GB T 11807-1989 探查松脱零件的音响监测系统的特性、设计和运行程序.pdf

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1、UDC 62 1. 039 - 79 F 87 4缸圃. 1989-11-21发布国国GBl1807 89 E卫回、Acoustic monitoring systems for loose parts detectio -Characteristics, design and operational procedures 1990-07-01实施国家技术监局发布且k中华人民共和国国家标准探查松脱零件的音响监测系统的特性、设计和运行程序Acoustic moni tori ng systems for loose parts detecti on一Cbaracteristics, design

2、 and operational procedures GB 11807-89 本标准参照采用IEC45A(C.0) 114(探查松脱零件的音响监测系统的特性、设计和运行程序)0988年版)。主题内容与适用范围本标准规定了音响监测系统的特性、设计要求和运行程序。本标准适用于轻水准的音响监测系统。音响监测系统用于监测传过堆结构且在反应堆冷却剂包壳外侧可测到的声音，其目的是探查异常事件，特别是由松脱零件引起的金属对金属的撞击事件，如有可能还要确定出这些事件发生的位置。所监测之声音仅限于可听频率范围为30Hz - 20kHzo 本标准以使用压电式加速度传感器探测结构音响这一假设为基础，但也不排除使用

3、其他可代用的敏感元件。z 术语下面给出了在本标准中所使用的术语的定义。2.1 监视Uli域moni to ri ng areas 指处于反应堆冷却剂压力边界范围内零件可能发生松脱或者松脱零件滞留的概率高的区域。2.2 松脱零件loose parts 松零件包括脱落零件、松动零件和外来物体。2.2.1 脱落零件detac hed part s 指那些同反应堆冷却剂中的部件已失去连接因而能被冷却剂所携带的零件。2.2.2 松动零件losened parts 已经松动，但与原来赖以固定的部件仍保持着连酣甘零件。2.3 结构音响structure-horn sound 指在固体中传播的声音。在本标准中

4、结构音响主要是指频率从30Hz-20kHz的声音。2.4 结构音响传感器struct ure-horn sound sensors 把机械信号转变为电信号的变换器，它在反应堆冷却剂压力边界外表面接受音响，该音响是借助于位移、速度或加速度探测到的。注:下文中结构音响传感器被简称为音响传感器。2.5 本底噪声background noise 指反应堆运行期间产生的噪声，这种噪声在无松脱零件时也会有。本底噪声包括恒定本!民噪声和运行相关举一音响事件。2.5.1 1、亘定本底噪声恒定本底噪声由单一音响事件2.5.2 stationary background noise 部分(如冷却剂流动噪声)和确定

5、部分(如依赖于水泵速度的噪声)构成。single sound event 国家技术监督局1989-11-21批准1990-07-01实施l _. . GB 11807-89 单一音响事件是由一个单一事件所造成的结构音响(如松脱零件的撞击，突然降低等)，它叠加在恒定本底噪声之上。2.6 阵发波burst 控制棒的驱动，应力的阵发波是由音响传感器产生的反映音响事件的那部分信号分量，它叠加在恒定本底噪声之上(见图1和图2)。2.7 阵发波I同隔的频率分布burst interval distribution of frequency 指所观察到的各相邻阵发彼之间的时间间隔的频率分布。2.8 阵发波幅

6、度的频度分布burst ampli tude distri bution of f4equency 指所观察到的阵发波最大幅度的频率分布。2.9 滞后时i闯差delay defference 指由一个单一音响事件在不同的结构音响传感器中所产生的阵发波之间的时间差。2.10 系统灵敏度system sensi ti vity 能被系统从本底噪声中分辨出来的音响事件的最低能量。2.11 通带passband 本标准规定任何通带的下界f.和上界fb均为3dB处的频率。s 松脱零件监测技术只要脱落或松动零件撞击了反应堆冷却剂压力边界的内表面或其内部结构，就会有能量传给压力.边界壁，从而导致单一音响事件

7、。本底噪声是由冷却邦U流动，水泵以及固定在反应堆冷却剂压力边界之内或其上的部件所产生的，或在运行操作时所引起的(如阀门动作或控制棒移动)。本底噪声包括恒定本底噪声和运行相关单一音响事件。结构音响被安装在反应堆冷却剂压力边界外侧的传感器所接受。在一个确定的频率范围内对结构音响传感器所测信号的幅度进行监测便可探查出松脱零件。运行人员可以定期地、或在任何时候收听噪声信号。为了整定信号幅度的报警电平，需要使用参考记录。如果报警电乎被超过了，则报警器被触发。如果一起触发报警事件不能被清楚地予以解释，则可将当前信号和被记录的阵发波同参考信号和参考记录加以比较。用于区别脱落零件和松动零件的准则是相关联的单一

8、音响事件的滞后时间差，该时间差是由音响传感器处于不同位置所决定的。在松动零件的情况下，会观察到恒定的滞后时间差，而在脱落零件情况下，滞后时间差会发生变化。典型信号的形状如图1、图2和图3所示。国哥2 图1O.ls 时间一个PWR的控制棒驱动机构所引起的运行相关单一音响事件阵发波的信号形状GB 11807-89 0. , 1. 0V 。l.V 国哥在一个PWR蒸汽发生器进口空间的一个松脱零件、f外来物所引起的阵发波的形状传噩噩离开冲击点的距离图2。.5m13m 5m -EV 国也F恃盛器冲击点传盛器O.5m om 13m 时间b 国昭传睡器a 时间5x lO-s c 图3对BWR压力容器的试验冲

9、击产生的结构音响信号示例注，.-一上测量面高度上的冲击示意，b、c一-.中所示试验冲击阵发波的信号形状。在b中各信号有相同的放大倍数，在c中较远的传感器的信号又经过了后续放大以便能进行阵发波分析的评喻。图4所示的是一种典型系统。在该系统中结构音响传感器(1 )的信号通过宽带前置放大器(2)到达输出级(4)作进一步处理，该输出级是备作连接外部装置用的(见4.3.3条。信号在作了进一步的内部处理之后，干扰信号分量(如泵噪声、电信号拾取等借助于带通滤波器(3)被降低，信号本身由放大器(5 )放犬。信号监测是由一个报警电平监测器(的、一个逻辑元件(10)和内部报警单元(11)所实现的。信号借助于指示器

10、(川、多道记录仪或存贮器(7)和一个音响单元引来显示。信号通道可借助于校准单元(12)来试验或校准。系统还可借助于试验冲击来予以试验。系统各部件在技术上可能或可行的范围内要根据需要安排在可接近的地方。3 4.1 基本结构和设计准则系统的设计和安装必须遵守对特定反应堆所制定的系统仪表和控制手段的有关规定。建议系统能够探测出具有下述参数的松脱零件:质量为O.1-15kg，以0.7J动能撞击反应堆冷却剂压力边界内表面，且撞击点离开传感器的距离小于1m。系统必须具备下述功能(见图4)以便能够连续监测U: 3. 信号获取pb. 信号处理gc. 信号显示gd. 信号监测;e. 较准。系统的设计受传感器灵敏

11、度、放大器士曾益和传感器具体的安装情况等因素的影响Q很难预先指出传感器的安装性能。一般地说，传感器和放大器的设计应达到s传感器处的振动加速度为309(g为重力加速度)时其信号应吻合于1是性放大器在最小增益整定下的最大输出。传感器的安装情况不应引起谐振，从而减少错误报警。在谐振幅度过高的情况下，测量线路的灵敏度必须相应地予以调整。如果被安装的音响传感器的消振频率落在了被监测的频率范围内，建议采用为测量满量程信号而设置的测量单元。系统的设计必须达到至少能处理fa= 1kHzU/b =20kHz的频率范围。一个测量组件同任何其他测量组件的幅频响应函数之差在不接音响传感器时应不大于1dB这一要求对测量

12、组件的各模块也都有效，但不包括可用于补偿音响传感器的模块或校正元件。在监测所用的频率范围之内和动态以域中，幅度的线性误差应小于1dB。全部测量组件的频率响应函数的偏差应处在3dB频带之内。4.2 信号获取4.2.1 音响传感器的选择和安装4 部强磕牛队1 ! 信号监测EJ 1 L_二_J:甲甲甲:脏的报警制操作信患图4松脱零件探测系统原理医l一结构音响传感器;2 前置放大/转换器I3-带通路波器，4 分离信号输出;5 放大器I6指示器，7记录仪或存贮器;8一监听单元I9 报警电、严监测器J10-逻辑兀件s11一内部报警单元，12-校准单元;13一功能试验单元一- _ -GBl1807一l 信号

13、处理l L一_J 外部信号处理-信号在取J 拥川匾向一-寸1111二时-验1-试FU-蠕-g-rt1L L 主I寰国系统要求4 GB 11807-89 应优先选择压电式传感器。应注意所选撑的传感器能承受安装点周围的主要环境条件(如同时暴露于高温和辐射、喷水等)。由于早期报警和诊断系统不需要在异常的环境条件下起作用，因而对承受这种异常环境条件的正规要求不作规定。音响传感器必须安装在反应堆冷却剂压力边界外表面。满足本标准要求且不损害压力容器完整性的所有安装方法(如螺钉连接、磁连接、夹具连接等)都是允许采用的。用在同一个特定系统中的全部音响传感器应具布一致的响应特性。在选择传感器的安装位置时必须考虑

14、下述事项za. 应以确定声振位置为目的，对反应堆冷却剂包壳作一次i啊Jr，b. 音响传感器必须处于监测区域内(如反应堆压力容器下封头和蒸汽发生器入口水室等); c. 音响传感器的安装位置处应具备声音由内部结构向压力边界传播的有%U条件(如压水堆的管座区域、压力容器封头的吊耳上、沸水堆的围筒支撑区以及蒸汽干燥器支撑环区域内)，在这些位置的传感器能探视tl3刻意想不到的非正常情况sd. 音响传感器应易于更换;e. 音响传感器的布置不得影响无损检验sf. 所选位置处的剂量率应尽可能低。对每个监视tl区域，音响传感器的数目和其功能有直接关系P如仅仅是为了查出脱落或松动零件，那么一个传感器就够了(如蒸汽

15、发生器的进口区域)。为了区分出究竟是脱落零件还是松动零件，可能用两个传感器较为合适。当有必要在一个大容积里(如反应堆压力容器内)对脱落和松动零件确定位置时，至少必须使用三只传感器。为了诊断单一音响事件，有可能还需要针对有关设备增设音响传感器，该传感器的信号经处理后直接送到逻辑元件(10)(见图4)，其目的是防止因正常操作振动引起误报警(操作信息通道)。在设备上安装传感器时，不得影响该设备的功能和完整性。为了安装音响传感器，安装位置必须根据计划采用的连接性质作好预先处理。必须保证安装位置有一个学菌，其尺寸至少等于传感器的安装面。表面粗糙度必须和预计的安装类型相适应。此外，螺钉连接和夹具连接必须有

16、防松装置，磁连接要防止滑脱。磁连接法只能用于临时安装。还必须有措施来夹持传感器电缆。安装状态不应严重地受到大气热循环腐蚀和热老化的影响。4.2.2 前置放大器从音响传感器接受的信号应当在前置放大器(或阻抗变换器)里加l2L转换，以使得信号在向信号处理单元传输时尽量不受干扰。前置放大器的设计应考虑安装位置处的主要环境条件。必须正确选择电缆型号、走向和长度以最大限度地降低电干扰，同时还要考虑到安装维修的方便。电缆必须根据环境条件进行设计。如果信号处理单元的放大倍数不能作到连续可调，则前置放大器应当连续可调，以使得各通道互相匹配。上截止频率必须这样选择，使得所安装的传感器的谐振频率能够通过。如果前置

17、放大器是安装在安全壳里头的，则对其可靠性和维修要求应予以特别注意。4.a信号处理4.a.l 概述信号处理单元的功能是:a. 借助于带通滤波来改善信号强度同恒定本底噪声之比gb. 为外部处理l供未经滤饺或滤波后的信号，c. 对信号进行处理，使之便于显示和监测。所有各单元都必须有足够的动态范围以及相应于总要求的频率响应。如果采用数字技术，则对信号处理系统的要求亦必须同样地予以满足。这些要求可以以不同的方式来实现。信号处理单元一般包括下述模块。4.a.2 带通滤波器带通滤波器应满足的最低要求是g5 .-_. GB 11807-89 8. 滤波器陡度:24dB/oct , b. 滤彼器特性曲线顶部线性

18、度:+ 1 dB , C. 通带和截止频率z在4.1条确定的通带范围内选婷。可以通过的幅度范围必须与前置放大器的幅度范围相匹配。4.3.3 信号输出信号输出单元应提供去棋和隔离的输出信号，并能承受短路的考验。信号输出级的设计必须使前置放大器的整个幅度和频率范围得以通过。信号输出必须同数据处理设备相容。4.3.4 显示放大器如果提供了显示放大器，则该显示放大器的放大倍数应可改变，至少可变化囚挡，每挡约10dB。如果信号监测单元同该放大器串联，则信号监测的绝对报警电乎不允许随着放大器的放大倍数的改变而变化。因而建议信号监视y单元直接同带通滤政器连接。4.4信号显示信号显示的功能是:8. 指示本底噪

19、声电平，指示用于功能试验的信号电)F; b. 记录信号以得到解释事件所需的参数。信号的阵发波波形对精确确定上升沿和滞后时间差是特别重要的，正如附录A(参考件)所说明的sC. 使人能借助于听觉来进行主观i平价。在模拟技术中，信号显示单元正常应包括以下将描述的模块。如果采用数字技术，亦应满足同样的要求。4.4.1 均方根(RMS)监测器可以配备用于监测信号RMS值的手段。RMS指示器用来对本底噪声以及功能试验信号作出客观评价。该单元的设计必须达到能够显示所有信号的RMS!i直(例如带有选择开关的RMS伏特表。RMS监测器应满足下述要求za. 频率范围:0.7/. -1. 5 / b (/ .和/b

20、的确定见4.1条), b. 峰值因子2大于5, C. 精度z好于1南刻度的10%，d. 积分时间:1- 5 s。4.4.2 峰值监测可以提供传感器信号峰值的监视l手段。为了评定潜在冲击，可以使用峰值监测器。峰值监测器的设计性能应达到z它能够监测系统通带 t 1期间K，的幅度密度分布(平均一80d 40 60 在to=O到tftl期间K，的幅度密度分布(平均)40 c 国-u.但擎梅州气气吨帽字.kHz 211 10 100 0 20 颇率.kHz 10 。K，的频谱f K，的频谱e 两个监视l通道的恒定本底噪声信号波形和特征函数Al 图附加说明:本标准由中国核工业总公司提出。本标准由核工业部标准化研究所负责起草。本标准的主要起草人王继东。华人民共和国家标准探查松脱零件的音响监测系统的特性、设计和运行程序GB 11807-89 国中事中国标准出版社出版(北京复外三星河)中窗标准出版社北京印刷厂印刷新华书店北京发行所发行各地新华书店经售版权专有不得翻印事印张1字数250001990年11月第次印刷开本880X12301/16 1990年11月第一版印数l一1500, 书号155066-1-7511事标自147一19