光纤传感技术在核电厂的应用研究

自 动化仪表

PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION

第40卷第6期2019年6月

Vol. 40 No. 6

Jun. 2019

光纤传感技术在核电厂的应用研究

向美琼，刘艳阳，青先国，吴茜，王雪梅,邓志光

(中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术国家级重点实验室，四川 成都610213)

摘 要：对光纤传感技术的优势、原理、分类、发展趋势、已有应用作了分析。光纤传感器具有抗电磁干扰、耐事故能力强、小型化、精 度高等优点，已应用于各行各业，但在核领域还没有应用。国外对光纤传感器在核电厂的应用研究起步早，得出了很多重要结论;而

国内研究晚,研究内容少。结合核电厂的过程参数测量需求与光纤传感器的优势，拟出了光纤传感器在核电厂的应用路线，提出了采 用光纤传感器对堆芯温度、中子通量、一回路温度、压力、流量、液位、管道泄漏和安全壳温度、压力、辐射、湿度、氢气浓度等参数进行 测量的全光系统解决方案。分析了限制光纤传感器在核电厂应用的最大因素，即光纤的辐照损伤效应。提出了几点辐照加固措施，

为后期研究光纤传感器在核电厂的应用提供了思路。

关键词：光纤传感器；全光系统；本质安全；核电厂；过程测量；辐照损伤；辐照加固

中图分类号：TH-89 文献标志码：A DOI ：10.16086/j. cnki. issnl000-0380.2019030072

Research on Application of Optical Fiber Sensing Technology

in Nuclear Power Plant

XIANG Meiqiong,LIU Yanyang,QING Xianguo,WU Qian,WANG Xuemei,DENG Zhiguang

(Science and Technology on Reactor System Design Technology Laboratory ,Nuclear Power Institude of China ,Chengdu 610213,China)

Abstract : The advantages , principles , classification , development trend and existing applications of optical fiber sensing technology

are analyzed. Optical fiber sensors have the advantages of anti-electromagnetic interference , strong accident resistance ,

miniaturization and high precision. They have been applied in various fields , but there is no application in the nuclear field. Foreign research on the application of optical fiber sensors in nuclear power plants started early , and many important conclusions were drawn , while domestic research is late and the research content is less. Combining the process parameter measurement requirements of nuclear power plants with the advantages of optical fiber sensors , the application route of optical fiber sensors in

nuclear power plants is proposed. An all-optical system scheme using optical fiber sensors to measure core temperature , neutron

flux , primary circuit temperature , pressure , flow , liquid level , pipeline leakage and containment temperature , pressure , irradiation

dose , humidity , hydrogen concentration is proposed. The most important factor limiting the application of optical fiber sensors in nuclear power plants, i. e., the radiation damage effect of optical fibers , is analyzed. Some ideas for the later research on the application of fiber optic sensors in nuclear power plants are also provided.

Keywords : Optical fiber sensor ； All-optical system ； Intrinsically safe ； Nuclear power plant ； Process measurement ； Irradiation

damage ； Irradiation reinforcement

0引言

核电厂是一个规模庞大且复杂的系统，需要测量

的参数众多，例如温度、压力、流量、液位、振动、位移、 转速等。传统电学仪表已大量用于核电厂过程参数测

量,但其自身原理决定了其在核电厂应用时存在一定 的局限性,特别是在抗电磁干扰、设备小型化、耐事故

能力等方面的不足，导致了现有仪表性能与核电厂发

展需求之间的矛盾日益突出。

光纤传感技术的研究始于20世纪70年代，是光 电技术领域最活跃的分支之一。作为被测量信号载体

的光波和作为光波传播媒质的光纤，具有一系列独特

的、其他载体和媒质难以相比的优点，例如:具有抗电 磁和原子辐射干扰的性能;径细、质软、质量轻的机械

收稿日期：2019-03-26

作者简介：向美琼(1990-),女,在读硕士研究生，主要从事光纤传感器方向的研究,E-mail ： 1129275059@ qq. com ；

刘艳阳(通信作者)，男,研究员级高级工程师，主要从事核电厂仪表与控制方向的研究,E-mail ：lieu007@ 139. com