本發(fā)明涉及核電的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種核燃料組件水下試驗平臺及測試方法。

背景技術(shù)：

輻照對核燃料性能有重大影響，對電廠運行安全構(gòu)成挑戰(zhàn)。隨著輻照時間增加，核燃料及包殼的化學(xué)行為會逐步發(fā)生顯著改變，并影響其熱工和機械屬性，如氧/金屬比增加導(dǎo)致熱導(dǎo)率降低、芯塊溫度增加及輻照蠕變率增加；核燃料棒外表面會因輻照及溫度的綜合作用導(dǎo)致包殼氧化及腐蝕產(chǎn)物沉積，而腐蝕會減小包殼管壁厚度和吸氫，并最終導(dǎo)致氫化物析出，降低材料強度和延展性；燃料組件、包殼及格架的輻照生長等。因此，對運行輻照后的燃料組件進行池邊檢查，跟蹤和監(jiān)督這些動態(tài)變化的燃料性能，對保障電廠安全運行有重要意義，特別是在核燃料有設(shè)計變更或新燃料/新材料引入的情況下，更應(yīng)保持密切的性能跟蹤。

核燃料組件變形測量裝置是燃料組件池邊檢查重要設(shè)備之一，其主要用于的測量核燃料組件關(guān)鍵尺寸，如傾斜、彎曲、扭轉(zhuǎn)和長度等，為了保證對核燃料組件變形測量的精度，燃料組件變形采用線性位移傳感器和視覺測量系統(tǒng)方式相結(jié)合的方式。

傳統(tǒng)的核燃料測試平臺都不可在水下工作，但在核電領(lǐng)域燃料組件在乏燃料池充水的環(huán)境中。因此，設(shè)計一種核燃料組件在水下進行測試的試驗平臺是亟待要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種核燃料組件水下試驗平臺及測試方法，解決了核燃料組件可在水下進行測試的問題，并為后續(xù)核電站燃料組件的水下視覺測量系統(tǒng)提供具體的設(shè)計依據(jù)。

本發(fā)明實施例提供了一種核燃料組件水下試驗平臺，包括：模擬水箱，設(shè)置于所述模擬水箱中的分析部，所述分析部包括：

安裝模塊，包括設(shè)置于所述可調(diào)安裝臺上的反光鏡基板，以及設(shè)置所述反光鏡基板上的反光鏡基座和攝像機支架，所述反光鏡基座和所述攝像機支架位于所述反光鏡基板的同一側(cè)；

檢測模塊，包括可滑動設(shè)置于所述攝像機支架上的水下攝像機，以及可轉(zhuǎn)動設(shè)置于所述反光鏡基座上的反光鏡；

驅(qū)動模塊，包括用于驅(qū)動所述水下攝像機移動的第一驅(qū)動組件，以及用于驅(qū)動反光鏡轉(zhuǎn)動的第二驅(qū)動組件；

分析模塊，包括與所述水下攝像機電連接的直線位移傳感器，以及與所述直線位移傳感器電連接的數(shù)據(jù)分析終端。

進一步地，所述反光鏡基板及所述攝像機支架位于所述可調(diào)安裝平臺的同一端。

進一步地，所述攝像機支架與所述水下攝像機的表面分別包膠。

進一步地，所述水下攝像機的攝像頭部覆蓋有一層耐輻射的氧化膜。

進一步地，所述檢測模塊還包括設(shè)置于所述可調(diào)安裝臺上用于襯托待測物件的背景模板，所述背景模板上刻有標尺。

進一步地，所述第二驅(qū)動組件包括電機、蝸輪以及與所述蝸輪配合的的蝸桿，所述蝸桿與所述反光鏡基座連接，所述蝸輪設(shè)置于所述電機軸上。

進一步地，所述直線位移傳感器包括線圈骨架，分布于所述線圈骨架上的初級線圈、兩個次級線圈以及可自由移動的桿狀鐵芯。

進一步地，所述直線位移傳感與所述水下攝像機也可通過無線電連。

本發(fā)明實施例還提供了一種核燃料組件水下試驗平臺的測試方法，包括如下步驟：

s01、選取當(dāng)前測量試場輻照尺寸未變化結(jié)構(gòu)部件作為標定塊；

s02、通過標尺精確測量標定物特征物理尺寸；

s03、通過攝像機采集標定物圖像，經(jīng)過直線傳感器將信號傳遞至數(shù)據(jù)分析終端，通過邊緣檢測或手動選點方式測量特征標定物像素尺寸；

s04、計算測量視場中每一電視像素所對應(yīng)物面的實際長度；

s05、獲取待測物件的圖像尺寸，計算待測物件的實際物理尺寸。

優(yōu)選地，所述待測物件包括上管座與下管座、以及位于上管座與下管座之間的核燃料組件。

優(yōu)選地，所述標定物的物理尺寸、所述每一電視像素所對應(yīng)物面的實際長度是位于空氣中測得。

優(yōu)選地，通過獲取所述下管座上表面與所述上管座下表面寬度測量差實現(xiàn)目標實際物理尺寸。

基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明實施例提出的核燃料組件水下試驗平臺及測試方法，通過分析部中的安裝模塊、檢測模塊、驅(qū)動模塊、分析模塊，使得核燃料組件在水下測試成為可能，并為后續(xù)核電站燃料組件的水下視覺測量系統(tǒng)提供具體的設(shè)計依據(jù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中核燃料組件水下試驗平臺結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中核燃料組件水下試驗平臺原理省略示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例中攝像機支架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例中反光鏡基座結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5a為本發(fā)明實施例中核燃料組件的輥印外觀缺陷圖；

圖5b為本發(fā)明實施例中核燃料組件的劃痕外觀缺陷圖；

圖5c為本發(fā)明實施例中核燃料組件的粘接外觀缺陷圖；

圖5d為本發(fā)明實施例中核燃料組件的銹斑外觀缺陷圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”或“設(shè)置于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或可能同時存在居中元件。當(dāng)一個元件被稱為是“連接于”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。

另外，還需要說明的是，本發(fā)明實施例中的左、右、上、下等方位用語，僅是互為相對概念或是以產(chǎn)品的正常使用狀態(tài)為參考的，而不應(yīng)該認為是具有限制性的。以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的實現(xiàn)進行詳細的描述。

如圖1至圖4所示，本發(fā)明實施例提出了一種核燃料組件水下試驗平臺，其包括模擬水箱1、分析部2，其中，分析部2完全沉積在盛有高硼水的模擬水箱中，分析部2設(shè)置在模擬水箱1上。具體地，分析部2可包括安裝模塊21、檢測模塊22、驅(qū)動模塊23、分析模塊24，其中：

安裝模塊21，包括用于設(shè)置反光鏡基板及攝像機支架的可調(diào)安裝平臺211，以及通過一固定件連接于安裝平臺211的反光鏡基板212，這里，反光鏡基板上設(shè)置有反光鏡基座213與攝像機支架214，且反光鏡基座213、攝像機支架214同位于反光鏡基板212的一側(cè)；

檢測模塊22，包括設(shè)置在安裝平臺上的待檢測物221，可滑動設(shè)置在攝像機機222上的水下攝像機222，可轉(zhuǎn)動設(shè)置于反光鏡基座213上的反光鏡223，這里，水下攝像機222固定于攝像機支架上的可移動滑塊232，水下攝像機222可沿著攝像機支架214作往復(fù)軸向運動；

驅(qū)動模塊23，包括可控制設(shè)置于所述攝像機機架上滑塊232上下移動的第一驅(qū)動組件(附圖中未畫出)，以及可控制設(shè)置于反光鏡基座213上調(diào)整反光鏡223軸向轉(zhuǎn)動的第二驅(qū)動組件(附圖中未畫出)；第一驅(qū)動組件通過可調(diào)式開關(guān)來控制，便于人工根據(jù)需求操作；第二驅(qū)動件通過電機帶動蝸輪，蝸輪傳動給蝸桿引起反光鏡的轉(zhuǎn)動。

分析模塊24，包括設(shè)置于水下攝像機一端的直線位移傳感器(附圖中未畫出)及數(shù)據(jù)分析終端；

上述檢測模塊22與驅(qū)動模塊23以及分析模塊24電連接。

本發(fā)明實施例提出的核燃料組件水下試驗平臺，通過分析部中的安裝模塊21、檢測模塊22、驅(qū)動模塊23、分析模塊24，使得核燃料組件在水下測試成為可能，并為后續(xù)核電站燃料組件的水下視覺測量系統(tǒng)提供具體的設(shè)計依據(jù)。

進一步地，在本發(fā)明的實施例中，上述反光鏡基板212及攝像機支架214同位于可調(diào)安裝平臺211的一端，其位置與設(shè)置在可調(diào)安裝平臺211上的待檢測物221相對，便于后續(xù)測量，上述的攝像機支架214與水下攝像機222的表面分別通過包膠處理，這樣既可以防止高硼水腐蝕攝像機支架214，又可以防止高硼水滲入到水下攝像機222當(dāng)中影響攝像機水下222的壽命。

進一步地，在本發(fā)明實施例中，對其所述的水下攝像機222的攝像頭包覆一層耐輻射的氧化膜(附圖中未畫出)，由于核燃料的輻射會加劇縮短攝像機222的使用壽命，為了進一步提高水下攝像機222的壽命，可通過包覆一層耐輻射的氧化膜，這樣當(dāng)攝像頭對待測物品進行檢測時，可以降低核輻射燃料對其進行輻射，保護了攝像機頭，延長了攝像機222的使用壽命。

進一步地，在本發(fā)明的實施例中，上述檢測模塊22還包括設(shè)置于待測物件背后的背景模板(附圖中未畫出)，上述的背景模板上刻有標尺，這里，當(dāng)攝像照射在待測物體時，附帶將其背景模板一起照射，通過背景模板上的標尺可以更加準確的測試出待測物體的長度，從而提高了其測試精度。

進一步地，在本發(fā)明的實施例中，待檢測物是由上管座2211、下管座2213以及上管座與下管座之間的核燃料組件2212組成，通過相機成像出上管座2211的下表面2213與下管座的上表面之間距離，測試出待測物體的長度。上述待檢測物還可為其他的結(jié)構(gòu)形式，此處不作唯一限定。

進一步地，在本發(fā)明的實施例中，上述的調(diào)節(jié)水下攝像機222沿著攝像機支架214作軸向運動的第一驅(qū)動組件，這里，第一驅(qū)動組件通過控制水下攝像機上的滑塊實現(xiàn)水下攝像機222的移動，此時的滑塊可移動也可通過固定裝置來固定，上述控制水下攝像機222上下移動不局限于滑塊232，也可以是其他結(jié)構(gòu)件。

進一步地，在本發(fā)明的實施例中，也可將所述滑塊移動到攝像機支架的上端，然后通過固定裝置將其固定，通過添加反光鏡，讓其攝像機燈光將其打射在反光鏡上，使其放光鏡呈現(xiàn)物像，若反光鏡沒有呈現(xiàn)全相，可微調(diào)反光鏡讓其在反光鏡中呈現(xiàn)全相。上述反光鏡223安裝在反光鏡基座213上，由于核燃料組件固有的高放射性對電氣元件壽命有較大影響，因此攝像機直接照射并觀測燃料組件會顯著縮短攝像裝置的使用壽命，通過添加反光鏡223，避免了攝像機222與核燃料組件的直接接觸，提高其攝像機222的使用壽命。

進一步地，在本發(fā)明的實施例中，上述控制反光鏡223轉(zhuǎn)動的第二驅(qū)動組件包括蝸輪以及與之相匹配的蝸桿(附圖中未畫出)，所述的蝸桿與反光鏡基座213連為一體，所述的蝸輪固定與電機裝置231的轉(zhuǎn)動軸上，且蝸輪通過外在的電機裝置231來控制，這樣，通過遠程控制電機裝置231，電機裝置231驅(qū)動蝸輪轉(zhuǎn)動，蝸輪通過與蝸桿嚙合驅(qū)動蝸桿轉(zhuǎn)動，蝸桿驅(qū)動反光鏡基座轉(zhuǎn)動，反光鏡可以實現(xiàn)其軸向轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)反光鏡223的微調(diào)。通過遠程操作實現(xiàn)反光鏡223的微調(diào)，使其相機通過反光鏡223能夠?qū)y量物體完成成像，避免了人工近距離操作，防止核燃料輻射對人體的傷害，提高工作效率上述驅(qū)動結(jié)構(gòu)還可為其他的結(jié)構(gòu)形式，此處不作唯一限定。

進一步地，在本發(fā)明的實施例中，上述直線位移傳感器24由一個初級線圈，兩個次級線圈，鐵芯，線圈骨架，外殼等部件組成，初級線圈、次級線圈分布在線圈骨架上，線圈內(nèi)部有一個可自由移動的桿狀鐵芯(附圖未作出)。當(dāng)鐵芯處于中間位置時，兩個次級線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等，這樣輸出電壓為零；當(dāng)鐵芯在線圈內(nèi)部移動并偏離中心位置時，兩個線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢不等，有電壓輸出，其電壓大小取決于位移量的大小。相應(yīng)的通過電源輸出大小，通過線性關(guān)系確定其位移大小，達到測量的目的。上述的直線位移傳感器可以與水下攝像機通過有線電連或無線電連，這里不作贅述。

進一步地，在本發(fā)明的實施例中，上述核燃料組件水下試驗平臺置于裝有高硼水的模擬水箱中。這里，高硼水具有較高的硼含量，可以延緩核燃料輻射的照射速度對其測試的影響，其次，高硼水的水質(zhì)條件較好，雜質(zhì)較少，避免了水質(zhì)對測試結(jié)果的影響，提高水下測量精度。

在本發(fā)明實施例中，上述發(fā)明還公開了核燃料組件水下試驗平臺的測試方法，該測試方法包括如下步驟：

s01選取當(dāng)前測量試場輻照尺寸未變化結(jié)構(gòu)部件作為標定塊；

s02通過標尺精確測量標定物特征物理尺寸l標定；

s03通過攝像機采集標定物圖像，經(jīng)過直線傳感器將信號傳遞至數(shù)據(jù)分析終端，通過邊緣檢測或手動選點方式測量特征標定物像素尺寸n像；

s04計算測量視場中每一電視像素所對應(yīng)物面的實際長度：d當(dāng)量＝l標定/n像；

s05獲取待測目標的圖像尺寸n目標，計算待測目標的實際物理尺寸l目標＝n目標×d當(dāng)量。

優(yōu)選地，在本發(fā)明實施例中，選取當(dāng)前測量試場輻照尺寸未變化結(jié)構(gòu)部件作為標定塊，優(yōu)選地，選取上管座未與核燃料組件接觸的凸臺部分作為標定塊，通過水上測量標定物的寬度l標定，隨后，通過自開發(fā)的視覺測量軟件卡尺工具測量得到特征方塊橫向?qū)挾认袼爻叽纭＝?jīng)過像素當(dāng)量計算公式求取像素當(dāng)量實際值d當(dāng)量＝l標定/n像。實際測量時，像素當(dāng)量測量值會隨著攝像機與測量面之間的距離變化而變化，為了確定像素當(dāng)量與物距之間的關(guān)系，通過將攝像機按距離上下管座表面從遠及近四個安裝位置分別對像素當(dāng)量進行標定(參見表1)。

通過表1可以看出，在其他條件不變的情況下，物距變化，即觀測距離不同，對像素當(dāng)量的標定結(jié)果影響很大，觀測距離越近，像素當(dāng)量越小，因此，當(dāng)測量面與標定面不重合時，不可避免的會產(chǎn)生測量誤差，故在實際現(xiàn)場測量中，應(yīng)使標定面與測量面之間的距離盡量小，以減少像素當(dāng)量標定產(chǎn)生的誤差。故，在視覺測量中，工業(yè)相機標定完成后，在觀測方向理論上是不能移動的。即保持物距恒定。

表1不同觀測距離下像素當(dāng)量標定結(jié)果

實施例1

在本實施例中，上述確定實際當(dāng)量值是在水上進行，確定最終當(dāng)量值，即攝像機與待測物之間的距離確定，保持該距離不變，將其測試平臺放置于水下，測試水下環(huán)境對核燃料高度測量結(jié)果的影響，由于水上與水下環(huán)境對當(dāng)量值的影響較小，故在此不考慮環(huán)境對當(dāng)量值的影響。

進一步地，表2和表3分別表示水上、水下上下管座高度差測量結(jié)果。這里的水介質(zhì)為普通自然水。固定水上、水下攝像裝置與目標之間距離，將試驗平臺調(diào)校到最佳狀態(tài)下，多次對核燃料組件上管座寬度、下管座寬度、上下管座之間距離進行測量，分析視覺重復(fù)測量的穩(wěn)定性以及測量精度的影響因素。從測試結(jié)果可以看出，本實施例分別對水上、水下測量結(jié)果進行測試，從水上與水下測量結(jié)果可以看出，水下較水上測量結(jié)果誤差增大，這可能是由于模擬水箱是采用鋼化玻璃制成，四周透明，外部燈光對成像畫面有很大干擾，會出現(xiàn)光照不均勻現(xiàn)象，導(dǎo)致關(guān)注特征不明顯，影響測量精度。

進一步地，表4表示不同介質(zhì)下上下管座高度差測量結(jié)果，從結(jié)果可以看出，在高硼水的介質(zhì)中誤差明顯小于普通的自然水，這表明通過使用高硼水可以減少測量誤差，提高測量精度。

表2水上上下管座高度差測量結(jié)果

表3水下上下管座高度差測量結(jié)果

表4不同介質(zhì)下上下管座高度差測量結(jié)果

實施例2

在本實施例中，采用反光鏡成像原理，對目標樣件進行間接成像試驗，并驗證測量精度。優(yōu)選地，本試驗分別針對水上和水下兩種情況對核燃料組件上管座寬度進行測量。將滑塊移動到攝像機支架的上端，然后通過固定裝置將其固定，通過攝像機燈光打射在反光鏡上，使其放光鏡呈現(xiàn)物像，若反光鏡沒有呈現(xiàn)全相，可根據(jù)第二驅(qū)動組件讓其在反光鏡中呈現(xiàn)全相。表4和表5分別表示水上、水下上管座寬度測量結(jié)果，通過對比可以看出，反光鏡成像模型與直照模型的測量結(jié)果較接近，因此反光鏡成像模型在增強攝像機使用壽命的前提下，其測量精度在允許誤差范圍內(nèi)。

表5水上上下管座高度差測量結(jié)果

表6水下上下管座高度差測量結(jié)果

實施例3

在本實施例中，核燃料組件試驗平臺還可以對核燃料組件外觀的完整性進行測量。通過在核燃料組件表面上制造缺陷，比如輥印、劃痕、粘結(jié)、銹斑(見圖5a至5d)，合理的選型攝像裝置，人為調(diào)整攝像裝置參數(shù)，可以拍攝目標物清洗圖像，實現(xiàn)目標物表面完整性檢測。如果目標物表面完整性受到破壞，可以通過相機探頭檢測，并利用軟件對缺陷部位進行標記。從圖5a至5d可以明顯的看出，樣品缺陷可以很明顯的被探測出，實現(xiàn)了試驗平臺能夠在水下對缺陷物進行外觀完整性的檢測的可能。

以上所述實施例，僅為本發(fā)明具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到各種等效的修改、替換和改進等等，這些修改、替換和改進都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護范圍為準。