本發(fā)明涉及ct應用技術領域及測溫技術領域，具體實施例涉及一種基于ct的非介入式高溫空間內溫度分布測量方法及裝置。

背景技術：

第四代反應堆有超越前幾代反應堆的經濟性、安全性、可靠性等標準，超高溫氣冷堆是第四代核反應堆主要堆型之一，而目前的高溫氣冷堆技術尚未完全滿足第四代反應堆的經濟性標準。其中高溫氣冷堆燃料球床內的溫度分布與溫度峰值的不確定性是限制高溫氣冷堆進一步提高其經濟性的重要因素之一。

對此相關研究人員開展了大量的高溫球床測溫方法研究和嘗試，如使用熱電偶結合高溫保護套；研究高溫氣冷堆內的球流，使用內置不同熔點保險絲的測量球等。

但在實現(xiàn)本發(fā)明實施例的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)上述方法中，第一種方法可以實現(xiàn)測量，但是其保護套壽命有限，一旦損耗，在運行的反應堆或者乏燃料收集裝置中就無法實現(xiàn)溫度的繼續(xù)測量；第二種方法在實際運行的高溫氣冷堆中投放帶有熱熔絲的測量球，但無法準確獲得測量球的位置，測量溫度不連續(xù)，也不能了解溫度最高點所在的位置。

可見，現(xiàn)有的技術方案均不能滿足核安全要求，無法給出溫度的分布和峰值，難以進一步提升高溫氣冷堆經濟性。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例的一個目的是解決現(xiàn)有技術無法給出溫度的分布和峰值，難以進一步提升高溫氣冷堆經濟性的問題。

本發(fā)明實施例提出了一種基于ct的非介入式高溫空間內溫度分布測量方法，包括：

對添加有測溫球的高溫空間進行ct掃描處理，獲取高溫空間的初步結構；

根據所述高溫空間的初步結構，結合相關已知量，構建所述高溫空間的幾何模型；

對所述高溫空間的幾何模型進行結構參數的分析，獲取所述高溫空間的射線衰減系數的分布；

根據所述射線衰減系數的分布獲取所述高溫空間內的溫度分布信息；

其中，所述測溫球內部設置有空心區(qū)域且空心區(qū)域中設置有熔融物和相容氣體。

可選的，在對添加有測溫球的高溫空間進行ct掃描處理之前，所述方法還包括：

獲取預定工況數據；

根據所述預定工況數據對所述高溫空間進行熱態(tài)實驗。

可選的，在根據所述射線衰減系數的分布獲取所述高溫空間內的溫度分布信息之前，所述方法還包括：

對所述測溫球進行加熱標定，獲取溫度與掃描信號之間的關聯(lián)關系；

相應地，所述根據所述射線衰減系數的分布獲取所述高溫空間內的溫度分布信息包括：

基于對測溫球被空心區(qū)域的分區(qū)處理，對射線衰減系數的分布進行比值處理；

根據比值處理后的結果，結合所述溫度與掃描信號之間的關聯(lián)關系獲取所述球床內的溫度分布信息。

可選的，在對所述高溫空間的幾何模型進行結構參數的分析之前，所述方法還包括：

采用預建立力學模型對所述高溫空間的幾何模型進行校驗。

可選的，所述結構參數包括：預設的掃描高度以及各掃描高度對應的初始射線衰減系數的分布結果；

相應地，所述根據所述高溫空間的結構參數構建所述高溫空間的幾何模型包括：

根據各掃描高度對應的初始射線衰減系數的分布結果獲取所述高溫空間內測溫球的球心以及邊界；

在考慮球床內應力分布和加熱體及測溫球變形的前提下，檢驗構建高溫空間的幾何模型。

本發(fā)明實施例提出了一種基于ct的非介入式高溫空間內溫度分布測量裝置，包括：

掃描模塊，用于對添加有測溫球的高溫空間進行ct掃描處理，獲取高溫空間的初步結構；

建模模塊，用于根據所述高溫空間的初步結構，結合相關已知量，構建所述高溫空間的幾何模型；

第一處理模塊，用于對所述高溫空間的幾何模型進行結構參數的分析，獲取所述高溫空間的射線衰減系數的分布；

第二處理模塊，用于根據所述射線衰減系數的分布獲取所述高溫空間內的溫度分布信息；

其中，所述測溫球內部設置有空心區(qū)域且空心區(qū)域中設置有熔融物和相容氣體。

可選的，所述裝置還包括：預處理模塊；

所述預處理模塊，用于獲取預定工況數據；根據所述預定工況數據對所述高溫空間進行熱態(tài)實驗。

可選的，所述裝置還包括：標定模塊；

所述標定模塊，用于對所述測溫球進行加熱標定，獲取溫度與掃描信號之間的關聯(lián)關系；

相應地，所述第二處理模塊，用于基于對測溫球被空心區(qū)域的分區(qū)處理，對射線衰減系數的分布進行比值處理；根據比值處理后的結果，結合所述溫度與掃描信號之間的關聯(lián)關系獲取所述球床內的溫度分布信息。

可選的，所述建模模塊，還用于采用預建立力學模型對所述高溫空間的幾何模型進行校驗。

可選的，所述結構參數包括：預設的掃描高度以及各掃描高度對應的初始射線衰減系數的分布結果；

所述建模模塊，用于根據各掃描高度對應的初始射線衰減系數的分布結果獲取所述高溫空間內測溫球的球心以及邊界；

在考慮球床內應力分布和和測溫球變形的前提下，檢驗構建高溫空間的幾何模型。

由上述技術方案可知，本發(fā)明實施例提出的一種基于ct的非介入式高溫空間內溫度分布測量方法及裝置通過在高溫環(huán)境內添加測溫球，然后，基于測溫球內熔融物熱脹冷縮前后掃描信號的變化計算獲得高溫空間內的溫度分布信息。

附圖說明

通過參考附圖會更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點，附圖是示意性的而不應理解為對本發(fā)明進行任何限制，在附圖中：

圖1示出了本發(fā)明一實施例提供的一種基于ct的非介入式高溫空間內溫度分布測量方法的流程示意圖；

圖2示出了本發(fā)明另一實施例提供的一種基于ct的非介入式高溫空間內溫度分布測量方法的流程示意圖；

圖3示出了本發(fā)明一實施例提供的測溫球的結構示意圖；

圖4a和圖4b示出了本發(fā)明一實施例提供的ct掃描和球床掃描結果示意圖；

圖5示出了本發(fā)明一實施例提供的重構球床模型的流程示意圖；

圖6示出了本發(fā)明一實施例提供的一種基于ct的非介入式高溫空間內溫度分布測量裝置的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

圖1示出了本發(fā)明一實施例提供的一種基于ct的非介入式高溫空間內溫度分布測量方法的流程示意圖，參見圖1，該方法可由處理器實現(xiàn)，具體包括如下步驟：

110、對添加有測溫球的高溫空間進行ct掃描處理，獲取高溫空間的初步結構；

需要說明的是，此處的高溫空間可以舉例為球床反應堆，為方便描述，下文均以球床反應堆為例。本領域技術人員可知的是，球床(球床反應堆)內部添加有燃料球。為了測出球床內的溫度分布，本發(fā)明實施例通過在部分燃料球內部設置空心區(qū)域，并在空心區(qū)域中設置有熔融物和相容氣體形成測溫球，然后將其添加并遍布球床內。

其中，熔融物和相容氣體的設置有所需的工況需要有關，例如，工況對應的溫度較高的話，則選用的熔融物的熔點偏高。而相容氣體的選取標準為相容氣體不與燃料球、熔融物發(fā)生反應。

不難理解的是，通過ct系統(tǒng)對球床進行掃描時，首先，選取離散的掃描高度，并在每個掃描高度上發(fā)射掃描信號，得到每個掃描高度上對應的初始射線衰減系數的分布結果，然后基于每個掃描高度上對應的初始射線衰減系數的分布計算獲取高溫空間的初步結構。

其中，初始射線衰減系數的分布由多個方程組組成，每個掃描高度的掃描結果對應一個方程組。

120、根據所述高溫空間的初步結構，結合相關已知量，構建所述高溫空間的幾何模型；

需要說明的是，基于步驟110中的掃描出的初步結構，結合高溫空間的尺寸、測溫球的尺寸以及高溫空間內其他物體的尺寸等等相關已知量，處理器重構球床的幾何結構。

130、對所述高溫空間的幾何模型進行結構參數的分析，獲取所述高溫空間的射線衰減系數的分布；

140、根據所述射線衰減系數的分布獲取所述高溫空間內的溫度分布信息。

可見，本發(fā)明實施例通過在高溫環(huán)境內添加測溫球，然后，基于測溫球內熔融物熱脹冷縮前后掃描信號的變化計算獲得高溫空間內的溫度分布信息。

圖2示出了本發(fā)明另一實施例提供的一種球床內溫度分布測量方法的流程示意圖，參見圖2，該方法可由處理器實現(xiàn)，具體包括如下步驟：

201、測溫范圍、熔融物、相容氣體

需要說明的是，基于實際工況對應的測溫范圍，選擇合適的熔融物和相容氣體，相容氣體一般為惰性氣體或者接近惰性氣體，具體舉例為：氦氣。

202、測溫球設計、制造、標定

需要說明的是，在球床內的正常燃料球中預制空心域，然后，將步驟201中選取的熔融物添加至空心域中，并充入相容氣體，制造完成測溫球，參見圖3。

203、基于對測溫球單獨進行加熱標定，獲取溫度和ct信號(掃描信號)的關聯(lián)關系。

204、在對添加有正常燃料球和測溫球的球床進行掃描之前，為最大程度的還原實際的測量環(huán)境，處理器獲取預定工況數據；

205、處理器根據所述預定工況數據對所述球床進行熱態(tài)實驗。

206、處理器控制ct系統(tǒng)對球床進行初步掃描，得到球床的初步結構，參見圖4a和圖4b。

207、獲取高溫空間、測溫球的尺寸等相關已知量；需要說明的是，高溫空間、測溫球的尺寸等信息為建模之前可獲取的信息。

208、基于步驟206中的初步結構，以及步驟207中已知的球、球床等尺寸信息，重構球床模型。

需要說明的是，在重構球床模型后，采用預建立力學模型對所述球床模型進行校驗，以得到高精度的幾何結構。

209、結合步驟208建立的模型，再次求解射線衰減系數的分布。

210、信號處理、反推溫度

需要說明的是，對所述射線衰減系數的分布進行比值處理；

根據比值處理后的結果，結合所述溫度與掃描信號之間的關聯(lián)關系獲取所述球床內的溫度分布信息。

圖5示出了本發(fā)明一實施例提供的重構球床模型的流程示意圖，下面參見圖5對步驟208中的重建模型的步驟進行說明：

首先，步驟206掃描得到的結構參數包括：預設的掃描高度以及各掃描高度對應的初始射線衰減系數的分布結果。

需要說明的是，設定的掃描高度是一組離散的點，ct系統(tǒng)在每個掃描高度上發(fā)出射線對球床進行掃描，得到各掃描高度對應的初始射線衰減系數的分布結果，此處的射線優(yōu)選為x射線。

然后，結合圖5示出的建模步驟根據各掃描高度對應的初始射線衰減系數的分布結果獲取所述高溫空間內測溫球的球心以及邊界；

在考慮球床內應力分布和和測溫球變形的前提下，檢驗修正構建高溫空間的幾何模型。

下面對本發(fā)明實施例的工作原理進行詳細說明：

步驟一、在常規(guī)加熱體如燃料球、模擬燃料球中預制空心域，添加合適熔點的熔融物與相容氣體，結合圖3所示，單獨對加入空心域的燃料球或者燃料模擬球進行加熱標定，獲得溫度與最終ct信號的關系。

步驟二、進行對應的熱態(tài)實驗，測量所需的工況。

步驟三、使用工業(yè)ct對球床進行掃描，得到初步的射線衰減系數的分布；具體的ct原理如下，當單能或者窄波譜射線穿過物質時候會被吸收，射線能量減弱，該過程可以用lambert-beer定律描述：

i＝ioe^-λd(1)

其中，io、i為穿過物質前、后的射線強度，λ為單位厚度該物質的射線吸收系數，d為物質的厚度。

對非均勻的物體，射線穿透物體總的射線衰減特性可將物體分割成小單元來計算，按照級聯(lián)的方式將式(1)寫成如下形式：

此處i為第i次射線照射并測量的過程，j為射線路徑上經過的第j個物質單元，iⁱiniⁱout分別為第i次測量的射線前后強度。上式兩側取對數后，線性化可得

aⁱbⁱ為公式(2)對數化處理后的得到的數值，為中間變量，其余與上式同。求解式(3)方程組即得到掃描區(qū)域的射線衰減系數的分布。根據射線衰減系數的分布情況，結合已知成分的射線衰減系數可以反推得到物質組成分布。常規(guī)ct球床掃描結果如圖4a和圖4b所示。

步驟四、根據氣液固物質的射線衰減系數不同的原理，使用射線衰減系數的不同截面的分布，結合已知的球、球床等尺寸信息，重構球床幾何結構，并使用力學模型檢驗結構的合理性，得到高精度的幾何結構；相關的力學模型包括摩擦、壓力、形變、密實化，結構穩(wěn)定性判斷等，具體的幾何結構重構數值過程如圖5所示。

步驟五、參考ct原理中的基本方程式(3)，利用已知幾何信息，再次求解射線衰減系數的分布；

步驟六、取得熔融物區(qū)域對應的射線衰減系數分布，分區(qū)加權平均后并做比值，根據之前的標定的信號溫度關系，使用比值反查出溫度，得到溫度信息。

對于方法實施方式，為了簡單描述，故將其都表述為一系列的動作組合，但是本領域技術人員應該知悉，本發(fā)明實施方式并不受所描述的動作順序的限制，因為依據本發(fā)明實施方式，某些步驟可以采用其他順序或者同時進行。其次，本領域技術人員也應該知悉，說明書中所描述的實施方式均屬于優(yōu)選實施方式，所涉及的動作并不一定是本發(fā)明實施方式所必須的。

圖6示出了本發(fā)明一實施例提供的一種球床內溫度分布測量裝置的結構示意圖，參見圖6，該裝置包括：掃描模塊610、建模模塊620、第一處理模塊630以及第二處理模塊640，其中：

掃描模塊610，用于對添加有測溫球的高溫空間進行ct掃描處理，獲取高溫空間的初步結構；

建模模塊620，用于根據所述高溫空間的初步結構，結合相關已知量，構建所述高溫空間的幾何模型；

第一處理模塊630，用于對所述高溫空間的幾何模型進行結構參數的分析，獲取所述高溫空間的射線衰減系數的分布；

第二處理模塊640，用于根據所述射線衰減系數的分布獲取所述高溫空間內的溫度分布信息；

其中，所述測溫球內部設置有空心區(qū)域且空心區(qū)域中設置有熔融物和相容氣體。

可見，本發(fā)明實施例通過在高溫環(huán)境內添加測溫球，然后，基于測溫球內熔融物熱脹冷縮前后掃描信號的變化計算獲得高溫空間內的溫度分布信息。

在一可行實施例中，所述裝置還包括：預處理模塊；

所述預處理模塊，用于獲取預定工況數據；根據所述預定工況數據對所述高溫空間進行熱態(tài)實驗。

在一可行實施例中，所述裝置還包括：標定模塊；

所述標定模塊，用于對所述測溫球進行加熱標定，獲取溫度與掃描信號之間的關聯(lián)關系；

相應地，所述第二處理模塊，用于基于對測溫球被空心區(qū)域的分區(qū)處理，對射線衰減系數的分布進行比值處理；根據比值處理后的結果，結合所述溫度與掃描信號之間的關聯(lián)關系獲取所述球床內的溫度分布信息。

在一可行實施例中，所述建模模塊，還用于采用預建立力學模型對所述高溫空間的幾何模型進行校驗。

在一可行實施例中，所述結構參數包括：預設的掃描高度以及各掃描高度對應的初始射線衰減系數的分布結果；

相應地，所述建模模塊，用于根據各掃描高度對應的初始射線衰減系數的分布結果，結合高溫空間等已知尺寸獲取所述高溫空間內測溫球的球心以及邊界；在考慮球床內應力分布和和測溫球變形的前提下，檢驗構建高溫空間的幾何模型。

對于裝置實施方式而言，由于其與方法實施方式基本相似，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法實施方式的部分說明即可。

應當注意的是，在本發(fā)明的裝置的各個部件中，根據其要實現(xiàn)的功能而對其中的部件進行了邏輯劃分，但是，本發(fā)明不受限于此，可以根據需要對各個部件進行重新劃分或者組合。

本發(fā)明的各個部件實施方式可以以硬件實現(xiàn)，或者以在一個或者多個處理器上運行的軟件模塊實現(xiàn)，或者以它們的組合實現(xiàn)。本裝置中，pc通過實現(xiàn)因特網對設備或者裝置遠程控制，精準的控制設備或者裝置每個操作的步驟。本發(fā)明還可以實現(xiàn)為用于執(zhí)行這里所描述的方法的一部分或者全部的設備或者裝置程序(例如，計算機程序和計算機程序產品)。這樣實現(xiàn)本發(fā)明的程序可以存儲在計算機可讀介質上，并且程序產生的文件或文檔具有可統(tǒng)計性，產生數據報告和cpk報告等，能對功放進行批量測試并統(tǒng)計。應該注意的是上述實施方式對本發(fā)明進行說明而不是對本發(fā)明進行限制，并且本領域技術人員在不脫離所附權利要求的范圍的情況下可設計出替換實施方式。在權利要求中，不應將位于括號之間的任何參考符號構造成對權利要求的限制。單詞“包含”不排除存在未列在權利要求中的元件或步驟。位于元件之前的單詞“一”或“一個”不排除存在多個這樣的元件。本發(fā)明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于適當編程的計算機來實現(xiàn)。在列舉了若干裝置的單元權利要求中，這些裝置中的若干個可以是通過同一個硬件項來具體體現(xiàn)。單詞第一、第二、以及第三等的使用不表示任何順序?？蓪⑦@些單詞解釋為名稱。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。