[发明专利]基于光纤光栅传感的核电站设备监测系统

说明书

技术领域

本发明属于光纤光栅传感技术领域，涉及一种基于光纤光栅传感的核电站设备监测系统。

背景技术

根据世界各国经济建设和社会发展形势预测，由于能源资源缺乏和环保要求，核能作为清洁能源的一种，具有有益于环境保护的突出优势，避免了化石燃料发电所带来的千百万吨的温室气体排放，核能工业将会得到持续发展。核能发电利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电，其发电方式与火力发电极其相似，只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能。除沸水堆外(轻水堆)，其他类型的动力堆都是一回路的冷却剂通过堆心加热，在蒸汽发生器中将热量传给二回路或三回路的水，然后形成蒸汽推动汽轮发电机。沸水堆则是一回路的冷却剂通过堆心加热变成70个大气压左右的过饱和蒸汽，经汽水分离并干燥后直接推动汽轮发电机。核能发电利用铀燃料进行核裂变链式反应所产生的热，将水加热成高温高压，利用产生的水蒸气推动蒸汽轮机并带动发电机。核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多(相差约百万倍)，所需要的燃料体积比火力电厂少很多。核能发电所使用的铀235纯度只约占3%－4%，其余皆为无法产生核裂变的铀238。

现有的光纤光栅（FBG），其湮灭温度大概在150°C左右（小于200°C），也就是说，温度到了150°C，FBG的特性（如反射特性）就逐渐消失了。但在核电站环境下，比如压水型反应堆核电站，中心部位的冷却水为400°C左右，进口冷却水为230°C左右，出口冷却水为290°C左右，堆芯燃料元件棒的温度都在1000°C以上，因此，传统的FBG传感器根本无法进行监测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光纤光栅传感的核电站设备监测系统，解决现有技术无法对核电站设备进行监测的问题。

本发明的目的是这样实现的，基于光纤光栅传感的核电站设备监测系统，包括光源、光纤光栅及铜/碳涂覆光纤，光纤光栅间隔刻写在铜/碳涂覆光纤上或由铜/碳涂覆光纤连接，光纤光栅粘贴在核电站的管道和高温高压容器等设备的外表面上，通过通信光纤与光环行器连接；光源发出的光经光环行器，通过通信光纤传进核电站，光纤光栅反射回来的光再经光环行器到达光电检测器，经处理可确定光纤光栅产生应变的大小，从而掌握核电站设备的健康状况。

本发明还有如下特点：

上述铜/碳涂覆光纤为常规单模光纤的包层外加碳层和铜层。

上述碳层厚度为1μm，铜层厚度为39μm。

上述铜/碳涂覆光纤通过FC/PC型连接器与通信光纤连接。

上述光源为宽带光源或窄带光源。

上述光纤光栅为耐高温光纤光栅。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明提出的基于光纤光栅传感的核电站设备监测系统，复用方式可采用波分复用或时分复用，构建一个分布式光纤光栅传感阵列，实现对核电站的高温高压设备的健康监测。

2、本发明采用铜/碳涂覆光纤，可以满足核电站设备600℃以下的工作温度，且具有良好的抗辐射性能。

3、本发明结果简单，成本低。

附图说明

图1为本发明基于光纤光栅传感的核电站设备监测系统结构示意图；

图2为本发明基于光纤光栅传感的核电站设备监测系统使用的铜/碳涂覆光纤结构示意图；

图3为本发明基于光纤光栅传感的核电站设备监测系统使用的光纤光栅制作示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和附图对本发明作进一步详细的说明。

基于光纤光栅传感的核电站设备监测系统，包括光源、光纤光栅及铜/碳涂覆光纤，光纤光栅间隔刻写在铜/碳涂覆光纤上或由铜/碳涂覆光纤连接，光纤光栅通过高温粘合剂粘贴在核电站的管道和容器等设备的外表面上，光纤光栅通过标准通信光纤与光环行器连接，铜/碳涂覆光纤通过FC/PC型连接器与通信光纤连接。光源发出的光经光环行器，通过通信光纤传进核电站，光纤光栅反射回来的光再经光环行器到达光电检测器，经处理可确定光纤光栅产生应变的大小，从而掌握核电站设备的健康状况。

铜/碳涂覆光纤为常规单模光纤的包层外加碳层和铜层。碳层厚度为1μm，铜层厚度为39μm。

光纤光栅为耐高温光纤光栅，包括Ⅱ型光纤光栅或ⅡA型光纤光栅，或者用飞秒激光在普通通信光纤上刻写的光纤光栅。

铜/碳涂覆光纤