光纤珐珀传感器在核电装置中的应用研究

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核电厂是个复杂且规模庞大的系统,为保障核电站运行生产和核电机组的稳定安全,核电装置监测系统具有重大意义。核电装置环境多存在高温、高压、高辐射、强振动等恶劣条件,电子类传感器虽满足应用需求,但尺寸大、走线多、易受电磁干扰等,使得电子类传感器在应用上存在很多问题。光纤传感器具有尺寸小、抗电磁干扰、电绝缘、损耗低等优点,为探索新的核电装置监测系统提供了新思路。本文为响应核电装置中液体压力和固体力的监测需求,提出了一种高灵敏度、低温度系数的光纤珐珀传感器,并根据光纤珐珀传感器的相关特性开展了应用研究。具体工作如下:(1)开展了光纤珐珀传感器的传感特性、基本特性以及辐照特性的实验研究。针对光纤珐珀传感器的应变和压力两种传感特性,基于传感原理制作了三种结构的珐珀传感器并开展了传感特性的对比测试研究,选择应变灵敏度为15 pm/με和压力灵敏度为123 pm/MPa的增敏型光纤珐珀传感器作为后续开展应用研究的传感器;对基于增敏型光纤珐珀传感器进行了相关特性测试,得出珐珀传感器可响应10 KHz的高频信号,经10~6次疲劳测试其特性良好、具有长期稳定、耐250℃高温和耐100%高湿等特性;并针对增敏型光纤珐珀传感器的抗辐照特性开展了为期13天总剂量达2 MGy的伽马辐照实验,并进行辐照前后灵敏度、波长对比研究,得出传感器辐照实验前后灵敏度未发生较大变化,而波长发生漂移。(2)基于增敏型光纤珐珀传感器特性的实验研究,开展了液体压力和固体力两种类型四种传感器的结构设计和传感特性研究。研究结果表明:液体压力传感器测试精准度达0.8%,并经过为期13天总剂量为2 MGy的伽马辐照,辐照前后灵敏度系数偏差为0.0007,传感器辐照后仍具有较好的传感特性;设计的一维固体力传感器测试精准度达0.5%;设计的二维固体力传感器测试精准度达0.8%,设计的三维固体力传感器三个方向测试精准度高于1%。本论文从结构设计、仿真和实验测试出发,研究了光纤珐珀传感器的一系列特性,并基于其特性开展了相关传感实验研究。基本验证了光纤珐珀传感器在固体力和液体压力测量中应用在核电装置中的可行性,为后期在实际工况的应用奠定了基础。
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