一種主泵轉(zhuǎn)速測量信號處理方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于一種核電廠反應堆冷卻劑泵關鍵參數(shù)測量方法，具體涉及一種主泵轉(zhuǎn)速測量信號處理方法。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種主泵轉(zhuǎn)速測量信號處理方法，其特征在于：它包括，步驟一：設置一次測量儀表；步驟二：脈沖信號預處理；步驟三：轉(zhuǎn)速測量電路設計；步驟四：轉(zhuǎn)速測量電路附加功能。本發(fā)明的優(yōu)點是，本發(fā)明采用全硬件電路實現(xiàn)主泵轉(zhuǎn)速測量，避免了軟件V&V的復雜工作，也提高了測量精度和響應時間。此外，在電路中采用下降沿觸發(fā)，減少了由于轉(zhuǎn)速不同脈沖信號脈寬變化帶來的不利影響。
【專利說明】一種主泵轉(zhuǎn)速測量信號處理方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于一種核電廠反應堆冷卻劑泵關鍵參數(shù)測量方法，具體涉及一種主泵轉(zhuǎn)速測量信號處理方法。
【背景技術】
[0002]在壓水堆核電站中，主泵的轉(zhuǎn)速是非常重要的參數(shù)。當主泵轉(zhuǎn)速低時，需要轉(zhuǎn)入孤島運行甚至直接停堆。因此，為了避免誤停堆，影響電站的安全性，主泵轉(zhuǎn)速測量的精度和響應時間都非常重要。
[0003]主泵轉(zhuǎn)速測量一般通過專用的主泵轉(zhuǎn)速測量裝置實現(xiàn)，結(jié)構和原理如下:
[0004]當主泵轉(zhuǎn)動時，固定在飛輪上的磁性元件隨之同步轉(zhuǎn)動，當磁性元件轉(zhuǎn)動到感應線圈附近時，感應線圈內(nèi)的磁通量就會發(fā)生變化，從而產(chǎn)生一個電壓脈沖信號，典型的電壓脈沖信號如圖1所示。
[0005]由于主泵轉(zhuǎn)速的變化，電壓脈沖信號的頻率、幅值和脈沖的形狀(主要是脈寬)都不同，是典型的非標信號，因此，很難直接通過DCS采集卡采集該信號。
[0006]在傳統(tǒng)設計中，大多是通過單片機采集該電壓脈沖信號，然后根據(jù)周期計算得出主泵的轉(zhuǎn)速，但是該方法存在以下幾個弊端:
[0007]1、單片機軟件的V&V比較復雜，且單片機可靠性不高，容易出現(xiàn)程序跑飛的情況；
[0008]2、采用單片機的方法通常依靠中斷處理服務程序來計數(shù)，響應慢。
[0009]為了避免上述缺陷，提高主泵轉(zhuǎn)速測量的精度、響應時間和可靠性，十分有必要對其進改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種主泵轉(zhuǎn)速測量信號處理方法，它通過采用全硬件電路的方法實現(xiàn)高性能、高可靠性的主泵轉(zhuǎn)速處理裝置，降低軟件V&V的成本。
[0011]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種主泵轉(zhuǎn)速測量信號處理方法，其特征在于:它包括，
[0012]步驟一:設置一次測量儀表；
[0013]步驟二:脈沖信號預處理；
[0014]步驟三:轉(zhuǎn)速測量電路設計；
[0015]步驟四:轉(zhuǎn)速測量電路附加功能。
[0016]所述的步驟一為在主泵飛輪上設置一磁性元件，為了獲得最大的線速度，磁性元件應布置在飛輪半徑最大處，在飛輪外側(cè)固定感應線圈，當磁性元件隨飛輪轉(zhuǎn)動運動到感應線圈附近，切割磁力線時，感應線圈獲得脈沖電壓信號，其中，磁性元件采用強磁性永磁材料。
[0017]所述的步驟二為設置瞬態(tài)電壓抑制器保護，防止外部靜電、瞬態(tài)高壓或其他高電壓造成的影響，采用有源運放與RC網(wǎng)絡構成一階低通濾波，低通濾波3dB截止頻率設定為200Hz，防止外部瞬間干擾信號的引入，采用運放構成的滯回過零比較器形成整形電路，傳感器信號通過整形由不規(guī)則脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)則的方波信號，整形后信號經(jīng)光電隔離后送下一級信號處理。
[0018]所述的步驟三為由步驟二得到的方波信號為寄存器提供使能信號，當方波信號的下降沿出現(xiàn)時，寄存器鎖存住預載減法計數(shù)器的輸出。
[0019]所述的步驟四為適應各種復雜情況，轉(zhuǎn)速測量電路需要部分附加功能；
[0020]I)防止16位預載減法計數(shù)器溢出
[0021]當主泵轉(zhuǎn)速低于測量下限時，16位預載減法計數(shù)器就會發(fā)生溢出，此時需要減法器能夠自鎖或通過外部使能信號控制，確保計數(shù)器不溢出。當主泵轉(zhuǎn)速低于測量下限時，16位預載減法計數(shù)輸出O即可；
[0022]2)報警和保護定值比較
[0023]為了提高停堆信號的精度和響應時間，可以直接將16位寄存器的輸出和定值進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出開關量信號，定值可以通過16位編碼開關設定，如果停堆轉(zhuǎn)速為Rtrip，則編碼開關設定的停堆定值為:
[0024]S-(1.0 X 105 X 60)/Rtrip ；
[0025]3)輸出電流信號
[0026]為了提高傳輸距離，可以在16位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器之后增加電流轉(zhuǎn)化電路。
[0027]本發(fā)明的優(yōu)點是，本發(fā)明采用全硬件電路實現(xiàn)主泵轉(zhuǎn)速測量，避免了軟件V&V的復雜工作，也提高了測量精度和響應時間。此外，在電路中采用下降沿觸發(fā)，減少了由于轉(zhuǎn)速不同脈沖信號脈寬變化帶來的不利影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為典型的電壓脈沖信號示意圖；
[0029]圖2為一種實用的預處理電路原理圖；
[0030]圖3為轉(zhuǎn)速測量原理電路圖。
[0031]圖中，I主泵飛輪，2磁性元件，3感應線圈，4脈沖信號，5主泵轉(zhuǎn)速信號處理裝置，6DCS。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明:
[0033]本發(fā)明要解決的技術問題是通過充分的功能分析，采用全硬件電路實現(xiàn)高性能、高可靠性的主泵轉(zhuǎn)速測量。為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種主泵轉(zhuǎn)速測量信號處理方法,包括:
[0034]步驟一:一次測量儀表設置
[0035]I)在主泵飛輪上設置一磁性元件，為了獲得最大的線速度，磁性元件應布置在飛輪半徑最大處。
[0036]2)在飛輪外側(cè)固定感應線圈，當磁性元件隨飛輪轉(zhuǎn)動運動到感應線圈附近，切割磁力線時，感應線圈獲得脈沖電壓信號。
[0037]其中，磁性元件采用強磁性永磁材料。
[0038]通常，壓水堆核電站中需要測量的主泵轉(zhuǎn)速范圍一般為100rpnT2000rpm，當主泵轉(zhuǎn)速超過IOOrpm時，脈沖電壓信號的電壓峰值應大于200mV。
[0039]步驟二:脈沖信號預處理
[0040]便于后續(xù)信號處理，必須對不規(guī)則的脈沖信號進行預處理。預處理電路由保護、濾波、整形、隔離組成。
[0041 ] 設置瞬態(tài)電壓抑制器保護，防止外部靜電、瞬態(tài)高壓或其他高電壓造成的影響。
[0042]采用有源運放與RC網(wǎng)絡構成一階低通濾波，低通濾波3dB截止頻率設定為200Hz，防止外部瞬間干擾信號的引入。
[0043]采用運放構成的滯回過零比較器形成整形電路，傳感器信號通過整形由不規(guī)則脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)則的方波信號。
[0044]整形后信號經(jīng)光電隔離后送下一級信號處理。
[0045]如下所示:
[0046]經(jīng)過預處理電路之后可獲得規(guī)整的方波信號，相鄰兩個方波的下降沿之間時間差就是主泵飛輪轉(zhuǎn)動一周的時間。
[0047]步驟三:轉(zhuǎn)速測量電路設計
[0048]I)由步驟二得到的方波信號為寄存器提供使能信號，當方波信號的下降沿出現(xiàn)時，寄存器鎖存住預載減法計數(shù)器的輸出。
[0049]2)由步驟二得到的方波信號進入一個延遲環(huán)節(jié)，延遲環(huán)節(jié)可以由兩個串聯(lián)的反相器構成。
[0050]3)經(jīng)延遲處理的方波信號進入預載減法計數(shù)器的復位端(Reset)，當方波信號的下降沿出現(xiàn)時，預載減法計數(shù)器被復位到預載數(shù)據(jù)；
[0051]4)預載減法計數(shù)器的計數(shù)脈沖信號由標準的IOOkHz時鐘信號提供；
[0052]5)預載減法計數(shù)器的輸出給寄存器；
[0053]6)寄存器將鎖存的數(shù)據(jù)輸出給數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器(D/A)；
[0054]7)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器輸出標準的4myT20mA或者(TlOV標準信號。
[0055]轉(zhuǎn)速測量電路根據(jù)預處理后的方波實時獲得主泵轉(zhuǎn)速。
[0056]脈沖信號預處理電路的輸出連接到兩個串聯(lián)的反相器，第二個串聯(lián)反相器的輸出連接到16位預載減法計數(shù)器的復位端(reset), 16位預載減法計數(shù)器的復位端(reset)的計數(shù)輸出(B廣B16)連接到16位寄存器的輸入端(1廣116)，16位寄存器的輸出端(Q廣Q16)連接到16位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸入端(B廣B16), 16位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出端Vrat送給電廠保護系統(tǒng)。脈沖信號預處理電路的輸出直接連接到16位寄存器的使能端(ENB)，第二個串聯(lián)反相器的輸出直接連接到16位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的使能端(ENB)。
[0057]系統(tǒng)正常工作需要滿足下列條件:
[0058]1、觸發(fā)要求
[0059]16位預載減法計數(shù)器的復位(reset)、16位寄存器的使能(enable)和16位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的使能(enable)都采用下降沿觸發(fā)。
[0060]2、時序要求
[0061]對同一個方波信號，到達16位寄存器使能端(ENB)的時間必須早于到達16位預載減法計數(shù)器的復位端(reset)和16位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的使能端(ENB)，即在16位寄存器建立好穩(wěn)定輸出前，16位預載減法計數(shù)器不能復位，16位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器也不能開始數(shù)字、模擬信號轉(zhuǎn)換。
[0062]3、16位預載減法計數(shù)器的預載值確定
[0063]16位預載減法計數(shù)器的預載值S通過如下公式確定:
[0064]S= (1.0X IO5X 60)/Rmin
[0065]其中Rmin為主泵轉(zhuǎn)速測量裝置可測量的最低轉(zhuǎn)速，單位為rpm (轉(zhuǎn)/分鐘)。如果計算結(jié)果為小數(shù)，S需要取整(四舍五入即可)。
[0066]4、16位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的配置
[0067]16位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的配置如下:當計數(shù)輸入為O時，輸出0V。
[0068]當計數(shù)輸入為U時，輸出10V。
[0069]其中U的確定方法如下:
[0070]U=S-(1.0X IO5X 60)/Rmax
[0071]其中Rmax為主泵轉(zhuǎn)速測量裝置可測量的最高轉(zhuǎn)速，單位為rpm (轉(zhuǎn)/分鐘)。如果計算結(jié)果為小數(shù)，U需要取整(四舍五入即可)。
[0072]步驟四:轉(zhuǎn)速測量電路附加功能
[0073]為了適應各種復雜情況，轉(zhuǎn)速測量電路需要部分附加功能。
[0074]I)防止16位預載減法計數(shù)器溢出
[0075]當主泵轉(zhuǎn)速低于測量下限時，16位預載減法計數(shù)器就會發(fā)生溢出，此時需要減法器能夠自鎖或通過外部使能信號控制，確保計數(shù)器不溢出。當主泵轉(zhuǎn)速低于測量下限時，16位預載減法計數(shù)輸出O即可。
[0076]2)報警和保護定值比較
[0077]為了提高停堆信號的精度和響應時間，可以直接將16位寄存器的輸出和定值進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出開關量信號。定值可以通過16位編碼開關設定。如果停堆轉(zhuǎn)速為Rtaip，則編碼開關設定的停堆定值為:
[0078]S-(1.0X IO5X60)/Rtrip0
[0079]3)輸出電流信號
[0080]為了提高傳輸距離，可以在16位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器之后增加電流轉(zhuǎn)化電路。
【權利要求】
1.一種主泵轉(zhuǎn)速測量信號處理方法，其特征在于:它包括， 步驟一:設置一次測量儀表； 步驟二:脈沖信號預處理； 步驟三:轉(zhuǎn)速測量電路設置； 步驟四:轉(zhuǎn)速測量電路附加功能設置。
2.如權利要求1所述的一種主泵轉(zhuǎn)速測量信號處理方法，其特征在于:所述的步驟一為在主泵飛輪上設置一磁性元件，為了獲得最大的線速度，磁性元件應布置在飛輪半徑最大處，在飛輪外側(cè)固定感應線圈，當磁性元件隨飛輪轉(zhuǎn)動運動到感應線圈附近，切割磁力線時，感應線圈獲得脈沖電壓信號，其中，磁性元件采用強磁性永磁材料。
3.如權利要求1所述的一種主泵轉(zhuǎn)速測量信號處理方法，其特征在于:所述的步驟二為設置瞬態(tài)電壓抑制器保護，防止外部靜電、瞬態(tài)高壓或其他高電壓造成的影響，采用有源運放與RC網(wǎng)絡構成一階低通濾波，低通濾波3dB截止頻率設定為200Hz，防止外部瞬間干擾信號的引入，采用運放構成的滯回過零比較器形成整形電路，傳感器信號通過整形由不規(guī)則脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)則的方波信號，整形后信號經(jīng)光電隔離后送下一級信號處理。
4.如權利要求1所述的一種主泵轉(zhuǎn)速測量信號處理方法，其特征在于:所述的步驟三為由步驟二得到的方波信號為寄存器提供使能信號，當方波信號的下降沿出現(xiàn)時，寄存器鎖存住預載減法計數(shù)器的輸出。
5.如權利要求1所述的一種主泵轉(zhuǎn)速測量信號處理方法，其特征在于:所述的步驟四為適應各種復雜情況，轉(zhuǎn)速測量電路需要部分附加功能； 1)防止16位預載減法計數(shù)`器溢出 當主泵轉(zhuǎn)速低于測量下限時，16位預載減法計數(shù)器就會發(fā)生溢出，此時需要減法器能夠自鎖或通過外部使能信號控制，確保計數(shù)器不溢出。當主泵轉(zhuǎn)速低于測量下限時，16位預載減法計數(shù)輸出O即可； 2)報警和保護定值比較 為了提高停堆信號的精度和響應時間，可以直接將16位寄存器的輸出和定值進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出開關量信號，定值可以通過16位編碼開關設定，如果停堆轉(zhuǎn)速為Rtrip，則編碼開關設定的停堆定值為:
S-(1.0 X105X60)/Rtrip ； 3)輸出電流信號 為了提高傳輸距離，可以在16位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器之后增加電流轉(zhuǎn)化電路。
【文檔編號】G01P3/487GK103869094SQ201210544016
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月14日 優(yōu)先權日:2012年12月14日
【發(fā)明者】何正熙, 朱加良, 李小芬, 呂鑫, 趙陽, 馬權, 劉明星, 余海濤, 陳靜, 茍拓, 劉艷陽, 李文平, 王遠兵, 王華金, 霍雨佳, 何鵬, 余俊輝, 李紅霞 申請人:中國核動力研究設計院