一种用于燃料组件位移监测的光纤法珀传感器

1.本实用新型涉及结构健康监测技术领域，特别的涉及一种用于燃料组件位移监测的光纤法珀传感器。


背景技术：

2.核电作为一种高效、环保的清洁能源，减少二氧化碳排放是核电发展的主要目标。确保核电站安全平稳的运行是发展核电的重要基础，而热工水力类型的验证实验为核安全评审的主要内容。有关核反应堆安全检测的内容大概分为堆芯脉动压力的检测、堆芯温度的检测、堆芯中子注量率测量、燃料组件的机械损伤检测和蒸汽发生器的水位检测等等。通过监测燃料组件在工作中产生的位移，可以有效研究燃料组件的机械损伤问题。
3.在现有的位移监测方法中，有三角激光位移传感器、电涡流位移传感器等。然而，上述监测方法中，都存在体积太大、操作不便等问题。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是：如何提供一种体积小巧，操作使用方便，能够实时监测燃料组件的振动损伤情况的用于燃料组件位移监测的光纤法珀传感器。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：
6.一种用于燃料组件位移监测的光纤法珀传感器，其特征在于，包括安装在燃料组件上的管体，所述管体内具有沿轴向设置中心光纤和边沿光纤；所述管体朝内的一端具有封装的玻璃膜片，所述中心光纤和边沿光纤的端部与所述玻璃膜片相接形成传感探头；所述玻璃膜片的端面与燃料组件内部的待测面构成法珀腔；所述中心光纤用于将宽带光源的入射光传输至待测面，所述边沿光纤用于接收并传输由待测面反射的具有腔长信息的光。
7.进一步的，所述中心光纤和边沿光纤组成光纤簇，所述光纤簇的端面具有用于调整光谱特性的光学镀膜。
8.进一步的，所述边沿光纤设置有6根，并沿周向均布在所述中心光纤的周围。
9.进一步的，所述玻璃膜片的端面与燃料组件内部的待测面相互平行设置。
10.进一步的，所述燃料组件包括外壳体，所述外壳体上开设有安装孔，所述管体经所述安装孔穿入所述外壳体内，并密封地固定在所述外壳体上。
11.作为优化，所述管体上具有沿径向突出设置的定位块，所述定位块与所述外壳体固定连接。这样，就可以通过定位块与外壳体的配合控制玻璃膜片与待测面之间的间距。
12.作为进一步优化，所述定位块与所述外壳体采用胶合密封连接。
13.本实用新型的有益效果在于：
14.(1)本实用新型通过监测法珀腔的腔长改变量，实现对燃料组件的位移监测。
15.(2)本实用新型能够实现无损监测，从而对燃料组件结构实施更好地管理和维护。
16.(3)本实用新型相比于其他同类光纤传感器，制作过程不需要光纤熔接的步骤，使
得光纤性能更加稳定可靠。
17.(4)本实用新型所述光纤法珀传感器的光纤簇能够高效地接收反射信号。
18.(5)本实用新型灵敏度高、稳定性强。
19.(6)本实用新型结构简单、体积小巧、适用性强，容易制作，具有广阔的应用前景。
附图说明
20.图1为光纤簇的结构示意图。
21.图2为图1的内部结构示意图。
22.图3为燃料组件与光纤簇的结构示意图。
23.图4为图3的燃料组件的内部结构示意图。
具体实施方式
24.下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
25.具体实施时：如图1～图4所示，一种用于燃料组件位移监测的光纤法珀传感器，包括安装在燃料组件上的管体8，所述管体8内具有沿轴向设置中心光纤1和边沿光纤2；所述管体8朝内的一端具有封装的玻璃膜片9，所述中心光纤1和边沿光纤2的端部与所述玻璃膜片9相接形成传感探头；所述玻璃膜片9的端面与燃料组件内部的待测面构成法珀腔；所述玻璃膜片9的端面与燃料组件内部的待测面相互平行设置。
26.所述边沿光纤2设置有6根，并沿周向均布在所述中心光纤1的周围；所述中心光纤1 和边沿光纤2组成光纤簇，所述光纤簇的端面具有用于调整光谱特性的光学镀膜；所述中心光纤1用于将宽带光源的入射光传输至待测面，所述边沿光纤2用于接收并传输由待测面反射的具有腔长信息的光。
27.在燃料组件外壳11钻个孔10，通过个定位块13将光纤法珀传感器固定在燃料组件外壳上，则传感器底部端面与燃料组件12构成法珀腔，其距离d也即法珀腔的腔长l。当燃料组件12发生振动时，法珀腔腔长l、d发生改变，可以通过光纤法珀传感器测得距离d的变化。
28.本实用新型的工作原理为：
29.以燃料组件为例，输入光源为宽带光。在高温高压的水环境下，燃料组件受到撞击会产生位移，导致燃料片，即待测面，与传感器探头之间的距离d发生改变，该距离l也即光纤法珀传感器的法珀腔。当法珀腔长度发生改变时，传感探头接收到的反射光信号的相位也会发生改变。输入的光信号与反射光信号在光纤簇端面处发生多光束干涉。其中，在低精细度条件下，反射光强可以表示为：
30.ir＝2r(1-cos(4nπl/λ))i031.式中，r为法珀腔端面的反射率，n为法珀腔内的折射率，l为腔长，λ为波长，i0为入射光强。此时，反射光强相对于波长是近似正弦的曲线，周期仅与腔长l有关。在波峰或波谷处，有：
32.4πl/λm＝2mπ,4πl/λm＝(2m-1)π
[0033][0034]
上述为相位解调方法，可以通过光谱的波峰或波谷位置求得腔长l的大小。且腔长
l与待测距离d一致。
[0035]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不以本实用新型为限制，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。


技术特征：
1.一种用于燃料组件位移监测的光纤法珀传感器，其特征在于，包括安装在燃料组件上的管体（8），所述管体（8）内具有沿轴向设置中心光纤（1）和边沿光纤（2）；所述管体（8）朝内的一端具有封装的玻璃膜片（9），所述中心光纤（1）和边沿光纤（2）的端部与所述玻璃膜片（9）相接形成传感探头；所述玻璃膜片（9）的端面与燃料组件内部的待测面构成法珀腔；所述中心光纤（1）用于将宽带光源的入射光传输至待测面，所述边沿光纤（2）用于接收并传输由待测面反射的具有腔长信息的光。2.如权利要求1所述的用于燃料组件位移监测的光纤法珀传感器，其特征在于，所述中心光纤（1）和边沿光纤（2）组成光纤簇，所述光纤簇的端面具有用于调整光谱特性的光学镀膜。3.如权利要求1所述的用于燃料组件位移监测的光纤法珀传感器，其特征在于，所述边沿光纤（2）设置有6根，并沿周向均布在所述中心光纤（1）的周围。4.如权利要求1所述的用于燃料组件位移监测的光纤法珀传感器，其特征在于，所述玻璃膜片（9）的端面与燃料组件内部的待测面相互平行设置。5.如权利要求1所述的用于燃料组件位移监测的光纤法珀传感器，其特征在于，所述燃料组件包括外壳体（11），所述外壳体（11）上开设有安装孔（10），所述管体（8）经所述安装孔（10）穿入所述外壳体（11）内，并密封地固定在所述外壳体（11）上。6.如权利要求5所述的用于燃料组件位移监测的光纤法珀传感器，其特征在于，所述管体（8）上具有沿径向突出设置的定位块（13），所述定位块（13）与所述外壳体（11）固定连接。7.如权利要求6所述的用于燃料组件位移监测的光纤法珀传感器，其特征在于，所述定位块（13）与所述外壳体（11）采用胶合密封连接。

技术总结
本实用新型公开了一种用于燃料组件位移监测的光纤法珀传感器，其特征在于，包括安装在燃料组件上的管体，所述管体内具有沿轴向设置中心光纤和边沿光纤；所述管体朝内的一端具有封装的玻璃膜片，所述中心光纤和边缘光纤的端部与所述玻璃膜片相接形成传感探头；所述玻璃膜片的端面与燃料组件内部的待测面构成法珀腔；所述中心光纤用于将宽带光源的入射光传输至待测面，所述边沿光纤用于接收并传输由待测面反射的具有腔长信息的光。本实用新型具有体积小巧，操作使用方便，能够实时监测燃料组件的振动损伤情况等优点。件的振动损伤情况等优点。件的振动损伤情况等优点。


技术研发人员：朱永 舒俊宏 王宁
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：2022.03.31
技术公布日：2022/8/23