本發(fā)明屬于核電檢測領域，特別涉及一種核電站乏燃料水池溫度測量裝置及方法。

背景技術：

1、核電站中的乏燃料水池是用于貯存乏燃料的設施，其主要目的是安全、有效地暫時存放高放射性的乏燃料，直至其放射性水平通過自然衰變降至一個相對安全的水平，從而可正常運輸。

2、乏燃料池通常設置在燃料廠房內(nèi)，有的核電廠甚至將乏燃料池和換料水池都設置在安全殼內(nèi)。這些水池內(nèi)裝有一定濃度的含硼酸水。同時，水池中裝有冷卻系統(tǒng)，用于帶走乏燃料產(chǎn)生的衰變熱。

3、由于燃料棒存在余熱，這就造成了乏燃料池水體溫度的不斷變化，對燃料棒的無損檢測有很大的影響，對于射線檢測，水體溫度的變化可能會影響射線的傳播特性，比如水的密度變化可能會影響射線的衰減程度，從而影響檢測結(jié)果的準確性。對于超聲檢測，超聲波在水中的傳播速度受水溫的影響，水溫變化會導致超聲波的傳播速度發(fā)生變化，從而影響檢測結(jié)果。對于渦流檢測，水溫變化會導致水體的電導率或介電常數(shù)發(fā)生變化，會間接影響渦流檢測的準確性。

4、因此，水體溫度對乏燃料池中的無損檢測方法具有顯著影響。為了確保檢測結(jié)果的準確性和可靠性，需要在實際檢測過程中充分考慮水溫因素，因此乏燃料池溫度的測量就顯得尤為重要。

5、目前，主流的溫度測量方式是使用測溫槍進行遠程測溫，這種方式的弊端十分明顯，由于乏燃料池的環(huán)境復雜多變，如水面波動、蒸汽、煙塵等都可能干擾紅外輻射的傳輸，從而影響測溫槍的測量精度。同時測溫槍主要用于測量物體表面的溫度，對于水體內(nèi)部的溫度分布無法直接測量，并且，由于燃料棒存在余熱，所以乏燃料池水體的溫度是不斷變化的，這對測溫槍的準確性也造成了一定影響。

6、除了使用測溫槍，目前還有其他的技術應用于該領域。專利cn104575640a公開了一種乏燃料水池液位及溫度測量裝置，該裝置主要由rtd連續(xù)液位傳感器、差分熱電偶離散液位傳感器和熱電偶溫度傳感器組成，通過熱電偶溫度傳感器可實現(xiàn)乏燃料池水體溫度的測量，但該裝置無法做到任意位置溫度的測量，只能定點測量。

7、專利cn207472386u公開了一種乏燃料水池水位和溫度測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括安裝支架，激光測距儀，紅外測溫儀，導管和本地顯示器，主要測溫手段是利用紅外測溫儀，這種方式與測溫槍原理一致，存在的弊端同樣是因乏燃料池環(huán)境復雜，存在熱擾動，且無法測量深水溫度。

8、專利cn213932895u公開了一種利用導波技術，通過使用特殊材料，使得超聲測溫裝置可以在強氧化環(huán)境下使用，但該種方式由于采用的介質(zhì)不同，導致其計算出的時間差與超聲波在單一介質(zhì)中的實際時間差存在差異，導致計算結(jié)果存在偏差。且該種裝置并不適用于核電站的強輻照環(huán)境。

9、針對上述專利的不足，本發(fā)明專利創(chuàng)新的將超聲測溫技術運用于乏燃料池水體溫度的監(jiān)測，作為一種非接觸式的溫度監(jiān)測方法，該技術近年來在多個領域得到了廣泛的應用。它基于超聲波在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)溫度之間的特定關系，通過測量超聲波的傳播速度來推算出溫度的變化。

10、超聲測溫技術的核心原理在于超聲波在傳播過程中受到介質(zhì)物理性質(zhì)的影響，其中溫度是一個重要的因素。當介質(zhì)溫度發(fā)生變化時，介質(zhì)內(nèi)部分子的熱運動狀態(tài)也會隨之改變，進而影響到超聲波的傳播速度。根據(jù)聲學理論，超聲波的傳播速度與介質(zhì)的密度、彈性模量等參數(shù)密切相關，而這些參數(shù)又與溫度具有確定的函數(shù)關系。因此，通過測量超聲波的傳播速度，可以間接推算出介質(zhì)的溫度。

11、超聲測溫技術具有其獨特的技術特點，可做到非接觸性測量，超聲測溫技術無需與被測物體直接接觸，避免了因接觸造成的熱傳導誤差，同時也適用于高溫、腐蝕性等惡劣環(huán)境下的測量?？勺龅綄崟r性：該技術能夠快速響應溫度變化，實現(xiàn)實時、連續(xù)的測溫，為動態(tài)過程監(jiān)測提供了可能。具有很強的穿透性：超聲波能夠穿透固體、液體甚至氣體，對難以直接測量的內(nèi)部溫度場進行監(jiān)測。

12、從上述技術特點，不難發(fā)現(xiàn)超聲測溫技術相較于其他測溫技術，具有以下多種優(yōu)勢，包括高精度：隨著技術的不斷發(fā)展，超聲測溫的精度得到了顯著提升，能夠滿足許多高精度測溫的需求。寬范圍：超聲測溫技術可以覆蓋從低溫到高溫的廣泛范圍，適用于多種不同的應用場景。設備簡單、成本較低：相較于其他測溫技術，超聲測溫設備通常更為簡單，成本也相對較低，易于推廣和應用。

13、目前，超聲測溫技術在很多領域都有應用，相關的理論研究和測量設備的制造技術也越發(fā)成熟，就目前而言，超聲測溫技術應用場景，大多是普通的環(huán)境，例如燃燒室，鍋爐等設備，雖然該技術相較于其它的測溫技術有著明顯的優(yōu)勢，但受限于發(fā)展，目前在類似于核電站這種惡劣的環(huán)境下卻很少有相關的應用，同時，現(xiàn)階段的超聲測溫設備大多是雙探頭形式測量過程較為繁瑣復雜，且設備也相對復雜，在面對，例如核電站乏燃料池這樣的強輻射環(huán)境，目前的超聲測溫設備都存在著弊端，同時在該環(huán)境下設備的測量精度也會受到影響，因此想要將超聲測溫技術的應用拓展至更多更惡劣、更復雜的應用場景，就需要對超聲測溫設備進行進一步的升級與改造。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種核電站乏燃料水池溫度測量裝置，可在乏燃料池水體中任意位置放置，以此測量水體任意點的水聲速，從而利用水聲速與介質(zhì)溫度之間的關系，測出水體溫度。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案：一種核電站乏燃料水池溫度測量裝置，其包括：

3、超聲檢測儀，其包括用于記錄以及計算超聲波發(fā)出接收時間信息的時間測量模塊、對采集到的超聲波的傳播距離和時間信息進行處理的數(shù)據(jù)處理模塊、用于數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)存儲模塊；

4、溫度監(jiān)測觸手，其包括與所述超聲檢測儀電連接的壓電晶片、監(jiān)測工件，所述監(jiān)測工件上設有第一平面和第二平面，所述壓電晶片激勵和接收范圍同時覆蓋在第一平面和第二平面，第一平面和第二平面形成與壓電晶片間距不同的臺階面。

5、另一種實施方式，所述第一平面和第二平面相平行。

6、另一種實施方式，所述監(jiān)測工件上開設有貫穿的第一孔，形成所述第一孔的其中一個側(cè)壁為所述臺階面，與所述臺階面相對的側(cè)壁為對側(cè)面，所述壓電晶片設于對側(cè)面上且所述壓電晶片的發(fā)送和接受面朝向所述臺階面設置。

7、本發(fā)明提供了一種基于上述核電站乏燃料水池溫度測量裝置的測量方法，其包括以下步驟：

8、a.超聲檢測儀控制壓電晶片在強輻射的惡劣環(huán)境下發(fā)出超聲波，該超聲波通過乏燃料池中水體進行傳播，經(jīng)過一段時間，傳播至臺階工件與壓電晶片平行相對的臺階面，該臺階面反射傳播而來的超聲波，由于臺階面的存在，將產(chǎn)生兩個具有時間差的回波信號，所述壓電晶片接收來自臺階面的反射波，完成一次探測；

9、b.通過精確測量超聲波在乏燃料池中傳播時間，利用水聲速計算模型，計算出聲波在乏燃料池水體中傳播速度，即水聲速，計算公式如下：c＝2δd/δt，

10、式中δd為臺階間距，c為水聲速，δt為壓電晶片接收到兩次回波之間的時間差。

11、c.引入水聲速—溫度關系模型，設計核電站乏燃料水池溫度監(jiān)測方法，計算出水體溫度。

12、另一種實施方式，所述水聲速計算模型可得出聲波在乏燃料池水體中的傳播速度，隨即通過引入水聲速—溫度關系模型，即可求出乏燃料池水體溫度，計算公式如下：t＝(a-c)/b

13、式中t為水體溫度，a、b為兩個與液體性質(zhì)有關的常數(shù)，常數(shù)根據(jù)具體的檢測對象可確定。

14、本發(fā)明的有益效果在于：裝置結(jié)構(gòu)簡單，只需一個溫度監(jiān)測觸手即可完成溫度測量，若需多點同時測量，只需要相應增加觸手數(shù)量即可；在已有的超聲測溫理論基礎之上，通過設計特殊的超聲溫度監(jiān)測系統(tǒng)，以及特別的溫度監(jiān)測觸手，所述溫度監(jiān)測觸手由具有耐輻照性能的壓電晶片與具有特殊構(gòu)造的臺階型工件組合而成，以此來完成在特殊應用場景下的溫度監(jiān)測，解決對核電站乏燃料池水體溫度監(jiān)測的應用問題；設計了強輻照環(huán)境下乏燃料池水體溫度計算方法，在確保傳播介質(zhì)始終一致的前提下，通過精確測量兩個回波信號之間的時間差，并在此基礎上引入水聲速計算模型，求出聲波在乏燃料池水體中傳播的速度，再引入水聲速—溫度關系模型，以此模型為基礎，即可求解出乏燃料池水體的溫度。