基于无线传感技术的核电站辐射场三维可视化技术研究

摘要

近年来，随着核技术在核电站辐射监测领域的发展以及无线传感技术在智能监控领域的广泛应用，智能化的辐射监测系统也成为各科研院所以及核电业主的研究对象。如何有效、全面的对核电站工作环境下的各区域及工艺流程进行辐射监测，减少事故工况下人工工作量等设计目标也极大的推动了无线传感技术在核电站的应用。
　　为了满足核电站内辐射场范围更大，稳定性要求更强，安全性要求更高的监测需求，本文以无线传感技术在核电站的应用现状及国内外各科研院所研究状况为可行性的理论基础，在充分分析核电站无线辐射监测系统特性的基础上，提出了一种基于无线传感网技术的核电站辐射场三维监测方法并搭建了系统模型。该系统着重解决了两点问题:
　　一是设计、搭建了无线传感网络，优化了网络结构及节点部署策略。比对研究后选择WirelessHART技术搭建无线网络模型，理论分析了其mesh网络结构的可靠性、安全性及稳定性，试验验证了所研发的WirelessHART模块具有极低的功耗且组网操作简单的特性。针对于核电站辐射监测仪位置固定的情况，设计了双层网络模型，使用ILP（整数线性规划）方法定性分析了该网络功耗小、链路完整及数据传输不丢包的约束条件，从而解决最少中继节点数目的部署策略问题。该网络模型可实现大范围的辐射剂量无线测量，能够保证各有效测量位置的测量结果可准确可靠的发送至数据接收终端。
　　二是采用先进的超声波技术实现安全壳内外的无线通信。针对钢制安全壳对无线信号的屏蔽作用，分析了其通信距离短且速率要求低的无线通信需求，设计了以超声波为信号载体的无线通信系统。研发的频率40kHz、波特率2400bps的超声波发射及接收模块，在模拟核电站安全壳的工况下，实验验证了该技术的可行性。该技术突破了无线技术在安全壳应用的瓶颈，避免了增加贯穿件对安全壳完整性的破坏。
　　在以上两点技术的支撑下，结合所开发的三维实时重建软件，本文初步实现了“安全壳内数据监测——无线网络数据传输——超声波技术通信”的辐射场无线监测技术解决方案。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及立题意义

1．2 核电站无线监测技术的研究现状

1．2．1 外国研究机构的研究现状

1．2．2 我国研究现状

1．3 核电站无线通讯技术的应用现状

1．4 本文研究的主要内容

第2章 核电站辐射场无线监测模型设计

2．1 核电站辐射监测技术

2．1．1 核电站内核辐射种类

2．1．2 核电站辐射监测技术特点

2．1．3 核电站辐射探测器

2．2 用于NPP辐射场无线监测技术性能分析及要求

2．2．1 核电站无线传感技术的SWOT分析

2．2．2 无线监测技术关键指标

2．3 无线通信技术应用的可行性分析

2．4 辐射场无线监测系统的设计方案

2．5 本章小结

第3章 核电站无线传感网络的设计与实现

3．1 无线传感技术的比较与选择

3．2 Wireless HART技术介绍

3．3 Wireless HART技术特性分析

3．4 Wireless HART网络的搭建与实现

3．4．1 网络构架及组成

3．4．2 WirelessHART模块的设计

3．4．3 WirelessHART评估套件的设计与实现

3．5 本章小结

第4章 基于ILP法的网络布局优化设计方案

4．1 核电站无线网络布局需求分析

4．2 双层网络模型设计

4．3 符号定义及变量说明

4．3．1 符号定义

4．3．2 变量说明

4．4 中继节点的ILP规划方法

4．4．1 目标函数

4．4．2 约束条件

4．4．3 约束条件说明及分析

4．5 本章小结

第5章 安全壳通信系统及可视化平台设计与实现

5．1 安全壳无线通信可行性分析

5．2 超声波通信系统方案设计

5．3 系统开发及实现

5．3．1 系统硬件设计与开发

5．3．2 系统测设与评价

5．4 三维可视化平台的设计与实现

5．4．1 可视化平台的开发基础

5．4．2 可视化平台工作流程及演示

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢