一种核反应堆控制棒棒位测量方法、装置和系统与流程

本发明涉及核反应堆控制棒棒位测量领域，具体涉及一种核反应堆控制棒棒位测量方法、装置和系统。

背景技术：

1、反应堆控制棒棒位的精确测量是核动力厂安全运行的关键。目前，主流控制棒棒位测量技术主要基于电磁感应原理，即利用控制棒驱动杆（由磁性材料制成）在移动时引起周围线圈电磁特性变化从而影响线圈电压变化来检测控制棒位置。

2、在专利文件cn119324080b中，公开了一种核电站反应堆控制棒位置测量方法，包括，为每组线圈组分别设置至少一套阈值组，每组线圈组的阈值组套数与线圈组所在位置对应的变化带数量相同，每套阈值组分别包括多个阈值点，每组线圈组的阈值点数值不同；基于编码式棒位探测器和阈值组进行棒位探测。该方法依赖沿控制棒运动方向布置的大量线圈及其特定编码排布，未能摆脱对复杂线圈结构、专用电源柜及信号处理机柜的依赖，线圈串联方式存在单点故障风险，系统复杂度高、设备成本高的问题未得到解决。

3、在专利文件cn118231004a中，公开了一种核电站反应堆控制棒位置测量方法、装置及设备，包括，根据预设的机械步长对核电站反应堆控制棒所对应的行程范围进行划分，得到每一步所对应的位置；通过由多组测量线圈组成的棒位测量器对每一步所对应的位置进行标定，以确定每个位置所对应的标定区间；通过由多组测量线圈组成的棒位测量器实时获取各组测量线圈所对应的实时测量值，并根据每个位置所对应的标定区间以及各组测量线圈所对应的实时测量值，确定核电站反应堆控制棒位置。该方法依赖原有棒位探测器的多组测量线圈结构，无法摆脱线圈物理布置的限制和复杂的电磁信号处理需求，系统仍需配置专门的电源柜和信号处理柜，设备繁多、电气负荷大的问题依然存在。

4、综上所述，上述两个现有专利均需要依赖于沿控制棒运动方向上布置的一系列线圈及其排布方式，其棒位测量分辨率受线圈物理间隔限制，且线圈串联存在单点故障风险。此外，还需要配置专门的电源柜及复杂的信号处理柜等设备，成本和技术要求较高。

技术实现思路

1、基于上述技术问题，本发明提出一种核反应堆控制棒棒位测量方法、装置和系统，解决目前方法中均需依赖于沿控制棒运动方向上布置的一系列线圈及其排布方式，以及设备繁多、电气负荷大的问题。

2、为实现上述目的，本发明提出一种核反应堆控制棒棒位测量方法。

3、一种核反应堆控制棒棒位测量方法，包括：获取控制棒运动过程中的加速度信号和第一速度信号；对加速度信号和第一速度信号进行互补滤波处理得到第二速度信号；基于加速度信号和第二速度信号得到控制棒的运动方向和运动步数；基于运动方向和运动步数得到控制棒的棒位。

4、进一步地，对加速度信号和第一速度信号进行互补滤波处理得到第二速度信号中，包括：基于加速度信号和第一速度信号得到加速度置信度和速度置信度；基于加速度置信度和速度置信度调整互补滤波的交叉频率；基于调整后的交叉频率对加速度信号和第一速度信号进行互补滤波处理得到第二速度信号。

5、进一步地，基于加速度信号和第一速度信号得到加速度置信度和速度置信度中，包括：对预设时长的数据窗口内的加速度信号和第一速度信号进行野值判断；若在数据窗口内存在野值，则对应的置信度设置为0；否则，分别根据加速度信号的方差和第一速度信号的方差的负指数映射函数计算得到加速度置信度和速度置信度。

6、进一步地，调整后的交叉频率为：

7、

8、其中，为调整后的交叉频率；为基准截止频率；为增益系数，；为加速度置信度；为速度置信度。

9、进一步地，基于加速度信号和第二速度信号得到控制棒的运动方向和运动步数中，包括：判断加速度信号是否超过阈值，若是则触发步进事件检测，并缓存包含加速度信号和第二速度信号的数据窗口；根据加速度信号的符号将数据窗口中的信号与基准特征模板进行比对；若比对结果满足匹配条件，则确认为有效步进事件，并记录控制棒的运动方向和运动步数。

10、进一步地，根据加速度信号的符号将数据窗口中的信号与基准特征模板进行比对中，包括：利用动态时间规整算法计算数据窗口中的加速度信号与基准特征模板中的加速度形状序列之间的第一相似度度量值，利用动态时间规整算法计算数据窗口中的第二速度信号与基准特征模板中的速度形状序列之间的第二相似度度量值；根据第一相似度度量值、第二相似度度量值和对应的相似度阈值，判断信号波形与基准特征模板的形状相似性是否满足条件。

11、进一步地，根据加速度信号的符号将数据窗口中的信号与基准特征模板进行比对中，还包括：利用动态时间规整算法对数据窗口中的第二速度信号与基准特征模板中的速度形状序列进行对齐处理得到最优对齐路径；基于最优对齐路径和第二速度信号得到控制棒的理论位移量；判断理论位移量与理论步长之间的偏差是否小于位移偏差阈值。

12、进一步地，根据加速度信号的符号将数据窗口中的信号与基准特征模板进行比对中，还包括：对数据窗口中的第二速度信号进行数值积分得到积分位移量；判断积分位移量与理论位移量之间的偏差是否小于阈值。

13、进一步地，基于运动方向和运动步数得到控制棒的棒位中，包括：为上行步进和下行步进分别设置上行计数器和下行计数器；根据运动方向和运动步数对上行计数器或下行计数器进行累加；控制棒的棒位为上行计数器与下行计数器的累积值之差。

14、为实现上述目的，本发明还提出一种核反应堆控制棒棒位测量装置。

15、一种核反应堆控制棒棒位测量装置，包括：

16、获取模块，用于获取控制棒运动过程中的加速度信号和第一速度信号；

17、处理模块，用于对加速度信号和第一速度信号进行互补滤波处理得到第二速度信号；

18、运动判断模块，用于基于加速度信号和第二速度信号得到控制棒的运动方向和运动步数；

19、棒位计算模块，用于基于运动方向和运动步数得到控制棒的棒位。

20、为实现上述目的，本发明还提出一种核反应堆控制棒棒位测量系统。

21、一种核反应堆控制棒棒位测量系统，包括：

22、惯性测量元件，设置于控制棒驱动杆的顶部；

23、限位检测元件，设置于导向筒内壁；

24、核反应堆控制棒棒位测量装置，通信连接于惯性测量元件和限位检测元件。

25、为实现上述目的，本发明还提出一种计算机可读的存储介质，计算机可读的存储介质包括存储的计算机程序，其中，计算机程序被电子设备运行时执行一种核反应堆控制棒棒位测量方法。

26、为实现上述目的，本发明还提出一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现一种核反应堆控制棒棒位测量方法的步骤。

27、为实现上述目的，本发明还提出一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器被设置为通过计算机程序执行一种核反应堆控制棒棒位测量方法。

28、基于上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：

29、1.本发明提出一种核反应堆控制棒棒位测量方法、装置和系统，通过测量控制棒周期性运动过程中的加速度和速度变化从而实现控制棒运动方向识别及运动步数测量，系统结构简单可靠，测量精度可达±1步，减少了相关电气负荷及系统复杂度，提高了控制棒棒位测量系统设备的经济性；

30、2.本发明通过调整互补滤波算法的参数，提升了融合后第二速度信号的信噪比和精度，有效抑制了传感器积分漂移带来的累积误差，确保了后续步进识别的准确性；

31、3.本发明通过对加速度信号和速度信号进行预处理，使得系统在恶劣工况下仍能准确评估信号可信度，大幅提高了测量系统的鲁棒性和抗干扰能力；

32、4.本发明通过将缓存的数据窗口中的信号与基准特征模板进行对比，并设置了多种判决条件，实现了对具有正常波动范围的实际步进波形的鲁棒识别，显著提高了步进事件判别的准确率和抗干扰能力。