CN109256225A - 一种核电站安全壳衬里缺陷检测系统、方法以及执行装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电站安全壳衬里缺陷检测系统、方法以及执行装置，执行装置包括：驱动系统，驱动执行装置在安全壳内移动；缺陷识别系统，在执行装置移动到安全壳衬里的不同位置处时输出相同的频率测试信号到安全壳衬里，并实时检测从安全壳衬反馈回来的频率反馈信号以用于与正常频率阈值进行比较从而识别安全壳衬里的缺陷区域；缺陷标记系统，对缺陷区域的缺陷轮廓进行标记；图像采集系统，获取包含了被标记的缺陷轮廓的缺陷图片以用于对缺陷区域进行缺陷分析。因对衬里缺陷的判定进行标准化处理，消除了人为判断的不确定性，缺陷轮廓更清晰，方便缺陷面积计算和对缺陷演变的跟踪，检测自动化实现，减少人力和辐射风险，覆盖更大的检查范围。

Description

一种核电站安全壳衬里缺陷检测系统、方法以及执行装置

技术领域

本发明涉及核电站调试领域，尤其涉及一种核电站安全壳衬里缺陷检测系统、方法以及执行装置。

背景技术

安全壳作为为防止放射性物质外泄，是在放射性物质(裂变产物)和环境之间设置的三道屏障之一。带有钢衬里的混凝土安全壳的整体密封性能主要依靠钢衬里保证。因此钢衬里的缺陷检查是安全壳试验的重要组成部分之一，而在钢衬里的各种缺陷中，钢衬里和安全壳混凝土之间的空鼓检查是在检查中最为关注的指标之一。

目前针对安全壳的钢衬里的检查，对钢衬里的各类缺陷，包括钢衬里和混凝土之间的空鼓、钢衬里焊缝的缺陷、钢衬里的局部锈蚀、以及其他钢衬里的缺陷进行目视检查。各类缺陷中对空鼓最为关注，针对空鼓目前主使用木槌要通过人工在钢衬里表面进行敲击并通过不同的声音进行检查，以判断钢衬里和混凝土之间是否存在空隙，确认空鼓的大致范围并使用记号笔等进行标记，并在试验后以及整个机组的寿期内进行跟踪。这种通过人工敲击的方式进行检查，主要存在以下几点的技术不足：

1)人为判断的局限性。每个空鼓的确定和边界的划分带有人为判读的局限性，对缺陷的判定和边界的划分存在不可避免的主观局限性，每个人对声音反馈的判断和边界的具体判定存在差异，可能导致不一致的意见；

2)检查结果记录不精确。目前通过人工检查的方式在现场的钢衬里上可以做出缺陷的轮廓，但在将缺陷记录存档的过程中，同样通过在记录纸上手绘的方式对缺陷进行挞图，不能准确反映现场的真实情况。

3)空鼓缺陷面积计算的偏差较大。由于现有方法对每个空鼓的轮廓的确定不是十分清晰，加之空鼓的几何形状不规则等原因，而现有方法在计算缺陷面积是对所有缺陷都近似的做椭圆近似假设，使得每个空鼓缺陷的面积计算存在较大的偏差，导致最终空鼓占比率的计算存在相当大的偏差。

4)试验过程中的试验人员辐射防护风险。安全壳钢衬里的空鼓等缺陷的演变，是需要在核电站运行的整个寿期内进行关注的重要指标，在机组运行前的调试启动阶段的检查可以不考虑辐射防护的风险，但是后续机组大修阶段的检查，不可避免的要考虑试验人员的辐射防护风险，而空鼓等缺陷存在的主要区域存在于贯穿件集中的0m环廊等区域均未辐射剂量率相对较高的区域。机组在役期间的各项检查中，安全壳钢衬里空鼓检查中，势必需要考虑检查人员的辐射防护风险。

5)检查区域受限。无论在机组调试阶段还是在役期间的试验均存在人员不便到达的区域，包括穹顶、高于人员可接触的区域等，这样的区为现有手段难以到达的区域，但这样区域的钢衬里情况有可能是我们所关心的，这样区域随机组寿期的演变可能变化较为显著，但囿于现有的检查手段，难于长期有效观测。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种核电站安全壳衬里缺陷检测系统、方法以及执行装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种安全壳衬里缺陷检测执行装置，所述执行装置包括：

驱动系统，用于驱动整个所述执行装置在所述安全壳内移动；

缺陷识别系统，用于在所述执行装置移动到所述安全壳衬里的不同位置处时输出相同的频率测试信号到所述安全壳衬里，并实时检测从所述安全壳衬反馈回来的频率反馈信号以用于与正常频率阈值进行比较从而识别所述安全壳衬里的缺陷区域；

缺陷标记系统，用于对所述缺陷区域的缺陷轮廓进行标记；

图像采集系统，用于获取包含了被标记的缺陷轮廓的缺陷图片以用于对所述缺陷区域进行缺陷分析。

优选的，所述执行装置还包括超声波测厚仪，用于测量缺陷区域处的安全壳衬里的厚度。

优选的，所述执行装置还包括陀螺仪，用于获取所述执行装置的位置信息以便于记录所述执行装置的运行轨迹。

优选的，所述执行装置还包括数据通信模块，用于与安全壳衬里缺陷检测分析装置通信，将所述执行装置移动过程中的位置信息、频率反馈信号、缺陷图片以及安全壳衬里的厚度数据上传至所述分析装置以进行缺陷分析以及存储相关数据。

优选的，所述驱动系统为爬行机构，所述安全壳衬里的材料为钢材料，所述缺陷检测执行装置还包括金属吸附装置，用于将整个所述执行装置吸附到所述安全壳衬里表面上。

优选的，所述驱动系统为爬行机构，所述缺陷检测执行装置通过吸真空的方式附着在所述安全壳衬里表面上。

优选的，所述驱动系统为飞行机构。

本发明还要求保护一种安全壳衬里缺陷检测系统，用于对安全壳衬里进行缺陷检测，所述检测系统包括安全壳衬里缺陷检测分析装置和如上所述的执行装置，所述分析装置包括：

缺陷分析模块，用于对缺陷区域进行缺陷分析，所述缺陷分析包括对所述缺陷图片进行处理以确定缺陷轮廓，并计算缺陷轮廓对应的缺陷区域的面积；

缺陷数据记录模块，用于存储所述执行装置上传的各个缺陷区域相关的数据。

优选的，所述缺陷表面积计算模块具体用于对所述缺陷图片进行轮廓提取以确定缺陷轮廓，通过积分方式计算缺陷轮廓对应的缺陷区域的面积。

本发明还要求保护一种安全壳衬里缺陷检测方法，包括：

在所述安全壳衬里的不同位置处输出相同的频率测试信号到所述安全壳衬里，并实时检测从所述安全壳衬反馈回来的频率反馈信号以用于与正常频率阈值进行比较从而识别所述安全壳衬里的缺陷区域；

对缺陷区域的缺陷轮廓进行标记；

获取包含了被标记的缺陷轮廓的缺陷图片以用于对缺陷区域进行缺陷分析。

本发明的核电站安全壳衬里缺陷检测系统、方法以及执行装置，具有以下有益效果：本发明对安全壳钢衬里缺陷的判定进行标准化处理，消除了人为判断的不确定性性，在明确的判断标准下，使得缺陷的轮廓清晰；标记缺陷轮廓，方便后续的缺陷面积准确计算和后续对缺陷演变的跟踪；缺陷的检测自动化实现，减少人力投入、减少在役期间检查工作的辐射防护风险，对现有检查范围的拓展，可以到达目前检查手段无法到达的检测区域，可以覆盖更大的检查范围，使得对安全壳钢衬里检查的一手资料的获得更为全面；进一步地，通过积分计算缺陷区域面积，所以即使是不规则形状缺陷也可以获得较为精确的结果、避免近似计算造成的误差或偏差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是本发明安全壳衬里缺陷检测系统的结构框图；

图2是本发明安全壳衬里缺陷检测方法的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本发明总的思路是：利用安全壳衬里缺陷检测执行装置在安全壳内移动并进行缺陷检测以获取相关数据，利用缺陷检测分析装置对所述缺陷检测执行装置获取的数据进行缺陷分析以及存储记录。其中，所述执行装置包括：驱动系统，用于驱动整个所述执行装置在所述安全壳内移动；缺陷识别系统，用于在所述执行装置移动到所述安全壳衬里的不同位置处时输出相同的频率测试信号到所述安全壳衬里，并实时检测从所述安全壳衬反馈回来的频率反馈信号以用于与正常频率阈值进行比较从而识别所述安全壳衬里的缺陷区域；缺陷标记系统，用于对所述缺陷区域的缺陷轮廓进行标记；图像采集系统，用于获取包含了被标记的缺陷轮廓的缺陷图片以用于对所述缺陷区域进行缺陷分析。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参看图1，本发明的安全壳衬里缺陷检测系统包括安全壳衬里缺陷检测执行装置1和全壳衬里缺陷检测分析装置2，执行装置1可以在安全壳内移动并进行缺陷检测以获取相关数据，分析装置2对所述执行装置1获取的数据进行缺陷分析以及存储记录。执行装置1和分析装置2两者之间通过无线或有线方式实现通讯和控制，本实施例中，执行装置1和分析装置2两者之间优选为无线通讯方式连接，可以理解的是，执行装置1和分析装置2两者也可以一体化实现，例如将分析装置2以软件模块或者硬件的方式直接集成到执行装置1内部。

本发明中，执行装置1包括驱动系统11、缺陷识别系统12、缺陷标记系统13以及图像采集系统14。其中：

驱动系统11用于驱动整个所述执行装置1在所述安全壳内移动。优选的，驱动系统11还可以配备多普勒探头实现障碍识别和避让等。

缺陷识别系统12用于在所述执行装置1移动到所述安全壳衬里的不同位置处时输出相同的频率测试信号到所述安全壳衬里，并实时检测从所述安全壳衬反馈回来的频率反馈信号以用于与正常频率阈值进行比较从而识别所述安全壳衬里的缺陷区域。

缺陷标记系统13用于对缺陷区域的缺陷轮廓进行标记，方便后续的缺陷面积的准确计算和后续对缺陷演变的跟踪，本实施例中，具体的，缺陷标记系统13可以采用小型喷墨打印机。

图像采集系统14用于获取包含了被标记的缺陷轮廓的缺陷图片以用于对缺陷区域进行缺陷分析。优选的，针对确定的缺陷轮廓，图像采集系统14还可通过录制视频音影的方式进行记录。

优选的，所述执行装置1还包括陀螺仪，用于获取所述执行装置1的位置信息以便于记录所述执行装置1的运行轨迹。

在其他实施例中，优选的，所述缺陷检测执行装置1还包括超声波测厚仪，用于测量缺陷区域处的安全壳衬里的厚度。例如，在确定了缺陷轮廓后，可以移动到缺陷轮廓的中心位置，然后通过超声波测厚仪测量厚度数据。

为了实现执行装置1和分析装置2两者之间的通讯，本实施例中，执行装置1还包括数据通信模块15，数据通信模块15用于与分析装置2通信，将所述执行装置1移动过程中的位置信息、频率反馈信号、缺陷图片和视频音影、安全壳衬里的厚度数据等各种数据上传至所述分析装置2以进行缺陷分析以及存储相关数据。具体的，数据通信模块15可包括蓝牙模块、WIFI模块等任一或者任意通信模块的组合，蓝牙模块可采用极低功耗的BLE蓝牙短距离无线传送技术。当数据通信模块15包括多种通信模块的组合时，可以根据分析装置2的信号接收采用哪种方式而自动的切换成哪个通信模块进行工作。

更具体的，所述驱动系统11可以选取爬行机构，此时执行装置1需要吸附于安全壳衬里表面上，由于所述安全壳衬里的材料一般都为钢材料，所以执行装置1还可以包括金属吸附装置，用于将整个执行装置1吸附到所述安全壳衬里表面上。比如，金属吸附装置可以是永磁体、电磁铁等。另外，也可以不用设计吸附装置，而是将所述执行装置1通过吸真空的方式附着在所述安全壳衬里表面上。

可以理解的是，所述驱动系统11还可以采用飞行机构，比如无人机，那么此时执行装置1可以不与安全壳衬里表面直接接触。

更具体的，缺陷识别系统12可以包括一个频率信号生成装置和一个频率信号接收装置。频率信号生成装置可以是可以产生连续敲打效果的往复移动装置，比如气缸带动敲击头按照固定频率连续敲打安全壳钢衬里即可产生固定的频率信号，即产生所述频率测试信号。相应的，频率信号接收装置可以采用振动测量装置测量从所述安全壳衬反馈回来的频率反馈信号，本发明缺陷检测所基于的原理是，安全壳钢衬里在正常区域和空鼓区域的振动频率存在差别，所以可以将频率反馈信号与正常频率阈值进行比较，一旦发现超出正常频率阈值，则可以认为当前位置点处存在缺陷。其中，对频率反馈信号与正常频率阈值的比较判断的工作可以由执行装置1自身完成，也可以由分析装置2完成，对此不做限制。

下面介绍两种确定并标记缺陷轮廓的方式。

第一种方式是执行装置1移动的过程中直接确定缺陷轮廓。比如，在缺陷识别系统12在对某个位置点A进行敲击检查时，一旦发现反馈回来的频率反馈信号超出正常频率阈值，则判断位置点A为缺陷点，否则为正常点。如果当前位置点A为缺陷点，则需要对位置点A进行边界检查。边界检查的过程是：对该位置点A四周的所有位置点均进行敲击检查，若紧邻位置点A的位置点B为正常点，则判定位置点A、B之间存在边界，则可以控制缺陷标记系统13在位置点A、B之间进行标记(比如喷墨)，若紧邻位置点A的位置点C为缺陷点，则在位置点A四周的位置点都检查完毕后，对缺陷点C进行与缺陷点A相同的边界检查。优选的，如果移动到某个缺陷点D进行边界检查时发现缺陷点D的四周均为缺陷点，则应该退回来回到上一个缺陷点后再移动到其他的待检查的缺陷点进行边界检查。

第二种方式是执行装置1先按照既定路线移动获取到所有位置点的频率反馈信号上传到分析装置2，然后由分析装置2分析确定缺陷轮廓，比如分析装置2直接将各个位置点反馈回来的频率反馈信号与正常频率阈值进行比较，确定各个位置点为正常点还是缺陷点，通过比较缺陷点的位置信息可以确定哪些缺陷点构成缺陷轮廓，比如每个缺陷点的位置信息由XY两个坐标构成，则可以扫描Y坐标，在扫描过程中，针对每一个Y坐标，再扫描X坐标，找到X坐标的极值，最后所有Y坐标下的X坐标为极值的缺陷点则构成缺陷轮廓。同理，也可以通过扫描X坐标再扫描Y坐标的方式确定缺陷轮廓。确定了缺陷轮廓的缺陷点之后，再控制执行装置1按照分析出来的缺陷轮廓移动并标记(比如喷墨)。

可以理解的是，上述两种方式的实现可以由执行装置1内部软件模块直接分析并控制执行装置1执行相关操作，也可以由执行装置1获取数据反馈给分析装置2后，由分析装置2内部的软件模块进行分析后发送指令控制执行装置1执行相关操作，对此并不做限制。为了避免频繁的数据交互，可以将简单的判断处理(比如判断频率反馈信号是否超出正常频率阈值)交给执行装置1的软件模块执行即可。

其中，所述分析装置2包括：

缺陷分析模块21，用于对缺陷区域进行缺陷分析。所述缺陷分析包括对所述缺陷图片进行处理以确定缺陷轮廓，并计算缺陷轮廓对应的缺陷区域的面积，具体的，对所述缺陷图片进行轮廓提取以确定缺陷轮廓，然后通过积分方式计算缺陷轮廓对应的缺陷区域的面积，如此可以进行较为精确的计算，避免近似计算造成的误差或偏差。优选的，轮廓提取之前，可以对获取到的缺陷图片先后进行灰度处理、二值化处理、滤波处理，以提高轮廓提取的效果。

缺陷数据记录模块22，用于存储所述执行装置1上传的各个缺陷区域相关的数据，这些数据包括：执行装置1移动过程中的位置信息，全部位置点或者仅缺陷点的频率反馈信号的具体数据，缺陷图片和视频音影，厚度数据，等等。

数据通信模块23，用于与数据通信模块15建立通信连接，实现执行装置1和分析装置2两者之间的数据、指令的传输。

本发明还公开了一种安全壳衬里缺陷检测方法，包括：

S201、在所述安全壳衬里的不同位置处输出相同的频率测试信号到所述安全壳衬里，并实时检测从所述安全壳衬反馈回来的频率反馈信号以用于与正常频率阈值进行比较从而识别所述安全壳衬里的缺陷区域。

例如，针对每一个位置点的频率反馈信号，可以将频率反馈信号与正常频率阈值进行比较，一旦发现超出正常频率阈值，则可以认为当前位置点处存在缺陷，该位置点为缺陷点，否则为正常点，缺陷区域即是由连续的多个缺陷点构成的一片区域。

S202、对缺陷区域的缺陷轮廓进行标记,具体可以参考上文中关于两种确定并标记缺陷轮廓的方式部分的介绍。

S203、获取包含了被标记的缺陷轮廓的缺陷图片以用于对缺陷区域进行缺陷分析，存储各个缺陷区域相关的数据。

其中，所述缺陷分析包括：对所述缺陷图片进行处理以确定缺陷轮廓，并计算缺陷轮廓对应的缺陷区域的面积，具体的，对所述缺陷图片进行轮廓提取以确定缺陷轮廓，然后通过积分方式计算缺陷轮廓对应的缺陷区域的面积，如此可以进行较为精确的计算，避免近似计算造成的误差或偏差。优选的，轮廓提取之前，可以对获取到的缺陷图片先后进行灰度处理、二值化处理、滤波处理，以提高轮廓提取的效果。

可以理解的是，上述方法可以基于上述的系统实现，S203中存储的数据包括：执行装置1移动过程中的位置信息，全部位置点或者缺陷点的频率反馈信号的具体数据，缺陷图片和视频音影，厚度数据，等等。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomABBessMemory，RAM)等。

综上所述，本发明的核电站安全壳衬里缺陷检测系统、方法以及执行装置，具有以下有益效果：本发明对安全壳钢衬里缺陷的判定进行标准化处理，消除了人为判断的不确定性性，在明确的判断标准下，使得缺陷的轮廓清晰；标记缺陷轮廓，方便后续的缺陷面积准确计算和后续对缺陷演变的跟踪；缺陷的检测自动化实现，减少人力投入、减少在役期间检查工作的辐射防护风险，对现有检查范围的拓展，可以到达目前检查手段无法到达的检测区域，可以覆盖更大的检查范围，使得对安全壳钢衬里检查的一手资料的获得更为全面；进一步地，通过积分计算缺陷区域面积，所以即使是不规则形状缺陷也可以获得较为精确的结果、避免近似计算造成的误差或偏差。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种安全壳衬里缺陷检测执行装置，其特征在于，所述执行装置包括：

驱动系统，用于驱动整个所述执行装置在所述安全壳内移动；

缺陷识别系统，用于在所述执行装置移动到所述安全壳衬里的不同位置处时输出相同的频率测试信号到所述安全壳衬里，并实时检测从所述安全壳衬反馈回来的频率反馈信号以用于与正常频率阈值进行比较从而识别所述安全壳衬里的缺陷区域；

缺陷标记系统，用于对所述缺陷区域的缺陷轮廓进行标记；

图像采集系统，用于获取包含了被标记的缺陷轮廓的缺陷图片以用于对所述缺陷区域进行缺陷分析。

2.根据权利要求1所述的安全壳衬里缺陷检测执行装置，其特征在于，所述执行装置还包括超声波测厚仪，用于测量缺陷区域处的安全壳衬里的厚度。

3.根据权利要求2所述的安全壳衬里缺陷检测执行装置，其特征在于，所述执行装置还包括陀螺仪，用于获取所述执行装置的位置信息以便于记录所述执行装置的运行轨迹。

4.根据权利要求3所述的安全壳衬里缺陷检测执行装置，其特征在于，所述执行装置还包括数据通信模块，用于与安全壳衬里缺陷检测分析装置通信，将所述执行装置移动过程中的位置信息、频率反馈信号、缺陷图片以及安全壳衬里的厚度数据上传至所述分析装置以进行缺陷分析以及存储相关数据。

5.根据权利要求1所述的安全壳衬里缺陷检测执行装置，其特征在于，所述驱动系统为爬行机构，所述安全壳衬里的材料为钢材料，所述缺陷检测执行装置还包括金属吸附装置，用于将整个所述执行装置吸附到所述安全壳衬里表面上。

6.根据权利要求1所述的安全壳衬里缺陷检测执行装置，其特征在于，所述驱动系统为爬行机构，所述缺陷检测执行装置通过吸真空的方式附着在所述安全壳衬里表面上。

7.根据权利要求1所述的安全壳衬里缺陷检测执行装置，其特征在于，所述驱动系统为飞行机构。

8.一种安全壳衬里缺陷检测系统，用于对安全壳衬里进行缺陷检测，其特征在于，所述检测系统包括安全壳衬里缺陷检测分析装置和如权利要求1-7任一项所述的执行装置，所述分析装置包括：

缺陷分析模块，用于对缺陷区域进行缺陷分析，所述缺陷分析包括对所述缺陷图片进行处理以确定缺陷轮廓，并计算缺陷轮廓对应的缺陷区域的面积；

缺陷数据记录模块，用于存储所述执行装置上传的各个缺陷区域相关的数据。

9.根据权利要求8所述的安全壳衬里缺陷检测系统，其特征在于，所述缺陷表面积计算模块具体用于对所述缺陷图片进行轮廓提取以确定缺陷轮廓，通过积分方式计算缺陷轮廓对应的缺陷区域的面积。

10.一种安全壳衬里缺陷检测方法，其特征在于，包括：

在所述安全壳衬里的不同位置处输出相同的频率测试信号到所述安全壳衬里，并实时检测从所述安全壳衬反馈回来的频率反馈信号以用于与正常频率阈值进行比较从而识别所述安全壳衬里的缺陷区域；

对缺陷区域的缺陷轮廓进行标记；

获取包含了被标记的缺陷轮廓的缺陷图片以用于对缺陷区域进行缺陷分析。