O型密封环密封状态在线监测系统关键技术研究

摘要

在能源效率与环境保护的双重需求下，开发清洁能源、提高能源利用效率是目前能源技术发展的重要方向。核电技术的研究与应用在我国中长期能源战略中占有重要位置。核反应堆压力容器作为边界保障的重要设备，其密封性能直接关系到核电设施的正常启堆和长期安全稳健运行。O形密封环失效评估原有的定期泄漏检查方法、O形密封环原有的全部定期更换维护模式，已远不能满足核电技术的发展需求与经济需求。引入密封状态实时在线监测技术替代传统的密封失效评估，以适应核电技术的发展需求，具有潜在的社会与经济前景。　　为此，针对核电领域O形密封环的特殊性，利用光纤传感测试技术的高灵敏度、高精度、抗电磁干扰、远程控制等特有优点，将其O形密封环的密封状态监测问题转换为其安装结构间隙的光学测量问题，提出了一种密封状态在线监测的新思路和方法，并从测量的总体方案、信号解调方法及温度补偿方案、耐高温光纤探头的研制、监测系统等几个关键技术出发，分别完成如下具体工作：　　①针对O形密封环结构间隙的光学测量问题，提出了基于扫频干涉法的光纤传感测试总体方案；分析了信号的对比度与信号解调时频率检测之间的关联，提出对光纤探头结构设计与优化的特殊需求，并对傅里叶解调算法的分辨力进行了分析。　　②针对光纤探头的设计及研制，建立了从光纤探头至光束能量探测等完整的光学仿真系统，完成了光纤探头的结构优化设计；结合光纤探头的耐高温需求，提出了一种兼顾机械强度和高温应用的同轴式铠装封装方案并开展工艺探索；设计探头的安装结构并提出了双探头差分式安装的温度补偿方法。　　③针对干涉信号的高精度解调，基于光学扫频干涉测量原理，搭建了O形密封环结构间隙传感实验系统；基于LabVIEW软件平台开发了结构间隙实时解调软件；通过常温实验验证了系统的测试精度和稳定性，通过高温实验验证了光纤探头的耐高温特性。

目录

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 O形密封环密封性监测研究现状

1.2.1 放射性物质监测法

1.2.2 声发射泄漏监测法

1.2.3 温度及压力监测法

1.2.4 主螺栓伸长量检测法

1.3 O形密封环密封性监测方法存在问题

1.4 论文主要研究内容

1.5 本章小结

2 结构间隙测量系统方案研究

2.1 O形密封环密封状态监测总体方案设计

2.1.1 O形密封环密封结构间隙评估新思路

2.1.2 结构间隙测量方法选择及系统总体方案设计

2.1.3 结构间隙测量系统关键性问题分析

2.1.4 结构间隙测量系统的具体设计任务

2.2 O形密封环密封结构间隙的光学扫频干涉法研究

2.2.1 光学扫频干涉法测量原理

2.2.2 目标反射面特性对干涉信号的影响分析

2.3 快速傅里叶解调算法的分辨力分析

2.4 本章小结

3 光纤探头的设计及研制

3.1 光学仿真系统模型的建立

3.1.1单模光纤模型的建立

3.1.2 光学漫反射面的建立

3.1.3 光学仿真系统的建立

3.2 信号对比度的计算

3.2.1 信号对比度的计算方法

3.2.2 信号对比度的数值计算

3.3 光纤探头的制作及封装工艺研究

3.3.1光纤探头的制作工艺

3.3.2 光纤探头的封装工艺

3.4光纤探头的信号对比度实验验证

3.5 光纤探头的安装及温度补偿方法

3.6本章小结

4 结构间隙测量解调系统设计及性能测试

4.1 结构间隙测量信号解调系统需求分析

4.2 信号解调系统设计及开发

4.2.1 信号解调软件总体设计

4.2.2 解调系统的模块化设计及实现

4.2.3 信号解调系统软件集成

4.3 常温结构间隙测量实验系统搭建及性能分析

4.3.1 常温测量实验系统搭建

4.3.2 常温结构间隙测量实验及精度分析

4.3.3 常温测量系统长期稳定性测试

4.4 高温结构间隙测量实验系统搭建及性能分析

4.4.1 高温炉温升系统控制

4.4.2 光纤探头的安装

4.4.3 高温结构间隙测量实验系统搭建

4.4.4 高温测量实验及分析

4.5 本章小结

5 总结及展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

附 录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录

C. 学位论文数据集

致 谢