本發(fā)明屬于自動測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種包覆燃料顆粒各層厚度自動測量方法。

背景技術(shù)：

高溫氣冷堆是一種安全性好,能夠提供950℃高溫工藝熱應(yīng)用的先進(jìn)反應(yīng)堆,在我國未來能源系統(tǒng)中有著廣泛的前景。它使用一種新型的陶瓷結(jié)構(gòu)的燃料元件一由熱解碳和碳化硅包覆的燃料微球。這種微球的外徑不超過1mm，它的核芯為UO₂，核芯外邊用熱解沉積包覆3層熱解碳和1層碳化硅。

為了保證包覆燃料顆粒能在堆內(nèi)安全運(yùn)行，對各包覆層的厚度密度及其它材料性能均有要求。測量包覆層厚度，常用如下方法:

1、X射線照相法；

2、瓷相磨片法；

3、光學(xué)顆粒尺寸分析儀法；

4、V型槽法。

后兩種方法只能測量微球直徑，不能直接測量包覆層厚度，因而只能給出層厚的平均值，不能給出標(biāo)準(zhǔn)偏差。因?yàn)閮?nèi)致密熱解碳包覆層和疏松熱解碳包覆層的材料都是碳，它們的差別僅在于密度不同，疏松層密度為1g/cm³左右，內(nèi)致密熱碳層密度在1.85～1.95g/cm³之間，再加上碳對X射線的吸收系數(shù)比較小，在X射線透射照片上這兩層的邊界不十分清晰，因此這兩層的厚度測量選用瓷相磨片法較為合適。

瓷相磨片法中，首先要制備包覆顆粒瓷像樣品，并對顆粒的拋光態(tài)進(jìn)行金相照片采集，最后使用測量軟件進(jìn)行各層厚度測試。

在圖像識別環(huán)節(jié)，清華大學(xué)使用手動測試方法，該方法采用卡爾-蔡司ProImaging通用圖像分析軟件中的CircleDT功能進(jìn)行測量。每批顆粒測量耗時(shí)約3～4h，需肉眼識別各層分界線并完成手動打點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種包覆燃料顆粒各層厚度自動測量方法，實(shí)現(xiàn)對包覆顆粒瓷像樣品金相照片的自動識別。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

包覆燃料顆粒各層厚度自動測量方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一：UO₂核芯中心的鎖定；

步驟二：各層分界的初始提??；

步驟三：邊緣優(yōu)化。

步驟一中，首先進(jìn)行UO₂核芯外邊緣的檢索，然后對核心區(qū)域邊緣進(jìn)行精確鎖定，并完成中心的估計(jì)。

所述的進(jìn)行UO₂核芯外邊緣的檢索，包括對每幅包覆燃料顆粒的圖像，計(jì)算該圖像的灰度直方圖，確定核芯區(qū)域分割閥值，實(shí)現(xiàn)對核芯邊緣的初始提取。

步驟一中，根據(jù)直方圖雙峰特點(diǎn)，確定核芯區(qū)域分割閥值。

所述的對核心區(qū)域邊緣進(jìn)行精確鎖定，包括去除劃痕、麻點(diǎn)引起的偽邊緣。

基于全局優(yōu)化方法，引入平滑因子，來去除劃痕、麻點(diǎn)引起的偽邊緣。

步驟二中，在核芯中心區(qū)域正確估計(jì)的基礎(chǔ)上，分別在水平和垂直方向，由內(nèi)而外進(jìn)行各層邊界提取，得到各層邊界初始值。

步驟三中，引入平滑因子，去除劃痕、裂紋引起的偽邊緣。

步驟三中，基于高斯模型在層間精確定位，完成打點(diǎn)，通過計(jì)算各相鄰點(diǎn)之間的像素點(diǎn)得出各層厚度值，將結(jié)果導(dǎo)入Excel表格中。

包覆燃料顆粒是由熱解碳和碳化硅包覆的燃料微球，所述微球的外徑不超過1mm，微球的核芯為UO₂，核芯外用熱解沉積包覆三層熱解碳和一層碳化硅。

本發(fā)明的顯著效果在于：

(1)檢測效率高

包覆顆粒檢測項(xiàng)目中，規(guī)定每批測試180個(gè)包覆燃料顆粒，采用手動測量每批顆粒耗時(shí)約3～4h，采用自動識別技術(shù)后，每批顆粒測量僅需30min。

(2)檢測精度高

采用手動測量時(shí)，各包覆層分界線的識別采用肉眼識別，鑒于該項(xiàng)目檢測周期長，很難保證測量結(jié)果的穩(wěn)定性，自動識別在樣品制備效果達(dá)到檢測要求的同時(shí)，測量結(jié)果的一致性及穩(wěn)定性是非常有保障的。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

包覆燃料顆粒各層厚度自動測量方法，采用一種新型的陶瓷結(jié)構(gòu)的燃料顆粒，是由熱解碳和碳化硅包覆的燃料微球，所述微球的外徑不超過1mm，微球的核芯為UO₂，核芯外用熱解沉積包覆三層熱解碳和一層碳化硅。

包覆燃料顆粒各層厚度自動測量方法，包括以下步驟：

步驟一：UO₂核芯中心的鎖定。

首先進(jìn)行UO₂核芯外邊緣的檢索，包括對每幅包覆燃料顆粒的圖像，計(jì)算該圖像的灰度直方圖，根據(jù)直方圖雙峰特點(diǎn)，確定核芯區(qū)域分割閥值，實(shí)現(xiàn)對核芯邊緣的初始提取。然后對核心區(qū)域邊緣進(jìn)行精確鎖定，基于全局優(yōu)化方法，引入平滑因子，去除劃痕、麻點(diǎn)等引起的偽邊緣，并完成中心的估計(jì)。

步驟二：各層分界的初始提取。

在核芯中心區(qū)域正確估計(jì)的基礎(chǔ)上，分別在水平和垂直方向，由內(nèi)而外進(jìn)行各層邊界提取，得到各層邊界初始值。

步驟三：邊緣優(yōu)化。

引入平滑因子，去除劃痕、裂紋等引起的偽邊緣，并基于高斯模型在層間精確定位，完成打點(diǎn)，通過計(jì)算各相鄰點(diǎn)之間的像素點(diǎn)得出各層厚度值，將結(jié)果導(dǎo)入Excel表格中。

該方法實(shí)現(xiàn)了包覆燃料顆粒瓷相樣品照片的自動讀取、自動識別、自動計(jì)算、手動調(diào)整功能。

對同一批的180個(gè)包覆燃料顆粒進(jìn)行了手動及自動測量結(jié)果比對，結(jié)果見表1：

表1手動與自動測量結(jié)果比對

采用手動測量每批顆粒耗時(shí)約3～4h，采用自動測量技術(shù)，每批顆粒測量僅需30min。

比對結(jié)果顯示，手動測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差大于自動測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差，因而自動識別較肉眼識別更加穩(wěn)定可靠。