[发明专利]基于电阻层析成像的核反应堆棒束通道两相流测量系统

说明书

本发明公开了一种基于电阻层析成像的核反应堆棒束通道两相流测量系统。该系统包括：布置于棒束通道内的8贴片电极，用于控制电阻层析成像激励测量模式的开关阵列，用于提供精确正弦波电流的激励源，用于接收控制指令和发送数据的通信系统，用于系统间同步的触发信号产生电路。本发明通过对每一个棒束通道单独使用电阻层析成像，然后通过多通道频率复用的方式保证反应堆棒束通道两相流测量的精度，具有原理简单，可靠，能够有效探测棒束通道内部两相流分布的特点。

技术领域

本发明属于两相流监测技术领域。

背景技术

电阻层析成像(Electrical Resistance Tomography，ERT)是根据被探测区域内部物质各异，其体现的电阻不同，从而实现被探测区域的测量。在实际测量中，需要先向被探测区域注入电流，然后通过布置在周边的电极测量电势，如果被探测区域物质变化，就会导致电极上测量的电势大小变化。通过测量电极上电势的变化就可以反推被探测区域的物质分布。该方法具有非侵入、速度快、系统简单、成本低等优势，被广泛应用在医学检测和两相流测量领域。

由于ERT方法的测量电极布置在被探测区域的周边，所以其测量精度存在着中心区域偏低的问题。对于普通的探测区域，可以通过增加一定的电极数或通过权重因子来提高中心区域的分辨率。例如，现有技术公开的一个装置就是通过32个电极来测量圆管通道内部的两相流分布。但是由于棒束通道中心区域大部分为棒束，使用传统的边界电极方法无法满足棒束通道测量精度的要求。因此本发明通过在每一个棒束通道布置8贴片电极，结合多通道频率复用的方法解决反应堆棒束通道ERT测量精度低的问题。

另外，目前电阻层析成像装置大部分使用FPGA、DSP、ARM等处理器和可编程逻辑器件，其系统复杂。

发明内容

本发明的目的是解决因棒束通道中心区域存在若干棒束，导致测量精度达不到要求的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于电阻层析成像的核反应堆棒束通道两相流测量系统，其特征在于:包括贴片电极组、电阻层析成像模块、数据采集卡和计算机；

每一个贴片电极组包括八片贴片电极；核反应堆棒束通道内具有n×m个棒束，n和m均为大于或等于2的自然数；这些棒束中，每相邻的四根棒束的中间形成一个单棒束通道，每个单棒束通道配置一个贴片电极组，每根棒束面向单棒束通道的一侧贴有两片电极；

每个贴片电极组对应一个电阻层析成像模块；

所述电阻层析成像模块包括信号源和电阻层析成像控制电路；

每个贴片电极组均通过线缆与电阻层析成像电路连接；

所述信号源产生激励电压信号，通过电阻层析成像控制电路转换成激励电流信号，并加载到一个贴片电极组中的两个电极；

之后，电阻层析成像控制电路测量各个电极上的边界电压信号，将其送入到采集卡中；所述计算机通过采集卡得到信号，通过图像重建算法，实时获取棒束通道两相流的分布。

进一步，所述电阻层析成像控制电路(ERT)包括用于提供激励电流信号的压控电流源、用于控制激励电极的门阵列、用于控制测量电极的门阵列、用于通信的接口和用于逻辑控制的控制核心。

采用高精度的电压激励电流源，用于为ERT测量系统提供精确的电流激励信号。可以使用具有宽频带视频运算放大器，保证信号噪声低、输出电流频率能快速跟随输入电压信号频率变化。该电流源接收外部电压信号源产生的精确电压信号，并输出精(度)确激励电流信号。

采用高速的门阵列电路，用于完成ERT激励测量模式的控制。可以使用两块快速门控芯片实现。其中一块芯片用于控制激励电流信号加载到测量电极上，另外一块芯片用于选择需要采集的测量电极。这两块芯片具有纳秒级别的控制速度，保证电极的选择速度能够满足ERT测量要求的速度。