一種核電站燃料格架定位裝置及方法與流程

本發明涉及核電站技術領域，尤其涉及一種核電站燃料格架定位裝置及方法。

背景技術：

核電站設計有乏燃料水池，水池中設置有乏燃料貯存格架，可用于存放新燃料和反應堆廠房卸出的乏燃料組件。燃料組件的抓起、釋放、轉運，主要通過一臺大跨度橋式吊車(以下簡稱乏吊)實現，乏吊包括平移機構和升降機構，平移機構由大車和小車驅動沿著乏燃料水池長、寬方向運行，升降機構驅動抓具攜組件做升降運動。乏燃料存在較強放射性活度和較大的衰變熱，并含有相當量的可裂變材料，燃料組件與貯存格架小室總間隙僅11mm，裝卸操作時兩者能否精確對中很重要，偏差可能導致組件無法下落或擦傷，甚至引發安全事故。因此核電站建造期間調試階段有必要對格架逐一定位并記錄每個格架座標值，用以后續正常運行期間的操作。

例如，現有技術中的乏池中有1206個燃料格架小室，其中隔乏燃料貯存格架貯存小室的數量為378個，硼不銹鋼乏燃料貯存格架貯存小室的數量為828個。長遠來看國內外還在繼續研發高密度乏燃料貯存格架，存在標定工期長的問題。此外有研究表明，核電站燃料運輸吊車橋架輪徑磨損0.15mm，在完成30.4m行程后可導致最終定位較預期值偏差9.4mm，存在定期校準的必要性。核電站實際運行后，乏池中充有1326m³的濃度為2200ppm的硼水，且運行后乏池一般不會排空，使得系統長期運行后再定位變得極為困難。

目前無論建造期間的初次標定還是運行期間的定期標定都是排水后安排人員站到格架上方協助目視查看，并與遠處乏吊操作人員溝通確認指揮微調。核電站建設期間調試階段，PMC系統使用模擬燃料組件對乏燃料吊車及裝卸料機涉及的所有格架進行精確定位及標定。干態情況下人工進入堆腔(或乏池)，通過采用游標卡尺等傳統測量方式測量，并告知乏吊操作人員進行相應方向的調整，如此反復多次后實現定位的目的。

但是，采用人工定位具有以下缺陷：(1)效率低。定位操作涉及大跨度吊車的點動作業，調整范圍卻為毫米級，單格架腔室定位約15分鐘，CPR單機組腔室多達1206個，按每日8小時計算，如所有格架均定位需耗費37.7人工*天。(2)精度有限。由于采用目視查看的方式，格架與模擬燃料組件的間隙僅有2毫米左右，精度有限；同時單臺機組腔室多無法逐一定位(工期有限，PMC調試一般位于機組裝料關鍵路徑)，采用“四分法”等對關鍵腔室定位，其余采用理論計算的方式，設備本身制造偏差導致部分經過理論計算推算的腔室精度進一步降低。(3)引入異物。人工踩踏在燃料格架上方作業，嶺澳二期及后續項目均有引入異物的事件發生。由于格架細長結構，深度達到4425mm，異物的打撈極為困難，且打撈過程中極易造成格架的損傷。(4)人員墜入風險。格架腔室有226mm寬和250mm寬兩種規格，調試人員在格架上進行定位時，極易踩空墜入腔室內，腔室深度達到4425mm，風險極大。(5)無法水下實施。由于定位需要人工下到格架上方進行，目前只能在干態工況下進行，一旦乏池進水發現格架銹蝕等只能將1千多立方米的含硼水排走代價巨大。同時機組一旦裝料后，這些含硼水將帶有一定放射性，使得人員存在放射性照射風險。

技術實現要素：

本發明針對現有技術中存在的問題，提供了一種核電站燃料格架定位裝置及方法，能夠提高燃料格架的定位精度和定位效率。

本發明就上述技術問題而提出的技術方案如下：

一方面，本發明提供一種核電站燃料格架定位裝置，用于對燃料組件在所述燃料格架中進行吊裝定位，所述定位裝置包括安裝在吊車吊桿底端的定位檢測裝置，吊車的平移機構以及分別與所述定位檢測裝置和所述平移機構連接的控制器；

所述定位檢測裝置包括具有容納空間的主體部,安裝在所述主體部外壁的至少一個接近傳感器，所述接近傳感器用于在所述定位裝置下降至所述燃料格架中后，檢測其與對應的燃料格架內壁之間的間隙，并發送間隙信號；

所述控制器用于接收所述間隙信號，根據所述間隙信號計算間隙偏差，并發送間隙偏差信號以控制所述平移結構進行微調；

所述平移機構用于對所述吊車吊桿微調平移以帶動所述定位檢測裝置微調平移，使所述間隙偏差低于預設偏差閾值，以獲取燃料組件在所述燃料格架中的定位位置。

進一步地，所述主體部外形結構與燃料組件形狀對應,所述接近傳感器包括多個，每一所述接近傳感器分別與燃料組件周壁對應設置。

進一步地，所述燃料格架定位裝置還包括與所述控制器連接的防水攝像頭；

所述防水攝像頭用于采集所述燃料格架的圖像；

所述控制器還用于將采集到的圖像傳輸給操作人員，以使操作人員對所述燃料格架進行初定位。

進一步地，所述間隙信號為電平信號；

所述控制器具體用于根據電平信號與間隙距離的對應關系表，獲取每個電平信號所對應的間隙距離，根據獲取的所述間隙距離計算間隙偏差。

進一步地，所述接近傳感器包括用于在所述燃料格架的X方向檢測第一間隙信號的第一接近傳感器、檢測第二間隙信號的第二接近傳感器，以及用于在所述燃料格架的Y方向檢測第三間隙信號的第三接近傳感器、檢測第四間隙信號的第四接近傳感器；

所述控制器具體用于根據所述第一間隙信號和所述第二間隙信號計算在X方向上的第一間隙偏差，并發送第一間隙偏差信號以控制所述平移結構在X方向上進行微調，根據所述第三間隙信號和所述第四間隙信號計算在Y方向上的第二間隙偏差，并發送第二間隙偏差信號以控制所述平移結構在Y方向上進行微調；

所述平移機構具體用于對所述吊車吊桿在X方向上微調平移以帶動所述定位檢測裝置在X方向上微調平移，使所述第一間隙偏差低于預設第一偏差閾值，對所述吊車吊桿在Y方向上微調平移以帶動所述定位檢測裝置在Y方向上微調平移，使所述第二間隙偏差低于預設第二偏差閾值，以獲取燃料組件在所述燃料格架的定位位置。

進一步地，所述控制器具體用于根據所述間隙信號計算間隙偏差，基于所述間隙偏差，采用自適應控制法或比例控制法持續控制所述平移機構進行微調，直到所述間隙偏差低于預設偏差閾值時中止調整，獲取所述燃料格架的定位位置。

進一步地，所述控制器還用于采用限幅濾波法和算術平均值法對所述間隙信號進行濾波，以去除電磁干擾并降低信號檢測誤差。

進一步地，所述燃料格架定位裝置還包括與所述控制器連接的微動開關；

所述微動開關用于在所述定位裝置下降至所述燃料格架的過程中，實時檢測是否存在干涉，并在檢測到干涉時，向所述控制器發送中止信號；

所述控制器還用于根據所述中止信號，控制所述吊車的下降裝置中止下降并反向點動行車。

進一步地，所述定位裝置還包括與所述控制器連接的顯示器；

所述顯示器用于顯示所述燃料格架的圖像、所述間隙偏差和所述燃料格架的定位位置。

另一方面，本發明提供一種利用上述核電站燃料格架定位裝置進行燃料格架定位方法，所述定位裝置包括安裝在吊車吊桿底端的定位檢測裝置，吊車的平移機構以及分別與所述定位檢測裝置和所述平移機構連接的控制器，所述定位檢測裝置包括具有容納空間的主體部,安裝在所述主體部外壁的至少一個接近傳感器，所述定位方法包括：

所述接近傳感器在所述定位裝置下降至燃料格架中后，分別檢測所述定位裝置與燃料格架內壁之間的間隙，并發送間隙信號；

所述控制器接收所述間隙信號，根據所述間隙信號計算間隙偏差，并發送間隙偏差信號以控制所述平移結構進行微調；

所述平移機構對所述吊車吊桿微調平移以帶動所述定位檢測裝置微調平移，使所述間隙偏差低于預設偏差閾值，以獲取燃料組件在所述燃料格架中的定位位置。

進一步地，在所述接近傳感器在所述定位裝置下降至燃料格架中后，分別檢測所述定位裝置與燃料格架內壁之間的間隙之前，還包括：

采集所述燃料格架的圖像，并將采集到的圖像傳輸給操作人員，以使操作人員對所述燃料格架進行初定位。

進一步地，所述間隙信號為電平信號；

所述根據所述間隙信號計算間隙偏差，具體包括：

根據電平信號與間隙距離的對應關系表，獲取每個電平信號所對應的間隙距離，并根據獲取的所述間隙距離計算間隙偏差。

進一步地，所述定位裝置與燃料格架四壁之間的間隙信號包括在所述燃料格架的X方向上的第一間隙信號和第二間隙信號，以及在所述燃料格架的Y方向上的第三間隙信號和第四間隙信號；

所述控制器根據所述間隙信號計算間隙偏差，并發送間隙偏差信號以控制所述平移結構進行微調，具體包括：

所述控制器根據所述第一間隙信號和所述第二間隙信號計算在X方向上的第一間隙偏差，并發送第一間隙偏差信號以控制所述平移結構在X方向上進行微調，根據所述第三間隙信號和所述第四間隙信號計算在Y方向上的第二間隙偏差，并發送第二間隙偏差信號以控制所述平移結構在Y方向上進行微調；

所述平移機構對所述吊車吊桿微調平移以帶動所述定位檢測裝置微調平移，使所述間隙偏差低于預設偏差閾值，以獲取燃料組件在所述燃料格架中的定位位置，具體包括：

所述平移機構對所述吊車吊桿在X方向上微調平移以帶動所述定位檢測裝置在X方向上微調平移，使所述第一間隙偏差低于預設第一偏差閾值，對所述吊車吊桿在Y方向上微調平移以帶動所述定位檢測裝置在Y方向上微調平移，使所述第二間隙偏差低于預設第二偏差閾值，以獲取燃料組件在所述燃料格架的定位位置。

進一步地，所述控制器發送間隙偏差信號以控制所述平移結構進行微調，具體包括：

基于所述間隙偏差，采用自適應控制法或比例控制法持續控制所述吊車的平移機構進行微調，直到所述間隙偏差低于預設偏差閾值時中止調整。

進一步地，在所述控制器根據所述間隙信號計算間隙偏差之前，還包括：

所述控制器采用限幅濾波法和算術平均值法對所述間隙信號進行濾波，以去除電磁干擾并降低信號檢測誤差。

進一步地，所述定位方法還包括：

在所述定位裝置下降至所述燃料格架的過程中，實時檢測是否存在干涉；

在檢測到干涉時，控制所述吊車的下降裝置中止下降并反向點動行車，在所述干涉解除時，控制所述吊車的下降裝置繼續下降。

本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：

將定位裝置安裝在吊車吊桿的底端，以將定位裝置下降至燃料格架中，通過檢測與燃料格架內壁之間的間隙信號來計算間隙偏差，并根據該間隙偏差使平移機構對吊車吊桿微調平移，進而帶動定位檢測裝置微調平移，使間隙偏差達到設定要求，實現燃料組件在燃料格架中的定位，提高定位精度和定位效率，無需人工定位，避免引入異物及人員墜落等風險，而且，在運機組格架更換后無需排水重新定位、校準，進一步提升在運機組的安全。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明實施例一提供的核電站燃料格架定位裝置的結構示意圖；

圖2是本發明實施例一提供的核電站燃料格架定位裝置的具體結構示意圖；

圖3是本發明實施例一提供的吊車的平移機構的微平移速度近似曲線；

圖4是本發明實施例一提供的核電站燃料格架定位裝置的原理圖；

圖5是本發明實施例二提供的核電站燃料格架定位方法的流程示意圖；

圖6是本發明實施例二提供的核電站燃料格架定位方法的具體流程示意圖。

具體實施方式

為了解決現有技術在人工定位中存在的效率低、精度有效、安全性低、無法水下實施等技術問題，本發明旨在提供一種核電站燃料格架定位裝置，其核心思想是：提供了定位檢測裝置、吊車的平移機構和控制器，其中，定位檢測裝置包括至少一個接近傳感器，用于檢測其與對應的燃料格架內壁之間的間隙信號，控制器根據間隙信號計算間隙偏差，使平移機構對吊車吊桿微調平移，進而帶動定位檢測裝置微調平移，直到間隙偏差達到設定要求，實現燃料組件在燃料格架中的定位。本發明所提供的核電站燃料格架定位裝置無需人工定位，有效提高定位精度、定位效率和安全性。

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。

實施例一

本發明實施例提供了一種核電站燃料格架定位裝置，用于對燃料組件在所述燃料格架中進行吊裝定位，參見圖1，該定位裝置包括安裝在吊車吊桿底端的定位檢測裝置8，吊車的平移機構9以及分別與所述定位檢測裝置8和所述平移機構9連接的控制器2；

所述定位檢測裝置8包括具有容納空間的主體部,安裝在所述主體部外壁的至少一個接近傳感器1，所述接近傳感器1用于在所述定位裝置下降至所述燃料格架中后，檢測其與對應的燃料格架內壁之間的間隙，并發送間隙信號；

所述控制器2用于接收所述間隙信號，根據所述間隙信號計算間隙偏差，并發送間隙偏差信號以控制所述平移結構9進行微調；

所述平移機構9用于對所述吊車吊桿微調平移以帶動所述定位檢測裝置8微調平移，使所述間隙偏差低于預設偏差閾值，以獲取燃料組件在所述燃料格架中的定位位置。

需要說明的是，定位檢測裝置可安裝在吊車的長桿工具的底端，也可安裝在模擬燃料組件的下方，通過吊車的下降裝置進行升降，通過吊車的平移裝置進行平移。在定位檢測裝置通過吊車的下降裝置下降到待定位的燃料格架的小室中后，定位檢測裝置中的接近傳感器與燃料格架內壁相對應，檢測其與對應的燃料格架內壁之間的間隙，并將檢測到的間隙信號傳輸給控制器。控制器在接收到間隙信號后，對間隙信號進行處理和計算，獲得間隙偏差，進而根據該間隙偏差向平移裝置放松間隙偏差信號以控制平移裝置進行微調，平移機構對吊車吊桿微調平移以帶動所述定位檢測裝置微調平移。定位檢測裝置和控制器在調整后繼續檢測和計算間隙偏差，直到該間隙偏差低于預設偏差閾值，然后保存此時定位裝置的中心點的坐標位置，即為燃料組件在燃料格架中的定位位置，從而實現燃料組件在燃料格架中的定位。采用定位裝置對燃料格架進行自動定位，無需人工定位，提高定位精度和定位效率，避免引入異物及人員墜落等風險，而且，在運機組格架更換后無需排水重新定位、校準，進一步提升在運機組的安全。

另外，定位裝置還可僅通過定位檢測裝置中的接近傳感器實現對燃料格架的定位。接近傳感器檢測其與對應的燃料格架內壁之間的間隙信號，并將間隙信號所對應的間隙距離傳輸至操作人員，操作人員通過肉眼查看每邊的間隙并通過操作吊車以對定位裝置進行調整，實現燃料組件在燃料格架中的定位。采用這種定位方式簡單可靠性高，但由于其自動化程度較低導致效率較差，因此優選采用接近傳感器結合控制器的方式對燃料格架進行定位。

其中，控制器選用STM32F103單片機。該系列單片機使用ARM公司的Cortex-M3內核，核心基于哈佛架構的3級流水線內核，集成單周期乘法、硬件除法等功能。處理器工作頻率可達72MHz，并帶有64K片內RAM。16通道的12位A/D轉換器以及豐富的I/O通道，特別針對本定位裝置的需求，芯片集成的雙ADC結構允許雙通道采樣/保持，以實現12位精度、1的轉化足以滿足本定位裝置設計要求，此外中斷響應機制也非常先進，有助于利用中斷響應完成吊車位置的精確調整。

接近傳感器選用能達到水下燃料格架與定位裝置之間間隙的高精度檢測的接近傳感器，例如電感式接近傳感器，電感式傳感器選用圖爾克BI15-M30-LI，其有效檢測距離為2-8mm，重復精度1％。內部集成激勵、檢測模塊并支持電流型模擬量輸出，采用具有專利技術的三線圈設計，同時對有鐵磁性和非鐵磁性金屬材料均有較好的檢測靈敏度，可有效檢測不銹鋼及鎘乏燃料格架。傳感器具備IP67防護等級，也為水下格架的連續檢測提供可能。為進一步提高水下工作穩定性對相關傳感器等硬件使用防水材料等進行強化防水處理。

進一步地，所述燃料格架定位裝置還包括與所述控制器2連接的防水攝像頭3；

所述防水攝像頭3用于采集所述燃料格架的圖像；

所述控制器2還用于將采集到的圖像傳輸給操作人員，以使操作人員對所述燃料格架進行初定位。

需要說明的是，在將定位裝置下降至燃料格架的小室中之前，可對定位裝置進行初定位，以避免定位裝置下降時與燃料格架的垂直碰撞。如圖2所示，初定位采用自帶輔助照明26的防水攝像頭25，防水攝像頭25安裝在定位裝置21的底部。防水攝像頭25實時采集燃料格架27的圖像，并將采集到的圖像通過控制器傳輸給遠處操作人員，操作人員通過手動操作吊車的方式以調整定位裝置的位置，確保定位裝置整體就位。

另外，定位裝置還可通過機器視覺技術(Machine Vision)實現基于圖像的自動定位功能，即僅通過防水攝像頭完成格架的定位和記錄。但考慮到機器視覺技術在水下受成像模糊、亮度不均勻等影響穩定性，而觸須傳感器變形復雜、數據離散型大難以保證檢測精度，因此優選采用防水攝像頭監控引導下的人工初定位，以及基于控制器和接近傳感器的自動精確定位的組合方式實現對燃料格架的定位。

進一步地，所述燃料格架定位裝置還包括與所述控制器連接的微動開關4；

所述微動開關4用于在所述定位裝置下降至所述燃料格架的過程中，實時檢測是否存在干涉，并在檢測到干涉時，向所述控制器發送中止信號；

所述控制器2還用于根據所述中止信號，控制所述吊車的下降裝置中止下降并反向點動行車。

需要說明的是，如圖2所示，微動開關24安裝在定位裝置21一側的底部。在對燃料格架27進行初定位后，控制器控制吊車的下降裝置將定位裝置21下降到燃料格架27的小室中。在下降過程中，實時檢測是否下降到位，若下降到位，則結合接近傳感器23和控制器對燃料格架進行精定位；若存在干涉，即存在異物等，觸發微動開關24，使微動開關24向控制器發送中止信號，控制器控制吊車的下降裝置中止下降，并自動反向點動行車，隨后繼續檢測干涉是否解除，若解除，則控制吊車的下降裝置繼續下降直到下降到位，若未解除，則繼續自動反向點動行車直到干涉解除。

進一步地，所述定位裝置還包括與所述控制器2連接的顯示器5；

所述顯示器5用于顯示所述燃料格架的圖像、所述間隙偏差和所述燃料格架的定位位置。

需要說明的是，在初定位中，防水攝像頭將采集到的圖像通過控制器實時顯示在顯示器上，以供操作人員通過操作吊車來調整定位裝置的位置。在精確定位中，控制器將計算獲得的間隙偏差和燃料格架的定位位置顯示在顯示器上，以供操作人員進行查看。

進一步地，所述間隙信號為電平信號；

所述控制器具體用于根據電平信號與間隙距離的對應關系表，獲取每個電平信號所對應的間隙距離，根據獲取的所述間隙距離計算間隙偏差，并根據所述間隙偏差控制所述吊車的平移機構進行微調，使所述間隙偏差低于預設偏差閾值，以獲取所述燃料格架的定位位置。

需要說明的是，接近傳感器檢測到的間隙信號為電平信號，每個接近傳感器將檢測到的電平信號傳輸給控制器后，控制器根據電平信號與間隙距離之間的對應關系，獲取每個電平信號對應的間隙距離，即每個接近傳感器與其對應的燃料格架壁之間的間隙距離，根據間隙距離即可計算出定位裝置與燃料格架中心之間的偏差，即間隙偏差。進而控制器根據該間隙偏差控制吊車的平移機構進行微調，以對定位裝置的位置進行微調，使定位裝置盡量處于燃料格架的中心，即控制間隙偏差低于預設偏差閾值，實現對燃料格架的定位。

進一步地，所述主體部外形結構與燃料組件形狀對應,所述接近傳感器包括多個，每一所述接近傳感器分別與燃料組件周壁對應設置。

需要說明的是，定位檢測裝置中的接近傳感器的個數可以根據燃料組件的形狀進行設置。如圖2所示，若燃料組件為立體圖形，則在定位裝置21的四側分別設置一個傳感器23，以分別檢測每側定位裝置21與燃料格架27的間隙。

進一步地，所述接近傳感器包括用于在所述燃料格架的X方向檢測第一間隙信號的第一接近傳感器、檢測第二間隙信號的第二接近傳感器，以及用于在所述燃料格架的Y方向檢測第三間隙信號的第三接近傳感器、檢測第四間隙信號的第四接近傳感器；

所述控制器具體用于根據所述第一間隙信號和所述第二間隙信號計算在X方向上的第一間隙偏差，并發送第一間隙偏差信號以控制所述平移結構在X方向上進行微調，根據所述第三間隙信號和所述第四間隙信號計算在Y方向上的第二間隙偏差，并發送第二間隙偏差信號以控制所述平移結構在Y方向上進行微調；

所述平移機構具體用于對所述吊車吊桿在X方向上微調平移以帶動所述定位檢測裝置在X方向上微調平移，使所述第一間隙偏差低于預設第一偏差閾值，對所述吊車吊桿在Y方向上微調平移以帶動所述定位檢測裝置在Y方向上微調平移，使所述第二間隙偏差低于預設第二偏差閾值，以獲取燃料組件在所述燃料格架的定位位置。

需要說明的是，當燃料組件為四邊形時，設置四個接近傳感器，分別位于定位裝置的四邊，位于燃料格架的X方向的為第一接近傳感器和第二接近傳感器，位于燃料格架的Y方向的為第三接近傳感器和第四接近傳感器。其中，第一接近傳感器和第二接近傳感器為一組檢測X方向上的間隙偏差，第三接近傳感器和第四接近傳感器為一組檢測Y方向上的間隙偏差。

控制器根據電平信號與間隙距離的對應關系，獲取第一間隙信號所對應的第一間隙距離，第二間隙信號所對應的第二間隙距離，第三間隙信號所對應的第三間隙距離，第四間隙信號所對應的第四間隙距離。在X方向上，計算第一間隙距離和第二間隙距離差值的一半，獲取X方向上的第一間隙偏差；在Y方向上，計算第三間隙距離和第四間隙距離差值的一半，獲取Y方向上的第二間隙偏差。進而，控制器控制平移機構分別在X和Y方向上進行微調，平移機構根據第一間隙偏差調整定位裝置在X方向上的位置，根據第二間隙偏差調整定位裝置在Y方向上的位置，使調整后的第一間隙偏差和第二間隙偏差均低于預設偏差閾值，以盡量位于燃料格架的中心位置，實現燃料組件在燃料格架中的定位。其中，X方向和Y方向相互垂直互不耦合，定位裝置在水下微調所引起的擾動較小，因此可兩個方向同時進行調整，進一步縮短偏差收斂時間以縮短調試工期。

其中，接近傳感器可采用電感式接近傳感器。電感式接近傳感器具有精度高、穩定可靠等優點，廣泛用于加速度、位移、振幅、轉速等非電量的測量。在標準電感式接近傳感器中，被測量磁路磁阻與距離δ相關，通過定量分析線圈阻抗值就可獲得線圈與金屬之間的距離，其數學模型為L＝(N²μS)/(2δ)，其中，L為電感量，N為線圈匝數，μ為氣隙導磁率，S為氣隙截面積，δ為氣隙厚度。假設起始位置氣隙為δ₀，對應初始電感為L₀，且S固定不變，當δ產生細微變化Δδ時，引起自感量變化dL(忽略高次項)，即靈敏度因此通過計算可選取出最適合的四個電感式接近傳感器構成X、Y方向上兩組差動式檢測單元，在提升靈敏度的同時，有助于改善線性度，同時可以對溫度變化、電源頻率變化等外部干擾因素進行有效補償。

進一步地，所述控制器具體用于根據所述間隙信號計算間隙偏差，基于所述間隙偏差，采用自適應控制法或比例控制法持續控制所述吊車的平移機構進行微調，直到所述間隙偏差低于預設偏差閾值時中止調整，獲取所述燃料格架的定位位置。

需要說明的是，吊車中的大跨度行車系統微位移調整具有典型的時滯特性，且存在一定的未知及隨機變量，對其進行精確的數學建模非常困難。自適應控制能不斷地對比檢測系統系數，根據其變化改變控制系統或改變控制作用，使系統運行于最優或接近最優工作狀態。具體到本行車系統，由于調整幅度僅在毫米級別，因此可近似地將其X、Y方向運動調整模型定義為：偏差距離如圖3所示。模型自學習模型為：y＝f(γ,t₀,t)+β，其中，y為模型中的偏差預測值，γ、t₀、t均為直接影響模型的自變量，β為自學習系數。第n次計算時，β-β_n，根據上述公式計算出模型預測值y_n；結合第n次實測值y_n^*可計算出β的第n次瞬時值β_n^*，再用指數平滑法計算β_n+1:β_n+1＝β_n+α(β_n^*-β_n)，其中，α為平滑增益系數，隸屬于[0,1]，其實際控制中一般取0.3～0.6，具體參數通過試驗獲取。第n+1次計算時，取β＝β_n+1，代入模型y＝f(γ,t₀,t)+β計算預測值。結合到控制器通過控制輸出脈沖的長度控制吊車系統微調整而言，為上述的逆運算。在控制平移結構進行多次微調后，間隙偏差值小于預設閾值，如±1mm時中止調整并反饋狀態。

進一步地，所述控制器還用于采用限幅濾波法和算術平均值法對所述間隙信號進行濾波，以去除電磁干擾并降低信號檢測誤差。

需要說明的是，高度集成、模塊化的器件為控制器的硬件提供基礎，軟件層面的濾波可進一步提升其工作穩定性，目前多種適合控制器的單片機濾波算法被廣泛使用。

考慮到接近傳感器位于水下，與控制器距離較遠，加之核電站現場大型電氣設備眾多存在尖脈沖電磁干擾，為此在控制器接收到間隙信號后對其進行限幅濾波。相鄰兩次采樣到的間隙信號y_n的差值如大于最大允許偏差Δe則視之為干擾并剔，即：其中，Δe的設定值需要對標準量多次測量后校驗所得，初始狀態以定位裝置單側接近感器與燃料格架壁可能存在的最大距離8mm為初始輸入并在初始標定階段逐步縮小此數值直到調整至最佳。采用限幅濾波能夠去除明顯的突變信號，抑制脈沖干擾。

在進行限幅濾波后，結合應用場景采用算術平均值法，即在采集的間隙信號X_i(i＝1,2…N)中尋找作為本次采樣的平均值，使得該值與各采樣值之間的誤差e_i的平方和E最小：采用作為最終的間隙信號進行計算提高計算的精準度和工作的穩定性。

參見圖4，是本發明實施例所提供的核電站燃料格架定位裝置的工作原理圖。在采集燃料格架的圖像完成初定位后，將定位裝置下降至燃料格架6中。四個傳感器1分別檢測其與燃料格架6在X方向和Y方向的間隙信號，該間隙信號為電平信號。控制器1中的ADC模塊將電平信號進行電平轉換，轉換為相應的間隙距離，并計算出在X方向和Y方向的間隙偏差。控制器1中的DO模塊根據在X方向和Y方向的間隙偏差控制吊車的平移結構7在X方向和Y方向進行微調，以滿足設定要求，同時，將采集到的圖像、計算的間隙距離、間隙偏差等進行顯示，以供操作人員查看。另外，操作人員還可通過按鍵對吊車進行操作，對初定位的完成進行確認等。

本發明實施例將定位裝置安裝在吊車吊桿的底端，以將定位裝置下降至燃料格架中，通過檢測與燃料格架內壁之間的間隙信號來計算間隙偏差，并根據該間隙偏差使平移機構對吊車吊桿微調平移，進而帶動定位檢測裝置微調平移，使間隙偏差達到設定要求，實現燃料組件在燃料格架中的定位，提高定位精度和定位效率，無需人工定位，避免引入異物及人員墜落等風險，而且，在運機組格架更換后無需排水重新定位、校準，進一步提升在運機組的安全。

實施例二

本發明實施例提供了一種核電站燃料格架定位方法，能夠應用于上述實施例中的核電站燃料格架定位裝置中，所述定位裝置包括安裝在吊車吊桿底端的定位檢測裝置，吊車的平移機構以及分別與所述定位檢測裝置和所述平移機構連接的控制器，所述定位檢測裝置包括具有容納空間的主體部,安裝在所述主體部外壁的至少一個接近傳感器，參見圖5，所述定位方法包括：

S1、所述接近傳感器在所述定位裝置下降至燃料格架中后，分別檢測所述定位裝置與燃料格架內壁之間的間隙，并發送間隙信號；

S2、所述控制器接收所述間隙信號，根據所述間隙信號計算間隙偏差，并發送間隙偏差信號以控制所述平移結構進行微調；

S3、所述平移機構對所述吊車吊桿微調平移以帶動所述定位檢測裝置微調平移，使所述間隙偏差低于預設偏差閾值，以獲取燃料組件在所述燃料格架中的定位位置。

進一步地，在所述接近傳感器在所述定位裝置下降至燃料格架中后，分別檢測所述定位裝置與燃料格架內壁之間的間隙之前，還包括：

采集所述燃料格架的圖像，并將采集到的圖像傳輸給操作人員，以使操作人員對所述燃料格架進行初定位。

進一步地，所述間隙信號為電平信號；

所述根據所述間隙信號計算間隙偏差，具體包括：

根據電平信號與間隙距離的對應關系表，獲取每個電平信號所對應的間隙距離，并根據獲取的所述間隙距離計算間隙偏差。

進一步地，所述定位裝置與燃料格架四壁之間的間隙信號包括在所述燃料格架的X方向上的第一間隙信號和第二間隙信號，以及在所述燃料格架的Y方向上的第三接近傳感器和檢測第四間隙信號；

所述控制器根據所述間隙信號計算間隙偏差，并發送間隙偏差信號以控制所述平移結構進行微調，具體包括：

所述控制器根據所述第一間隙信號和所述第二間隙信號計算在X方向上的第一間隙偏差，并發送第一間隙偏差信號以控制所述平移結構在X方向上進行微調，根據所述第三間隙信號和所述第四間隙信號計算在Y方向上的第二間隙偏差，并發送第二間隙偏差信號以控制所述平移結構在Y方向上進行微調；

所述平移機構對所述吊車吊桿微調平移以帶動所述定位檢測裝置微調平移，使所述間隙偏差低于預設偏差閾值，以獲取燃料組件在所述燃料格架中的定位位置，具體包括：

所述平移機構對所述吊車吊桿在X方向上微調平移以帶動所述定位檢測裝置在X方向上微調平移，使所述第一間隙偏差低于預設第一偏差閾值，對所述吊車吊桿在Y方向上微調平移以帶動所述定位檢測裝置在Y方向上微調平移，使所述第二間隙偏差低于預設第二偏差閾值，以獲取燃料組件在所述燃料格架的定位位置。

進一步地，所述控制器發送間隙偏差信號以控制所述平移結構進行微調，具體包括：

基于所述間隙偏差，采用自適應控制法或比例控制法持續控制所述吊車的平移機構進行微調，直到所述間隙偏差低于預設偏差閾值時中止調整，獲取所述燃料格架的定位位置。

進一步地，在所述根據所述間隙信號計算間隙偏差之前，還包括：

采用限幅濾波法和算術平均值法對所述間隙信號進行濾波，以去除電磁干擾并降低信號檢測誤差。

進一步地，所述定位方法還包括：

在所述定位裝置下降至所述燃料格架的過程中，實時檢測是否存在干涉；

在檢測到干涉時，控制所述吊車的下降裝置中止下降并反向點動行車，在所述干涉解除時，控制所述吊車的下降裝置繼續下降。

參見圖6，是本發明實施例所提供了的核電站燃料格架定位方法的具體流程示意圖，包括：

S501、定位開始后，手動控制大/小車。操作人員通過采集到的燃料格架的圖像對吊車進行操作，以對定位裝置進行位置調整，實現對燃料格架的初定位；

S502、判斷初定位是否完成；若完成，則執行步驟S501，若未完成，則返回步驟S501。

S503、人工確認。操作人員在完成初定位后進行確認，其中，采集到的燃料格架的圖像會實時顯示在顯示器上。

S504、自動下降。人工確認后，吊車的下降裝置自動下降，以將定位裝置下降至燃料格架中。

S505、判斷是否下降到位；若下降到位，則執行步驟S510，若未下降到位，則執行步驟S506。

S506、存在干涉。檢測到下降過程中存在干涉。

S507、中止下降。此時停止吊車的下降裝置繼續下降。

S508、自動反向點動行車。

S509、判斷是否解除干涉；若是，則返回步驟S504，若否，則返回步驟S508。

S510、自動精定位。在下降到位后，結合四個傳感器和控制器計算定位裝置的間隙偏差，以對燃料格架進行精定位。

S511、判斷間隙偏差是否處于預設偏差內；若是，則執行步驟S512，若否，則返回步驟S510。

S512、聲光提醒，結束定位流程。

本發明實施例將定位裝置安裝在吊車吊桿的底端，以將定位裝置下降至燃料格架中，通過檢測與燃料格架內壁之間的間隙信號來計算間隙偏差，并根據該間隙偏差使平移機構對吊車吊桿微調平移，進而帶動定位檢測裝置微調平移，使間隙偏差達到設定要求，實現燃料組件在燃料格架中的定位，提高定位精度和定位效率，無需人工定位，避免引入異物及人員墜落等風險，而且，在運機組格架更換后無需排水重新定位、校準，進一步提升在運機組的安全。

綜上所述，本發明提出了一種核電站燃料格架定位裝置及方法，其具有較好的實用效果：從安全角度看，采用水下自動定位的方式及其裝置，可以避免人工踩踏在燃料格架上方目視查看定位帶來的引入異物及人員墜落等風險；在調試階段，采用水下自動定位的方式及其裝置，極大縮短定位時間，使得對機組所有格架進行逐一定位、記錄變得可能，進一步提升在建機組的質量；在調試階段，采用水下自動定位的方式及其裝置，可以避免工作疲勞及視覺誤差導致的精度有限問題，且通過自動定位裝置完成的調整，確保調整的精度性和一致性；從進度角度看，本發明成功解決了乏池格架定位人工時大的問題，PMC調試處于接料和裝料等關鍵路勁上，采用自動定位裝置節約調試關鍵路徑工期，對整個建造工期做出巨大貢獻；在役機組格架更換后也無需排水重新定位、校準，這將進一步提升在運機組的安全；加入視頻引導功能后，不僅通過其完成了初步定位，通過此視頻功能還能發現深度到達4425mm的格架是否存在異物、銹蝕、焊渣等異常情況，進一步提高了機組的質量。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。