[發明專利]用于檢測可線性移動的引導元件的突出位置的位置測量系統及相關測量方法

有效

• 申請號: 201180053800.4
• 申請日: 2011-10-24
• 公開（公告）號: CN103282744A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 馬庫斯·雷曼
• 申請（專利權）人: 阿海琺NP有限公司
• 主分類號: G01D5/20
• 分類號: G01D5/20;G01F23/74
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理事務所(普通合伙) 11363
• 代理人: 許偉群;郭放

本發明涉及一種位置測量系統以及一種相關的測量方法，用于檢測可線性移動的引導元件的突出位置、尤其是極大位置和極小位置。

在原子能技術設備中，例如在核電站設備中，使用可線性運動的控制棒，以便通過吸收輻射來控制在反應堆中的核裂變過程的鏈式反應，其中在核裂變過程中發射粒子輻射，尤其是中子輻射。這種控制棒在核燃料元件之間推移得越遠，則繼續驅動鏈式反應的粒子輻射的越大部分被吸收，使得鏈式反應相應更為緩慢地進行，并且在控制棒的完全伸出位置中理想地可以停止，其中所述控制棒典型被成組地集束布置。由此，鏈式反應的狀態和過程取決于可線性移動的控制棒的伸出位置，并且通過其被確定。對于控制棒的位置的精確認知（尤其是分別最大伸出的位置）由此對于調節工作狀態并且由此尤其是對于安全性是意義重大的。

控制棒的位置測量系統通常包括用于使用電磁感應測量方法的裝置，其中分別利用的是，在電導體中磁場的時間變化感應電壓。這種裝置通常包括一個或者多個主線圈，用于提供這種磁場。通過在磁場區域中的控制棒，改變磁場，這導致在沿著線性移動路徑布置的感應線圈中所感應的電壓變化。基于感應電壓的大小可以確定控制棒的位置。為了檢測控制棒的下部和/或上部端部位置，通常設置有獨立的線圈組，其測量信號分別通過獨立的線路傳輸至分析單元。這些線圈的電壓信號給出了關于控制棒是否到達了下部或者上部端部位置的說明。

上面給出的位置測量系統的缺點是，為了檢測控制棒的位置需要多個次級線圈，其信號線路必須從內部反應堆區域（所謂的容器“Containment”）中引出。尤其是用于檢測控制棒的端部位置的線圈需要附加的測量線路。此外不利的是，根據控制棒的實際位置，在控制棒的最小或者最大端側伸出位置的環境區域中，電感線圈的電壓信號連續地變化。由此，根據電壓信號的大小雖然可以粗略地得出控制棒的最小或者最大伸出位置，然而當控制棒不再位于其最小或者最大伸出位置中時，例如當控制棒從反應堆抽出一定路徑段時，該信號還以減弱的形式始終存在。因此，該感應測量方法對于精確的和清楚的端部位置探測而言通常太不準確。

本發明的第一任務是，提出一種用于檢測可沿著直線路徑移動的控制棒的突出位置、尤其是極值位置的位置測量系統，對于該位置測量系統需要盡可能少數目的測量線路，并且其盡可能準確和可靠。位置測量系統尤其是應當可以用簡單的方式集成到現有的感應位置測量系統中。

本發明的第二任務是，提出一種用于確定可沿著直線路徑移動的控制棒的突出位置、尤其是極值位置的方法，該方法盡可能準確和可靠。

根據本發明，第一任務通過權利要求1所述的特征來解決。于是設計了一種用于檢測引導棒的極值位置的位置測量系統，所述引導棒相對于引導系統沿著直線路徑伸展并且能夠沿著該直線路徑移動，所述位置測量系統帶有多個傳感器元件和至少一個磁性元件，其中磁性元件設計用于形成磁場，磁性元件與引導棒連接，所述傳感器元件或者每個傳感器元件分別構建在探測區域內，用于探測其在傳感器元件的位置上的場強大于預先定義的閾值的磁場，并且至少一個傳感器元件與引導系統連接并且布置在路徑的環境中。

本發明所基于的考慮是，借助磁性元件將磁場與引導棒根據位置來耦合，并且借助通過與引導系統位置固定地連接的外部傳感器元件對磁場的探測來檢測引導棒相對于引導系統的相應位置。特別地，通過這種方式可以檢測引導棒的離散的位置值，例如極值位置。

相對于引導棒固定的參考點的位置被定義為引導棒的位置，其中參考點相對于直線路徑具有恰好一個位置坐標。優選的是，參考點選擇在引導棒的如下位置上：在該位置上設置有任意的、但是固定選擇的磁性元件。在僅僅一個磁性元件的情況下，該選擇是明確的。最后提及的對于參考點的特定選擇并未對一般性進行限制。在參考點的另一選擇情況下，所測量的位置值相比于參考點的特定選擇情況下的值推移恒定的長度，該長度通過在磁性元件和參考點之間的距離給出。

此外，位置檢測是唯一的，因為傳感器元件當且只有當在探測區域中是如下磁場時才作出檢測到的反應：該磁場在傳感器元件的位置處的場強大于閾值。在引導棒的大于傳感器元件的空間分辨率（Trennungsschaerfe）的位置變化情況下，由此并不進行傳感器元件的連續信號輸出。更確切地說，能夠實現“到達端部位置：是/否”的可靠的二進制消息。

如果在引導系統的同一位置安裝有多個傳感器元件，則相應地提高位置檢測的冗余度。因此，根據本發明的位置測量系統原則上能夠以高的冗余度來實施，并且相應地是可靠的。然而，在此由于系統而必須考慮較大數量的線路的缺點。