一种用于内流场光学测量的折射率补偿方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于内流场光学测量的折射率补偿方法及系统，涉及光学测量领域，方法包括：测量激光束不通过有机玻璃标定盒时的光斑位置；将高频激光器发出的激光垂直于有机玻璃温度标定盒外表面射入盒内，穿过薄壁圆管非直径的弦；使用高速相机拍摄激光光斑位置，通过同步器将激光器和高速相机同步，在某个温度下同步拍摄多张光斑照片；在服务器上通过图像处理技术批量处理所拍摄的光斑图像，获得光斑中心位置；与激光束参考位置对比得到激光束的水平位移；测量碘化钠水溶液的温度；建立水平位移和碘化钠水溶液的温度线性关系式；根据线性关系式确定最佳折射率补偿温度。本方法提高了最佳折射率补偿温度的测量精度。高了最佳折射率补偿温度的测量精度。高了最佳折射率补偿温度的测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于内流场光学测量的折射率补偿方法及系统


[0001]本专利技术涉及光学测量领域，尤其涉及一种用于内流场光学测量的折射率补偿方法及系统。

技术介绍

[0002]目前，核反应堆压力容器和燃料组件几何复杂，内部流场测量困难。核反应堆压力容器的作用是包容反应堆冷却剂，构成冷却剂压力边界，通常为核级不锈钢制压力容器，由入口管道、入口管嘴、半球壳形上封头、圆环形筒体、半球壳形下封头、圆环形吊篮、堆芯、出口管嘴、出口管道等部件组成。在上下封头内部存在下支撑板、支撑柱、控制棒驱动机构、仪表导管等复杂结构，用于支撑、控制和检测堆芯及其运行状态。
[0003]在现有技术中，没有测试碘化钠水溶溶液与有机玻璃最佳折射率补偿温度的技术，而最佳折射率补偿温度是碘化钠水溶溶液与有机玻璃折射率补偿技术的关键。因为有机玻璃的折射率对光源波长、温度敏感，碘化钠水溶液的折射率还与碘化钠的质量分数有关。
[0004]测量最佳折射率补偿温度的方法通常有反射法和折射法两种。反射法利用固体和液体的折射率差异，使用激光器发射激光，射入浸泡在液体中的固体表面，使用激光功率计测量固体表面的反射光强度；调节试验温度，当反射光强度降低到零时，即认为该温度是最佳折射率补偿温度。该方法对反射光测量仪器灵敏度和误差要求很高，当反射光强度较小时，难以准确测量。因此，该方法测量误差较大，难以准确获得最佳折射率补偿温度。

技术实现思路

[0005]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提高最佳折射率补偿温度的测量精度。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种用于内流场光学测量的折射率补偿方法，包括：
[0007]测量激光束不通过有机玻璃标定盒时的光斑位置，作为激光束沿直线传播的参考位置；
[0008]将高频激光器发出的激光垂直于有机玻璃温度标定盒外表面射入盒内，穿过薄壁圆管非直径的弦；
[0009]使用高速相机拍摄激光光斑位置，通过同步器将激光器和高速相机同步，在某个温度下同步拍摄多张光斑照片；
[0010]在服务器上通过图像处理技术批量处理所拍摄的光斑图像，获得光斑中心位置；
[0011]与激光束参考位置对比得到激光束的水平位移；
[0012]测量碘化钠水溶液的温度；
[0013]建立水平位移和碘化钠水溶液的温度线性关系式；
[0014]根据线性关系式确定最佳折射率补偿温度。
[0015]进一步地，所述方法还包括：调节标定盒内质量分数为W的碘化钠水溶液温度，从
而调节碘化钠水溶液和有机玻璃的折射率差异，使通过薄壁圆管的激光束发生不同的水平位移，获得多个温度下激光束的水平位移，其中0.63≤W≤0.64。
[0016]进一步地，所述方法还包括：拟合位移与温度的线性关系式，求出水平位移为零时的温度，水平位移为零时的温度为最佳折射率补偿温度。
[0017]进一步地，高速相机的空间分辨率为1个像素20微米。
[0018]进一步地，所述多张光斑照片包括1000张光斑照片。
[0019]进一步地，所述方法还包括：在20
‑
50℃范围内每隔0.3℃设置一个温度测点，温度测点数量提高至100个点。
[0020]进一步地，所述方法还包括：在527nm波长的激光和20
‑
50℃范围内，测量与有机玻璃的最佳折射率补偿温度，通过所测量的100个实验数据点的水平位移和温度数据，拟合线性函数得到最佳折射率补偿温度。
[0021]进一步地，所述方法还包括：光斑中心位置测量误差为1个像素，相对于光斑的水平位移范围200像素，误差为0.5％，在20
‑
50℃范围内对应的温度误差为0.15℃，热电偶温度测量误差为0.1℃，线性函数拟合误差为0.2％，在20
‑
50℃范围内对应的温度误差为0.06℃，最佳折射率补偿温度的综合不确定性为0.19℃。
[0022]进一步地，所述方法还包括：使用像素尺寸为7.4微米的高速相机，将光斑中心位置的测量精度提高到0.2％，在20
‑
50℃范围内对应的温度误差为0.06℃，最佳折射率补偿温度的综合不确定性为0.13℃。
[0023]本专利技术还提供了一种用于内流场光学测量的折射率补偿系统，包括服务器、高频激光器、高速相机、同步器、内置有机玻璃薄壁圆管的有机玻璃温度标定盒、电磁搅拌器、光屏；
[0024]有机玻璃标定盒上法兰安装了电加热棒和热电偶，与电磁搅拌器一起控制和测量标定盒内的碘化钠水溶液温度，使碘化钠水溶液和有机玻璃薄壁圆管的温度达到均匀温度状态。
[0025]技术效果：
[0026]1、选择碘化钠水溶液质量分数在0.63
‑
0.64范围内，能够在全年天气温度0
‑
50℃内实现高精度的折射率补偿；
[0027]2、利用折射率微小差异将激光束产生较大的水平位移、并利用高速相机拍摄光斑，测量最佳折射率补偿温度的方法，将测量精度提高至0.1
‑
0.2℃范围，实现了高精度的折射率补偿。
[0028]以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。
附图说明
[0029]图1是本专利技术的一个较佳实施例的最佳折射率补偿温度测量系统的主视图；
[0030]图2是本专利技术的一个较佳实施例的最佳折射率补偿温度测量系统的俯视图；
[0031]图3是本专利技术的一个较佳实施例的最佳折射率补偿温度测量结果示意图。
具体实施方式
[0032]以下参考说明书附图介绍本专利技术的多个优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
[0033]在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本专利技术并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
[0034]在现有技术中，核反应堆压力容器和燃料组件几何复杂，内部流场测量困难。核反应堆压力容器的作用是包容反应堆冷却剂，构成冷却剂压力边界，通常为核级不锈钢制压力容器，由入口管道、入口管嘴、半球壳形上封头、圆环形筒体、半球壳形下封头、圆环形吊篮、堆芯、出口管嘴、出口管道等部件组成。在上下封头内部存在下支撑板、支撑柱、控制棒驱动机构、仪表导管等复杂结构，用于支撑、控制和检测堆芯及其运行状态。
[0035]通常，百万千瓦压水堆的压力容器直径约4米、高度约10米。例如美国西屋公司AP1000压力容器和俄罗斯国家原子能公司VVER压力容器；冷却剂通过压力容器进口管道经过入口管嘴进入压力容器，沿着压力容器内壁面和吊篮外壁面之间的下降段向下流动，进入下封头。在涡流抑制板、流量分配群或整流罩等下封头内结构件的作用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于内流场光学测量的折射率补偿方法，其特征在于，包括：测量激光束不通过有机玻璃标定盒时的光斑位置，作为激光束沿直线传播的参考位置；将高频激光器发出的激光垂直于有机玻璃温度标定盒外表面射入盒内，穿过薄壁圆管非直径的弦；使用高速相机拍摄激光光斑位置，通过同步器将激光器和高速相机同步，在某个温度下同步拍摄多张光斑照片；在服务器上通过图像处理技术批量处理所拍摄的光斑图像，获得光斑中心位置；与激光束参考位置对比得到激光束的水平位移；测量碘化钠水溶液的温度；建立水平位移和碘化钠水溶液的温度线性关系式；根据线性关系式确定最佳折射率补偿温度。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：调节标定盒内质量分数为W的碘化钠水溶液温度，从而调节碘化钠水溶液和有机玻璃的折射率差异，使通过薄壁圆管的激光束发生不同的水平位移，获得多个温度下激光束的水平位移，其中0.63≤W≤0.64。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：拟合位移与温度的线性关系式，求出水平位移为零时的温度，水平位移为零时的温度为最佳折射率补偿温度。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，高速相机的空间分辨率为1个像素20微米。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多张光斑照片包括1000张光斑照片。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在20
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50℃范围内每隔0.3℃设置一个温度测点，温度测点数量提...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲文海，熊进标，王瀚宇，谢浩，刘晓晶，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：