本發(fā)明涉及核電廠數(shù)字化儀控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高可靠性核電領(lǐng)域泵速測量裝置。

背景技術(shù)：

設(shè)備的許多特性參數(shù)由其與轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行確定，故轉(zhuǎn)速是能源設(shè)備與動(dòng)力機(jī)械性能測試中的一個(gè)重要的特性參量。核電廠設(shè)有多臺(tái)泵，這些泵的轉(zhuǎn)速對于核電廠的安全至關(guān)重要，核電反應(yīng)堆后級安全保護(hù)系統(tǒng)需要準(zhǔn)確獲得這些泵的轉(zhuǎn)速，同時(shí)，泵速作為核電安全保護(hù)設(shè)備的輸入過程量，對其穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性都具有很高的要求。

采用轉(zhuǎn)速傳感器對泵速進(jìn)行測量，目前的轉(zhuǎn)速傳感器分為接觸式和非接觸式，核電領(lǐng)域選用的是磁電式非接觸式傳感器。核電反應(yīng)堆后級安全保護(hù)系統(tǒng)要得到準(zhǔn)確的泵速，需要先將轉(zhuǎn)速傳感器輸出的非標(biāo)信號調(diào)理為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電信號，則泵速測量的關(guān)鍵技術(shù)在于如何處理轉(zhuǎn)速傳感器輸出的非標(biāo)信號?，F(xiàn)有技術(shù)通常通過以下兩種方式：1、通過專用調(diào)理模塊先將轉(zhuǎn)速傳感器輸出信號調(diào)理為與轉(zhuǎn)速對應(yīng)的4mA-20mA電流信號，再將電流信號送入后級安全級保護(hù)系統(tǒng)或非安全級設(shè)備。該方法將傳感器信號調(diào)理模塊設(shè)計(jì)為獨(dú)立機(jī)箱增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，同時(shí)利用4mA-20mA模擬量信號傳輸對傳送路徑的抗干擾性具有較高要求，在復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境容易造成的測量精度降低。2、傳感器輸出信號直接送入核電反應(yīng)堆后級保護(hù)系統(tǒng)，通過對信號進(jìn)行比較將偽正弦信號轉(zhuǎn)化為脈沖信號，并使用計(jì)數(shù)器對方波信號計(jì)數(shù)后轉(zhuǎn)換為對應(yīng)轉(zhuǎn)速量。該方法使用固定閾值比較器進(jìn)行比較，其中比較器不同門限的設(shè)置會(huì)影響到信號判斷的準(zhǔn)確性，同時(shí)不能靈活的兼容不同輸出幅度的傳感器。在實(shí)際應(yīng)用中，為了適應(yīng)不同類型傳感器的測量，轉(zhuǎn)號，同時(shí)需要測量設(shè)備具有高可靠內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)以滿足測量結(jié)果的可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是對核電領(lǐng)域泵速進(jìn)行準(zhǔn)確、穩(wěn)定的測量，目的在于提供一種高可靠性核電領(lǐng)域泵速測量裝置，解決當(dāng)前的測量裝置測量不準(zhǔn)確、抗干擾能力弱、穩(wěn)定性差的問題。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種高可靠性核電領(lǐng)域泵速測量裝置，包括電源單元、轉(zhuǎn)速傳感器、信號調(diào)理單元和信號處理單元，其中，

所述電源單元與轉(zhuǎn)速傳感器、信號調(diào)理單元和信號處理單元均電連接，用于轉(zhuǎn)速傳感器、信號調(diào)理單元、信號處理單元供電；

所述轉(zhuǎn)速傳感器輸出端與信號調(diào)理單元輸入端電連接，用于獲取泵速信號，并將其發(fā)送至信號調(diào)理單元；

所述信號調(diào)理單元輸出端與信號處理單元輸入端電連接，用于將轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)送的泵速信號由偽正弦信號轉(zhuǎn)換為方波信號發(fā)送至信號處理單元；所述信號調(diào)理單元具體包括第一比較電路和第二比較電路，所述第一比較電路輸入端和第二比較電路輸入端均連接轉(zhuǎn)速傳感器輸出端，第一比較電路輸出端和第二比較電路輸出端均連接信號處理單元輸入端；

所述信號處理單元用于對信號調(diào)理單元輸出的方波信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)換為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電信號，作為測量泵速輸出。

特別地，所述信號調(diào)理單元還包括預(yù)處理單元，所述預(yù)處理單元包括低通濾波器和限幅電路，轉(zhuǎn)速傳感器輸出端依次經(jīng)低通濾波器和限幅電路輸入第一比較電路和第二比較電路。

特別地，所述第一比較電路采用積分比較電路，所述第二比較電路采用滯回比較電路。

特別地，所述信號處理單元包括與門電路、第一計(jì)數(shù)電路、第二計(jì)數(shù)電路和處理器，與門電路輸入端連接信號調(diào)理單元輸出端，與門電路輸出端連接第一計(jì)數(shù)電路輸入端和第二計(jì)數(shù)電路輸入端，第一計(jì)數(shù)電路輸出端和第二計(jì)數(shù)電路輸出端連接處理器輸入端，處理器輸出端外接反應(yīng)堆保護(hù)組。

特別地，所述第一計(jì)數(shù)電路采用集成芯片計(jì)數(shù)電路，所述第二計(jì)數(shù)電路采用分立器件計(jì)數(shù)電路。

特別地，所述電源單元包括第一電源單元和第二電源單元，所述第一電源單元與信號處理單元電連接，所述第二電源單元與轉(zhuǎn)速傳感器和信號調(diào)理單元電連接。

特別地，所述第一電源單元包括第一熱插拔模塊和第一電源隔離模塊，第一外部電源依次經(jīng)第一電源單元和第一熱插拔模塊給信號處理單元供電；所述第二電源單元包括第二熱插拔模塊和第二電源隔離模塊，第二外部電源依次經(jīng)第二電源單元和第二熱插拔模塊給轉(zhuǎn)速傳感器和信號調(diào)理單元供電。

特別地，所述高可靠性核電領(lǐng)域泵速測量裝置設(shè)置于反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)機(jī)柜中。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

本發(fā)明所述一種高可靠性核電領(lǐng)域泵速測量裝置，測量精度高，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性、穩(wěn)定性好。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1提供的一種高可靠性核電領(lǐng)域泵速測量裝置電路結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1提供的限幅電路、積分比較電路和滯回比較電路的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對本發(fā)明的限定。

實(shí)施例1

如圖1所示，圖1為本發(fā)明實(shí)施例1提供的一種高可靠性核電領(lǐng)域泵速測量裝置電路結(jié)構(gòu)框圖。

本實(shí)施例中，所述高可靠性核電領(lǐng)域泵速測量裝置具體包括電源單元、轉(zhuǎn)速傳感器、信號調(diào)理單元和信號處理單元。

所述電源單元包括第一電源單元和第二電源單元，所述第一電源單元包括第一熱插拔模塊和第一電源隔離模塊，第一外部電源依次經(jīng)第一電源單元和第一熱插拔模塊給信號處理單元供電；所述第二電源單元包括第二熱插拔模塊和第二電源隔離模塊，第二外部電源依次經(jīng)第二電源單元和第二熱插拔模塊給轉(zhuǎn)速傳感器和信號調(diào)理單元供電。該電源單元采用冗余拓?fù)淠Ｊ竭B接外部電源，包括兩路獨(dú)立的供電電源，避免因電源的共因故障導(dǎo)致測量裝置掉電。同時(shí)，每路獨(dú)立電源都設(shè)有熱插拔模塊，對外部輸入電源進(jìn)行管理，對每路輸入電源的過流、過壓、超功率等進(jìn)行監(jiān)控，在監(jiān)控到某一路電源發(fā)生故障時(shí)，切斷該路供電，避免因電源故障而損壞測量裝置，確保測量裝置運(yùn)行中電源的穩(wěn)定性。進(jìn)一步，電源單元分兩路給測量裝置供電，其中，一路給轉(zhuǎn)速傳感器和信號調(diào)理單元供電，一路給信號處理單元供電，并在每路供電電路中設(shè)置電源隔離模塊，從而將信號輸入、調(diào)理單元和信號處理單元進(jìn)行有效的電氣隔離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)模擬電路與數(shù)字電路的隔離，減少了數(shù)字電路中高頻信號對模擬電路的干擾，即避免了信號處理單元對信號調(diào)理單元的串?dāng)_。

所述轉(zhuǎn)速傳感器與信號調(diào)理單元電連接，獲取泵速信號，并將其發(fā)送至信號調(diào)理單元。轉(zhuǎn)速傳感器分為接觸式和非接觸式，核電領(lǐng)域選用的是磁電式非接觸式傳感器，故本實(shí)施例所述轉(zhuǎn)速傳感器采用磁電式非接觸式傳感器。

轉(zhuǎn)速傳感器輸出信號為正弦信號，信號調(diào)理單元輸入端連接轉(zhuǎn)速傳感器輸出端，信號調(diào)理單元輸出端連接信號處理單元輸入端，將轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)送的泵速信號由正弦信號轉(zhuǎn)換為方波信號發(fā)送至信號處理單元。所述信號調(diào)理單元包括第一比較電路和第二比較電路，第一比較電路采用積分比較電路，第二比較電路采用滯回比較電路，積分比較電路輸入端和滯回比較電路輸入端均連接轉(zhuǎn)速傳感器輸出端，積分比較電路輸出端和滯回比較電路輸出端均連接信號處理單元輸入端。

本實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)施方式為轉(zhuǎn)速傳感器輸出端與積分比較電路輸入端和滯回比較電路輸入端之間還設(shè)有預(yù)處理單元，所述預(yù)處理單元包括低通濾波器和限幅電路，轉(zhuǎn)速傳感器輸出端依次經(jīng)低通濾波器和限幅電路連接第一比較電路輸入端和第二比較電路輸入端。低通濾波器為現(xiàn)有技術(shù)，限幅電路、積分比較電路和滯回比較電路如圖2所示，圖2為本發(fā)明實(shí)施例1提供的限幅電路、積分比較電路和滯回比較電路的電路原理圖。

所述限幅電路、積分比較電路和滯回比較電路包括運(yùn)算放大器A0、第一比較器A1、第二比較器A2、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、電容C1和二極管D1。其中，傳感器輸出轉(zhuǎn)速信號經(jīng)低通濾波器濾波后一路經(jīng)第一電阻R1連接運(yùn)算放大器A0的負(fù)輸入端，一路連接第一比較器A1的負(fù)輸入端；第一基準(zhǔn)電壓一路經(jīng)第二電阻R2連接運(yùn)算放大器A0的正輸入端，一路經(jīng)第三電阻R3連接第一比較器A1的正輸入端；電容C1和二極管D1并聯(lián)后設(shè)置于運(yùn)算放大器A0的負(fù)輸入端和輸出端之間，二極管D1的陽極連接運(yùn)算放大器A0的負(fù)輸入端，二極管D1的陰極連接運(yùn)算放大器A0的輸出端；第四電阻R4設(shè)置于第一比較器A1的正輸入端和輸出端之間；第二基準(zhǔn)電壓經(jīng)第六電阻R6連接第二比較器A2的負(fù)輸入端，第五電阻R5設(shè)置于運(yùn)算放大器A0的輸出端與第二比較器A2的正輸入端之間，第一比較器A1的輸出端與第二比較器A2的輸出端分別連接信號處理單元中與門電路的兩個(gè)輸入端。

所述信號調(diào)理單元中，濾波電路濾除轉(zhuǎn)速傳感器輸出信號中的雜質(zhì)，獲得干凈的信號；限幅電路將轉(zhuǎn)速傳感器輸出信號中超過調(diào)理范圍的信號進(jìn)行等比例衰減，以便該測量裝置可以兼容不同的轉(zhuǎn)速傳感器。濾波、限幅后的信號通過兩種方式進(jìn)行調(diào)理以將正弦信號轉(zhuǎn)換為方波信號。一種方式當(dāng)濾波、限幅后的信號大于第一基準(zhǔn)電壓時(shí)啟動(dòng)積分比較電路，積分比較電路采集并積累轉(zhuǎn)速傳感器在轉(zhuǎn)速周期的磁通量變化量，當(dāng)變化量累計(jì)達(dá)到設(shè)定的第二基準(zhǔn)電壓時(shí)，觸發(fā)第二比較器A2輸出對應(yīng)寬度的方波信號；另一種方式波、限幅后的信號通過第一比較器A1與第一基準(zhǔn)電壓比較后產(chǎn)生方波信號。其中，第一種方式提高了對現(xiàn)場信號中噪聲抑制的作用，同時(shí)，通過第一基準(zhǔn)電壓、第二基準(zhǔn)電壓設(shè)置不同的門限比較值，兩種方式相互彌補(bǔ)達(dá)到對信號的準(zhǔn)確判斷，只有當(dāng)兩種方式的輸出都為高電平信號時(shí)信號處理單元才進(jìn)行計(jì)數(shù)，該電路能夠?qū)ν獠康母蓴_信號進(jìn)行有效的濾除，提高了調(diào)理信號輸出的質(zhì)量，保證了信號處理單元的測量精度，增加了裝置的可高。

所述信號處理單元對信號調(diào)理單元發(fā)送的方波信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)換為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電信號，作為測量泵速輸出。所述信號處理單元包括與門電路、集成電路計(jì)數(shù)電路、分立器件計(jì)數(shù)電路和處理器，與門電路的兩個(gè)輸入端分別連接積分比較電路輸出端和滯回比較電路輸出端，與門電路輸出端連接集成電路計(jì)數(shù)電路輸入端和分立器件計(jì)數(shù)電路輸入端，集成電路計(jì)數(shù)電路輸出端和分立器件計(jì)數(shù)電路輸出端連接處理器輸入端，處理器輸出端外接反應(yīng)堆保護(hù)組。

核電領(lǐng)域的泵速測量為低頻測試應(yīng)用。為了保證轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換精度，本實(shí)施例采用測周期法，即選用已知頻率的高頻時(shí)鐘信號作為計(jì)數(shù)基準(zhǔn)對信號調(diào)理電路產(chǎn)生的相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)方波的間隔時(shí)間進(jìn)行測量，該方法的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換精度可達(dá)到0.1％F.S。

通過積分比較器和滯回比較器兩種調(diào)理方式獲取的方波信號經(jīng)與門電路進(jìn)行與邏輯之后產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖信號，分別通過集成電路計(jì)數(shù)電路和分立器件計(jì)數(shù)電路對與門電路輸出的計(jì)數(shù)脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，處理器同時(shí)讀取兩種計(jì)數(shù)方式的計(jì)數(shù)結(jié)果并進(jìn)行處理，按照二取一方式(1oo2D)確定計(jì)數(shù)結(jié)果以確保計(jì)數(shù)值的可靠性，處理器處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)過自定義協(xié)議的LVDS總線，作為泵速測量結(jié)果送入安全級保護(hù)系統(tǒng)。

本實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)施方式為所述高可靠性核電領(lǐng)域泵速測量裝置設(shè)置于反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)機(jī)柜中，測量結(jié)果通過背板總線(LVDS總線)的方式送入保護(hù)系統(tǒng)，降低了數(shù)據(jù)傳送過程中的誤碼率和響應(yīng)時(shí)間，確保了泵速測量結(jié)果在進(jìn)入核電反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)或監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)轉(zhuǎn)速值的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明的技術(shù)方案采用冗余電源拓?fù)浜蜔岵灏渭夹g(shù)確保設(shè)備運(yùn)行電源的穩(wěn)定性，采用處理器和邏輯處理芯片的架構(gòu)分別進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和通信任務(wù)以提高設(shè)備信號處理的能力，邏輯芯片通過背板總線(LVDS總線)的方式將處理器的測量結(jié)果送入保護(hù)系統(tǒng)；采用限幅電路確保兼容不容類型的轉(zhuǎn)速傳感器；采用積分比較和滯回比較兩種比較方式提高信號調(diào)理的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性；采用集成電路和分立器件兩種計(jì)數(shù)方式確保信號處理的可靠性；采用將測試裝置設(shè)置于反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)機(jī)柜中降低測量結(jié)果輸出過程中的誤碼率，從而提高了整個(gè)核電領(lǐng)域泵速測量裝置的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、靈活性和可靠性。

以上所述的具體實(shí)施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。