數(shù)據(jù)存儲。對聲學(xué)圖像轉(zhuǎn)換原理進行了驗證，結(jié)果表明：敲擊現(xiàn)象產(chǎn)生的波形圖效果明顯，敲擊效果波形圖靈敏度較高，可準確判斷敲擊力度大小，實驗效果如圖2所示。

2.2.2 工程原理論證

對相對靜音環(huán)境下及相對噪聲環(huán)境下的落棒模擬試驗進行了驗證，驗證結(jié)果表明，該監(jiān)測方法結(jié)果直觀、靈敏、穩(wěn)定。實驗結(jié)果圖如圖3、圖4所示。

圖3 靜音環(huán)境落棒模擬結(jié)果圖

3 試驗裝置原理實驗論證

采用通用醫(yī)用聽診器為聲音放大裝置，聽診器膜片與對稱夾緊結(jié)構(gòu)緊密接觸，實現(xiàn)聲音信號在對稱夾緊結(jié)構(gòu)與聽診器之間的穩(wěn)定傳輸，結(jié)構(gòu)如圖5、圖6所示；采用醫(yī)用聽診器乳膠管為聲音信號遠傳裝置，該遠傳管一端與聲音放大裝置連接，另一端與便攜式噪聲計連接，將聲音信號數(shù)值量化。

圖4 噪聲環(huán)境落棒模擬

圖5 非標專用聲音信號采集夾具

圖6 聽診器及夾持結(jié)構(gòu)

實驗結(jié)果表明：在瞬時敲擊過程中，無論在環(huán)境背景靜音還是在有噪聲環(huán)境下，敲擊產(chǎn)生的瞬時聲音信號均得到了較好的采集、放大、傳輸及顯示，敲擊產(chǎn)生的聲音信號在終端顯示器中相對數(shù)值變化較大，幅值明顯高于環(huán)境背景聲音數(shù)值，獲得的敲擊聲音信號清晰、靈敏，實驗效果如圖7、圖8所示。該研究以實驗的方式對緊急落棒時控制棒棒位監(jiān)測裝置的原理合理性進行了驗證。

4 結(jié)論

從控制棒棒位監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)、基本理論原理論證、聲學(xué)圖像轉(zhuǎn)換原理論證、工程應(yīng)用原理論證、控制棒棒位監(jiān)測裝置原理模擬實驗論證等方面對緊急落棒時控制棒棒位監(jiān)測裝置原理的合理性進行了論證。論證結(jié)果表明，該裝置在原理上可實現(xiàn)緊急停堆時控制棒棒位狀態(tài)的在線監(jiān)測。