АДАПТИВНЫЙ ДАТЧИК ПОВЕРХНОСТНОЙ АЛЬФА-ЗАГРЯЗНЕННОСТИ Российский патент 2023 года по МПК G01T1/167 

Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано при изготовлении тепловыделяющих элементов (твэлов) и тепловыделяющих сборок (ТВС) на этапе определения поверхностной альфа-загрязненности, в частности, в условиях конвейерного производства ядерного топлива.

При контроле поверхностной альфа-загрязненности очень важно выдержать требуемую дистанцию между рабочей поверхностью измерительного преобразователя и поверхностью контролируемого объекта.

При контроле поверхностей сложной формы существующими датчиками достоверность контроля существенно снижается из-за локального увеличения расстояния между поверхностями датчика и объекта (оптимальная дистанция 3-5 мм).

Известен адаптивный датчик на основе чувствительного полевого прибора, содержащий структуру «металл-диэлектрик-полупроводник» с полупроводниковой подложкой и подвижным проводящим электродом на консоли, включающей слои с различными коэффициентами термического расширения, при этом на подложке на расстоянии не более ширины области пространственного заряда от края электрода расположен затвор и р-n переход для ввода электрического сигнала (Патент РФ №2511203, Заявка: 2012132613/28 от 31.07.2012. МПК: G01С 19/56 - прототип).

Недостатком известного термочувствительного полевого прибора является то, что выходной сигнал, который генерируется датчиком, зависит от неоднородного, сравнительно медленно меняющегося фона, что не позволяет обеспечить высокую чувствительность и быстродействие датчика, отсутствие возможности тонкой настройки датчика для конкретных условий, применительно к контролируемой поверхности, прямо в процессе работы.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании адаптивного датчика и повышения его чувствительности, точности измерения и быстродействия.

Для решения задачи контроля альфа-загрязненности объекта сложной формы предлагается следующее решение:

- используется гибкий сцинтиллятор на основе тонкой пленки;

- применяются миниатюрные, полупроводниковые фотоэлектронные преобразователи;

- используются фотоконцентраторы в виде усеченных пирамид, которые соединены со штоками актюаторов и между собой шарнирно, могут ими поворачиваться и перемещаться линейно;

- корпуса актюаторов на шарнирах закреплены на неподвижном основании.

Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный адаптивный датчик поверхностной альфа-загрязненности, содержащий сцинтиллятор, фотоэлектронный умножитель и основание, согласно изобретению, дополнительно снабжен управляемыми актюаторами и многостепенными шарнирными устройствами, при этом сцинтиллятор выполнен в виде гибкой и тонкой пленки, контактирующей с оптическими концентраторами, выполненными в виде усеченных пирамид, в усеченных вершинах которых размещены фотоэлектронные преобразователи на полупроводниковых структурах, предпочтительно, кремниевых, причем упомянутые оптические концентраторы, в зоне стыковки с сцинтиллятором, по углам связаны друг с другом многостепенными шарнирными устройствами, при этом между основанием датчика и шарнирными устройствами размещены управляемые актюаторы, штоки которых соединены с многостепенными шарнирами, при этом корпуса связаны шарнирно с узлами на основании, причем актюаторы оснащены датчиками положения штоков.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема датчика (вид сбоку), на фиг. 2 представлена схема датчика (вид спереди), на фиг. З показана конфигурация датчика для контроля ребра чехловой трубы ТВС, на фиг. 4 представлена конфигурация датчика контроля стыковочного патрубка ТВС, на фиг. 5 показана схема возможного применения датчика.

На схемах обозначено:

1 - гибкий сцинтиллятор;

2 - фотоконцентратор;

3 - фотонный преобразователь;

4 - актюаторы;

5 - основание;

6 - узел крепления шарнира корпуса актюатора;

7 - ребро чехловой трубы ТВС (объект контроля);

8 - стыковочный патрубок ТВС цилиндрической формы (объект контроля);

9 - объект контроля;

10 - реечный механизм (направляющая);

11 - подвижная каретка;

12 - 2D-сканер;

13 - датчик альфа-излучения адаптивный;

14 - блок управления (БУ).

Адаптивный датчик поверхностной альфа-загрязненности содержит гибкий сцинтиллятор 1, фотоэлектронный умножитель и основание 5 Дополнительно снабжен управляемыми актюаторами 4 и многостепенными шарнирными устройствами 6. Сцинтиллятор 1 выполнен в виде гибкой и тонкой пленки, контактирующей с оптическими концентраторами, выполненными в виде усеченных пирамид. В усеченных вершинах которых размещены фотоэлектронные преобразователи на полупроводниковых структурах, предпочтительно, кремниевых. Оптические концентраторы, в зоне стыковки с сцинтиллятором, по углам связаны друг с другом многостепенными шарнирными устройствами 6. Между основанием датчика и шарнирными устройствами размещены управляемые актюаторы 4, штоки которых соединены с многостепенными шарнирными устройствами 6, при этом корпуса связаны шарнирно с узлами на основании, причем актюаторы оснащены датчиками положения штоков.

Предложенный датчик может быть использован следующим образом.

Гибкий тонкопленочный сцинтиллятор 1 при помощи прозрачного клея крепится к приемным окнам оптических концентраторов (фотоконцентраторов) 2, соединенных между собой шарнирными сочленениями 6, одновременно соединенными со штоками актюаторов 4.

Выходные окна оптических концентраторов соединены с входными окнами фотонных преобразователей, реализованных на кремниевых структурах (например: детектор альфа-излучения SA-20-2 Canberra Industries, США; детектор гамма-излучение R800 Coliy Technology GmbH, Германия; детектор рентгеновских лучей R10800340 VELP Scientifica, Италия).

Корпуса актюаторов шарнирно закреплены в корпусе, а положение штока каждого актюатора определяется встроенным датчиком.

Управляя актюаторами, возможно установить требуемую форму рабочей поверхности датчика, адаптированную для контроля объекта. На рисунке 3 представлена конфигурация для контроля поверхности ребра чехловой трубы ТВС 7 с прилегающими частями грани при их взаимном перемещении с заданной скоростью. 2D-сканер 12 и датчик альфа-излучения 13 размещаются на подвижной каретке 11, на расстоянии Lo друг от друга. Каретка 11 перемещается относительно объекта контроля 9 с известной скоростью При помощи 2D-сканера 12, зона вертикального санирования которого соответствует высоте рабочего окна датчика альфа-излучения 13, формируется профилограмма поверхности объекта. По данной профилограмме, блок управления 14 формирует сигналы управления на актюаторы датчика для его конфигурирования. К моменту похода сканера к объекту контроля 9, для которого построена профилограмма, конфигурация датчика должна быть завершена.

Таким же образом возможно построение профиля датчика для контроля поверхности объекта любой сложной формы и с последующим контролем.

Использование предложенного технического решения позволит создать адаптивный датчик поверхностной альфа-загрязненности с повышенной чувствительностью, точностью измерения и быстродействия.

Изобретение относится к атомной энергетике. Адаптивный датчик поверхностной альфа-загрязненности содержит гибкий сцинтиллятор на основе тонкой пленки, миниатюрные полупроводниковые фотоэлектронные преобразователи, фотоконцентраторы, выполненные в виде усеченных пирамид, соединенные со штоками актюаторов и между собой шарнирно, а также выполненные с возможностью поворота и линейного перемещения, корпуса актюаторов, связанные шарнирно с узлами на основании, при этом актюаторы оснащены датчиками положения штоков. Технический результат – повышение чувствительности, точности измерения и быстродействия датчика. 5 ил.

Адаптивный датчик поверхностной альфа-загрязненности, содержащий сцинтиллятор, фотоэлектронный умножитель и основание, отличающийся тем, что дополнительно снабжен управляемыми актюаторами и многостепенными шарнирными устройствами, при этом сцинтиллятор выполнен в виде гибкой и тонкой пленки, контактирующей с оптическими концентраторами, выполненными в виде усеченных пирамид, в усеченных вершинах которых размещены фотоэлектронные преобразователи на полупроводниковых структурах, предпочтительно кремниевых, причем упомянутые оптические концентраторы, в зоне стыковки с сцинтиллятором, по углам связаны друг с другом многостепенными шарнирными устройствами, при этом между основанием датчика и шарнирными устройствами размещены управляемые актюаторы, штоки которых соединены с многостепенными шарнирами, при этом корпуса связаны шарнирно с узлами на основании, причем актюаторы оснащены датчиками положения штоков.