一种基于光纤珐珀的核动力装置环境压力测量传感器的制作方法

1.本发明涉及压力测量传感器技术领域，尤其涉及一种基于光纤珐珀的核动力装置环境压力测量传感器。


背景技术：

2.核动力装置环境压力在正常运行时是安全运行参数，同时在事故后表征事故的状态，因此对安全性和可靠性要求较高。
3.目前常用的测量方式是在反应堆隔间中布置电容式压力变送器进行环境压力的测量，压力变送器输出标准的(4～20)ma信号，并通过贯穿反应堆隔间的电缆传送至仪控系统从而获得环境压力信息。
4.电容式压力变送器由于其信号处理电路与感压腔体集成在一起，在抗辐照、抗电磁干扰和耐loca事故方面存在不足，需要安装在反应堆隔间内较好的环境中，其安装要求较高。如反应堆隔间内找不到较好的安装环境或仪表的事故承受能力不满足要求，往往需要通过贯穿反应堆隔间的引压管将压力引至隔间外后采用电容式压力变送器进行测量，这种方式下压力变送器无需承受严酷环境，但需要在反应堆隔墙上增加机械贯穿件，系统较为复杂；同时由于隔间内压力变化需通过引压管传递至变送器，测量的响应时间会比直接安装在反应堆隔间内慢。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于光纤珐珀的核动力装置环境压力测量传感器，不惧电磁干扰且辐照耐受力强，可以直接放置于核动力装置的反应堆隔间中进行环境压力的测量。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.在本技术的第一个方面中，本技术提供了一种基于光纤珐珀的核动力装置环境压力测量传感器，包括膜盒，所述膜盒被感压膜片分隔而成感压腔和真空腔；
8.所述真空腔内沿轴线方向固定设置有具有fp1和fp2的光纤，所述fp1设置在第一真空腔内，所述fp2设置在第二真空腔内，且位于所述第一真空腔内的光纤处于张紧状态，位于所述第二真空腔内的光纤处于松弛状态；
9.所述第一真空腔和所述第二真空腔由设置于所述真空腔内的光纤固定板分割而成，且所述光纤固定板的端面与所述感压膜片的端面连接；
10.所述感压腔内设置有与外界连通的通孔。
11.优选地，所述具有fp1和fp2的光纤至少设置为一根。
12.优选地，所述通孔设置为至少一个。
13.优选地，所述通孔设置在所述感压腔的端面。
14.优选地，所述通孔的轴线与光纤的轴线重合。
15.优选地，所述膜盒设置为圆柱体结构。
16.优选地，所述光纤固定板设置为圆弧状。
17.优选地，所述光纤固定板的端面与所述感压膜片的端面连接。
18.在本技术的第二个方面中，本技术提供了一种基于光纤珐珀的核动力装置环境压力测量传感器的制作方法，包括以下步骤：
19.分别加工出感压腔、真空腔、感压膜片、带凹槽的光纤固定板以及具有fp1和fp2的光纤；
20.将所述光纤靠近所述fp1侧的端面固定设置在所述感压膜片上，并使所述光纤的另一端面和所述fp2穿过所述凹槽；
21.在所述光纤和所述fp2穿过所述凹槽后，将所述光纤固定设置在所述凹槽中；将所述光纤固定板的两端面和所述感压膜片的两端面固定连接，并使所述fp1位于由所述光纤固定板和所述感压膜片构成的第一真空腔内；
22.将所述光纤靠近所述fp2侧的端面固定设置在所述真空腔室的端面，且所述光纤外露于所述真空腔室；
23.将所述感压腔、所述感压膜片、所述光纤固定板以及所述真空腔固定连接在一起，并对所述真空腔抽真空。
24.在本技术的第三个方面中，本技术提供了一种核动力装置环境压力测量系统，包括如上所述的一种基于光纤珐珀的核动力装置环境压力测量传感器，环境压力测量传感器设置于核动力装置的反应堆隔间中，且所述环境压力测量传感器与解调模块连接。
25.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
26.该环境压力测量传感器采用光纤传感原理制作而成，相对于传统的电学测量技术，其具有天然绝缘、不惧电磁干扰以及辐照耐受力强的优势，因此在具体使用时，对安装环境要求不高，直接将该环境压力测量传感器放置于核动力装置的反应堆隔间中便可进行环境压力的测量，无需用贯穿反应堆隔间的电缆传送电信号至仪控系统。
附图说明
27.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
28.图1为本发明环境压力测量传感器的结构示意图；
29.附图中标记及对应的零部件名称：
30.1、膜盒；2、感压腔；3、第一真空腔；4、第二真空腔；5、fp1；6、fp2；7、光纤；8、光纤固定板；9通孔；10、感压膜片。
具体实施方式
31.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
32.实施例1
33.本实施例提供了一种基于光纤珐珀的核动力装置环境压力测量传感器，如图1所示，包括圆柱体状的膜盒1，膜盒1内固定设置有感压膜片10，从而将其分隔成感压腔2和真
空腔；真空腔内沿轴线方向固定设置有具有fp1 5和fp26的光纤7，fp1 5设置在第一真空腔3内，fp2 6设置在第二真空腔4内，且位于第一真空腔3内的光纤7处于张紧状态，位于第二真空腔4内的光纤7处于松弛状态，以使得位于第一真空腔3内的光纤7能够感知细微的压力变化，同时避免第二真空腔4内的光纤7受到压力的影响；
34.本实施例中所说的第一真空腔3和第二真空腔4由设置于真空腔内的圆弧状光纤固定板8分割而成，且光纤固定板8的端面与感压膜片10的端面连接；
35.感压腔2内设置有与外界连通的通孔。
36.以下对本实施例中环境压力测量传感器的制造过程作出如下说明：
37.(1)分别加工出感压腔2、真空腔、感压膜片10和光纤固定板8，并在光纤7合适的位置上制作出fp1 5和fp2 6；
38.(2)将光纤7靠近fp1 5侧的端面焊接在感压膜片10上，并在光纤固定板8上开设凹槽，使光纤7的另一端面和fp2 6可穿过该凹槽；
39.(3)在光纤7和fp2 6穿过该凹槽后对fp1 5进行预紧，同时将位于光纤固定板8凹槽中的光纤7进行灌胶封焊在固定板的凹槽中；
40.(4)将光纤固定板8和感压膜片10在边缘处焊接成一个整体，并使fp2 6位于第二真空腔4中；
41.(5)将光纤7靠近fp2 6侧的端面穿出真空腔，光纤7穿过的位置进行灌封焊接；
42.(6)将感压腔2、真空腔、光纤固定板8和膜片整体焊接在一起，然后将真空腔抽真空。
43.值得说明的是，在制作过程中，应使第二真空腔4内的光纤7处于松弛状态，从而保证当压力使膜片产生位移时，不会使fp2 6受力。
44.以下对本实施例中环境压力测量传感器的测量原理进行说明：
45.当环境压力通过通孔进入到感压腔2并作用在感压膜片10上时，感压膜片10在环境压力的作用下发生形变，从而带动连接在感压膜片10上的fp1 5的腔长发生改变，进而影响fp1 5腔中干涉光的光程差，通过对干涉光的干涉光谱的探测及计算分析，得到光程差的变化值
△
l，进而得到压力信息。同样，温度也会影响fp1 5腔的腔长，进而影响光程差，因此本实施例中还设置有不受压力影响的fp2 6，通过fp2 6来获取温度对腔长或压力的影响，从而获取到准确的环境压力。具体地，设温度对fp2 6的影响为
△
l2，压力和温度对fp15的影响为
△
l1，通过两个相减，即：
△
l1
‑△
l2，得到仅受压力影响的
△
l3，从而获取无温度影响的压力信息。
46.其中，值得说明的是，通过对干涉光的干涉光谱的探测及计算分析，得到光程差的变化值
△
l，以及根据光程差的变化值
△
l得到压力信息为现有技术，本技术并不涉及对其的改进，因此不再对其的原理进行阐述。
47.核动力装置的安全运行跟环境压力的大小有关，因此，核动力装置在运行时，需要对运行环境的压力进行测量。目前常用的测量方式是在反应堆隔间中布置电容式压力变送器进行环境压力的测量，压力变送器输出标准的(4～20)ma信号，并通过贯穿反应堆隔间的电缆传送至仪控系统从而获得环境压力信息。电容式压力变送器由于其信号处理电路与感压腔2体集成在一起，在抗辐照、抗电磁干扰和耐loca事故方面存在不足，因此在具体使用时，需要安装在反应堆隔间内较好的环境中，其安装要求较高。如反应堆隔间内找不到较好
的安装环境或仪表的事故承受能力不满足要求，往往需要通过贯穿反应堆隔间的引压管将压力引至隔间外后采用电容式压力变送器进行测量，这种方式下压力变送器无需承受严酷环境，但需要在反应堆隔墙上增加机械贯穿件，系统较为复杂；同时由于隔间内压力变化需通过引压管传递至变送器，测量的响应时间会比直接安装在反应堆隔间内慢。基于此，本实施例中提供了一种基于光纤珐珀的核动力装置环境压力测量传感器，该环境压力测量传感器采用光纤传感原理制作而成，相对于传统的电学测量技术，其具有天然绝缘、不惧电磁干扰以及辐照耐受力强的优势，因此在具体使用时，对安装环境要求不高，直接将该环境压力测量传感器放置于核动力装置的反应堆隔间中便可进行环境压力的测量，无需用贯穿反应堆隔间的电缆传送电信号至仪控系统。
48.进一步地，由于光纤7的尺寸很小，在膜盒1内的占据空间也较小，为避免因光纤7损坏而导致整个环境压力测量传感器报废，本实施例中具有fp1 5和fp2 6的光纤7可以设置为多根，当其中一根光纤7损坏时，可以用其余的光纤7进行环境压力的测量。对应的，通孔也可以设置为多个。其中，为增加环境压力测量传感器的敏感度，增大对细微压力变化的感知程度，作为优选地，通孔设置在感压腔2的端面，且通孔的轴线与光纤7的轴线重合。由此设置，当环境压力发生变化时，压力通过通孔可快速直接的作用在感压膜片10上对应的光纤7处，相比于通孔设置于其余位置，能够更快更准确的相应环境变化量。
49.实施例2
50.本实施例提供了一种核动力装置环境压力测量系统，包括如实施例1所提供的一种基于光纤珐珀的核动力装置环境压力测量传感器，环境压力测量传感器设置于核动力装置的反应堆隔间中，且环境压力测量传感器与解调模块连接。
51.工作时，当环境压力通过通孔进入到感压腔2并作用在感压膜片10上时，感压膜片10在环境压力的作用下发生形变，从而带动连接在感压膜片10上的fp1 5的腔长发生改变，进而影响fp1 5腔中干涉光的光程差，通过对干涉光的干涉光谱的探测及计算分析，得到光程差的变化值
△
l，进而得到压力信息。同样，温度也会影响fp1 5腔的腔长，进而影响光程差，因此本实施例中还设置有不受压力影响的fp2 6，通过fp2 6来获取温度对腔长或压力的影响，从而获取到准确的环境压力。具体地，设温度对fp2 6的影响为
△
l2，压力和温度对fp15的影响为
△
l1，通过两个相减，即：
△
l1
‑△
l2，得到仅受压力影响的
△
l3，从而获取无温度影响的压力信息。
52.核动力装置的安全运行跟环境压力的大小有关，因此，核动力装置在运行时，需要对运行环境的压力进行测量。目前常用的测量方式是在反应堆隔间中布置电容式压力变送器进行环境压力的测量，压力变送器输出标准的(4～20)ma信号，并通过贯穿反应堆隔间的电缆传送至仪控系统从而获得环境压力信息。电容式压力变送器由于其信号处理电路与感压腔2体集成在一起，在抗辐照、抗电磁干扰和耐loca事故方面存在不足，因此在具体使用时，需要安装在反应堆隔间内较好的环境中，其安装要求较高。如反应堆隔间内找不到较好的安装环境或仪表的事故承受能力不满足要求，往往需要通过贯穿反应堆隔间的引压管将压力引至隔间外后采用电容式压力变送器进行测量，这种方式下压力变送器无需承受严酷环境，但需要在反应堆隔墙上增加机械贯穿件，系统较为复杂；同时由于隔间内压力变化需通过引压管传递至变送器，测量的响应时间会比直接安装在反应堆隔间内慢。基于此，本实施例中提供了一种基于光纤珐珀的核动力装置环境压力测量系统，该环境压力测量系统中
的环境压力传感器采用光纤传感原理制作而成，相对于传统的电学测量技术，其具有天然绝缘、不惧电磁干扰以及辐照耐受力强的优势，因此在具体使用时，对安装环境要求不高，直接将该环境压力测量传感器放置于核动力装置的反应堆隔间中便可进行环境压力的测量，无需用贯穿反应堆隔间的电缆传送电信号至仪控系统。
53.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
54.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
55.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种基于光纤珐珀的核动力装置环境压力测量传感器，其特征在于，包括膜盒(1)，所述膜盒(1)被感压膜片(10)分隔而成感压腔(2)和真空腔；所述真空腔内沿轴线方向固定设置有具有fp1(5)和fp2(6)的光纤(7)，所述fp1(5)设置在第一真空腔(3)内，所述fp2(6)设置在第二真空腔(4)内，且位于所述第一真空腔(3)内的光纤(7)处于张紧状态，位于所述第二真空腔(4)内的光纤(7)处于松弛状态；所述第一真空腔(3)和所述第二真空腔(4)由设置于所述真空腔内的光纤固定板(8)分割而成；所述感压腔(2)内设置有与外界连通的通孔。2.根据权利要求1所述的一种基于光纤珐珀的核动力装置环境压力测量传感器，其特征在于，所述具有fp1(5)和fp2(6)的光纤(7)至少设置为一根。3.根据权利要求1所述的一种基于光纤珐珀的核动力装置环境压力测量传感器，其特征在于，所述通孔设置为至少一个。4.根据权利要求3所述的一种基于光纤珐珀的核动力装置环境压力测量传感器，其特征在于，所述通孔设置在所述感压腔(2)的端面。5.根据权利要求4所述的一种基于光纤珐珀的核动力装置环境压力测量传感器，其特征在于，所述通孔的轴线与光纤(7)的轴线重合。6.根据权利要求1所述的一种基于光纤珐珀的核动力装置环境压力测量传感器，其特征在于，所述膜盒(1)设置为圆柱体结构。7.根据权利要求2所述的一种基于光纤珐珀的核动力装置环境压力测量传感器，其特征在于，所述光纤固定板(8)设置为圆弧状。8.根据权利要求1所述的一种基于光纤珐珀的核动力装置环境压力测量传感器，其特征在于，所述光纤固定板(8)的端面与所述感压膜片(10)的端面连接。9.如权利要求1-8中任意一项所述的一种基于光纤珐珀的核动力装置环境压力测量传感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：分别加工出感压腔(2)、真空腔、感压膜片(10)、带凹槽的光纤固定板(8)以及具有fp1(5)和fp2(6)的光纤(7)；将所述光纤(7)靠近所述fp1(5)侧的端面固定设置在所述感压膜片(10)上，并使所述光纤(7)的另一端面和所述fp2(6)穿过所述凹槽；在所述光纤(7)和所述fp2(6)穿过所述凹槽后，将所述光纤(7)固定设置在所述凹槽中；将所述光纤固定板(8)的两端面和所述感压膜片(10)的两端面固定连接，并使所述fp1(5)位于由所述光纤固定板(8)和所述感压膜片(10)构成的第一真空腔(3)内；将所述光纤(7)靠近所述fp2(6)侧的端面固定设置在所述真空腔室的端面，且所述光纤(7)外露于所述真空腔室；将所述感压腔(2)、所述感压膜片(10)、所述光纤固定板(8)以及所述真空腔固定连接在一起，并对所述真空腔抽真空。10.一种核动力装置环境压力测量系统，其特征在于，包括如权利要求1-8中任意一项所述的一种基于光纤(7)珐珀的核动力装置环境压力测量传感器，环境压力测量传感器设置于核动力装置的反应堆隔间中，且所述环境压力测量传感器与解调模块连接。

技术总结
本发明公开了一种基于光纤珐珀的核动力装置环境压力测量传感器，包括膜盒，膜盒被感压膜片分隔而成感压腔和真空腔；真空腔内沿轴线方向固定设置有具有FP1和FP2的光纤，FP1设置在第一真空腔内，FP2设置在第二真空腔内，且位于第一真空腔内的光纤处于张紧状态，位于第二真空腔内的光纤处于松弛状态；第一真空腔和第二真空腔由设置于真空腔内的光纤固定板分割而成，且光纤固定板的端面与感压膜片的端面连接；感压腔内设置有与外界连通的通孔。本发明的目的在于提供一种基于光纤珐珀的核动力装置环境压力测量传感器，不惧电磁干扰且辐照耐受力强，可以直接放置于核动力装置的反应堆隔间中进行环境压力的测量。隔间中进行环境压力的测量。隔间中进行环境压力的测量。


技术研发人员：朱加良 何正熙 何鹏 杨洪润 青先国 徐思捷 向美琼 杨洪 卢川 刘松亚 吴茜 朱毖微 徐涛 陈静 吕鑫 李红霞 王雪梅 秦越 邓志光 李鹏飞
受保护的技术使用者：中国核动力研究设计院
技术研发日：2021.12.13
技术公布日：2022/3/8