本發(fā)明屬于自動(dòng)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種包覆燃料顆粒各層厚度自動(dòng)測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
高溫氣冷堆是一種安全性好,能夠提供950℃高溫工藝熱應(yīng)用的先進(jìn)反應(yīng)堆,在我國(guó)未來(lái)能源系統(tǒng)中有著廣泛的前景。它使用一種新型的陶瓷結(jié)構(gòu)的燃料元件一由熱解碳和碳化硅包覆的燃料微球。這種微球的外徑不超過(guò)1mm，它的核芯為UO2，核芯外邊用熱解沉積包覆3層熱解碳和1層碳化硅。
為了保證包覆燃料顆粒能在堆內(nèi)安全運(yùn)行，對(duì)各包覆層的厚度密度及其它材料性能均有要求。測(cè)量包覆層厚度，常用如下方法:
1、X射線照相法；
2、瓷相磨片法；
3、光學(xué)顆粒尺寸分析儀法；
4、V型槽法。
后兩種方法只能測(cè)量微球直徑，不能直接測(cè)量包覆層厚度，因而只能給出層厚的平均值，不能給出標(biāo)準(zhǔn)偏差。因?yàn)閮?nèi)致密熱解碳包覆層和疏松熱解碳包覆層的材料都是碳，它們的差別僅在于密度不同，疏松層密度為1g/cm3左右，內(nèi)致密熱碳層密度在1.85～1.95g/cm3之間，再加上碳對(duì)X射線的吸收系數(shù)比較小，在X射線透射照片上這兩層的邊界不十分清晰，因此這兩層的厚度測(cè)量選用瓷相磨片法較為合適。
瓷相磨片法中，首先要制備包覆顆粒瓷像樣品，并對(duì)顆粒的拋光態(tài)進(jìn)行金相照片采集，最后使用測(cè)量軟件進(jìn)行各層厚度測(cè)試。
在圖像識(shí)別環(huán)節(jié)，清華大學(xué)使用手動(dòng)測(cè)試方法，該方法采用卡爾-蔡司ProImaging通用圖像分析軟件中的CircleDT功能進(jìn)行測(cè)量。每批顆粒測(cè)量耗時(shí)約3～4h，需肉眼識(shí)別各層分界線并完成手動(dòng)打點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種包覆燃料顆粒各層厚度自動(dòng)測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)包覆顆粒瓷像樣品金相照片的自動(dòng)識(shí)別。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
包覆燃料顆粒各層厚度自動(dòng)測(cè)量方法，其特征在于：包括以下步驟：
步驟一：UO2核芯中心的鎖定；
步驟二：各層分界的初始提??；
步驟三：邊緣優(yōu)化。
步驟一中，首先進(jìn)行UO2核芯外邊緣的檢索，然后對(duì)核心區(qū)域邊緣進(jìn)行精確鎖定，并完成中心的估計(jì)。
所述的進(jìn)行UO2核芯外邊緣的檢索，包括對(duì)每幅包覆燃料顆粒的圖像，計(jì)算該圖像的灰度直方圖，確定核芯區(qū)域分割閥值，實(shí)現(xiàn)對(duì)核芯邊緣的初始提取。
步驟一中，根據(jù)直方圖雙峰特點(diǎn)，確定核芯區(qū)域分割閥值。
所述的對(duì)核心區(qū)域邊緣進(jìn)行精確鎖定，包括去除劃痕、麻點(diǎn)引起的偽邊緣。
基于全局優(yōu)化方法，引入平滑因子，來(lái)去除劃痕、麻點(diǎn)引起的偽邊緣。
步驟二中，在核芯中心區(qū)域正確估計(jì)的基礎(chǔ)上，分別在水平和垂直方向，由內(nèi)而外進(jìn)行各層邊界提取，得到各層邊界初始值。
步驟三中，引入平滑因子，去除劃痕、裂紋引起的偽邊緣。
步驟三中，基于高斯模型在層間精確定位，完成打點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算各相鄰點(diǎn)之間的像素點(diǎn)得出各層厚度值，將結(jié)果導(dǎo)入Excel表格中。
包覆燃料顆粒是由熱解碳和碳化硅包覆的燃料微球，所述微球的外徑不超過(guò)1mm，微球的核芯為UO2，核芯外用熱解沉積包覆三層熱解碳和一層碳化硅。
本發(fā)明的顯著效果在于：
(1)檢測(cè)效率高
包覆顆粒檢測(cè)項(xiàng)目中，規(guī)定每批測(cè)試180個(gè)包覆燃料顆粒，采用手動(dòng)測(cè)量每批顆粒耗時(shí)約3～4h，采用自動(dòng)識(shí)別技術(shù)后，每批顆粒測(cè)量?jī)H需30min。
(2)檢測(cè)精度高
采用手動(dòng)測(cè)量時(shí)，各包覆層分界線的識(shí)別采用肉眼識(shí)別，鑒于該項(xiàng)目檢測(cè)周期長(zhǎng)，很難保證測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性，自動(dòng)識(shí)別在樣品制備效果達(dá)到檢測(cè)要求的同時(shí)，測(cè)量結(jié)果的一致性及穩(wěn)定性是非常有保障的。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
包覆燃料顆粒各層厚度自動(dòng)測(cè)量方法，采用一種新型的陶瓷結(jié)構(gòu)的燃料顆粒，是由熱解碳和碳化硅包覆的燃料微球，所述微球的外徑不超過(guò)1mm，微球的核芯為UO2，核芯外用熱解沉積包覆三層熱解碳和一層碳化硅。
包覆燃料顆粒各層厚度自動(dòng)測(cè)量方法，包括以下步驟：
步驟一：UO2核芯中心的鎖定。
首先進(jìn)行UO2核芯外邊緣的檢索，包括對(duì)每幅包覆燃料顆粒的圖像，計(jì)算該圖像的灰度直方圖，根據(jù)直方圖雙峰特點(diǎn)，確定核芯區(qū)域分割閥值，實(shí)現(xiàn)對(duì)核芯邊緣的初始提取。然后對(duì)核心區(qū)域邊緣進(jìn)行精確鎖定，基于全局優(yōu)化方法，引入平滑因子，去除劃痕、麻點(diǎn)等引起的偽邊緣，并完成中心的估計(jì)。
步驟二：各層分界的初始提取。
在核芯中心區(qū)域正確估計(jì)的基礎(chǔ)上，分別在水平和垂直方向，由內(nèi)而外進(jìn)行各層邊界提取，得到各層邊界初始值。
步驟三：邊緣優(yōu)化。
引入平滑因子，去除劃痕、裂紋等引起的偽邊緣，并基于高斯模型在層間精確定位，完成打點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算各相鄰點(diǎn)之間的像素點(diǎn)得出各層厚度值，將結(jié)果導(dǎo)入Excel表格中。
該方法實(shí)現(xiàn)了包覆燃料顆粒瓷相樣品照片的自動(dòng)讀取、自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)計(jì)算、手動(dòng)調(diào)整功能。
對(duì)同一批的180個(gè)包覆燃料顆粒進(jìn)行了手動(dòng)及自動(dòng)測(cè)量結(jié)果比對(duì)，結(jié)果見(jiàn)表1：
表1手動(dòng)與自動(dòng)測(cè)量結(jié)果比對(duì)
采用手動(dòng)測(cè)量每批顆粒耗時(shí)約3～4h，采用自動(dòng)測(cè)量技術(shù)，每批顆粒測(cè)量?jī)H需30min。
比對(duì)結(jié)果顯示，手動(dòng)測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差大于自動(dòng)測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差，因而自動(dòng)識(shí)別較肉眼識(shí)別更加穩(wěn)定可靠。