快堆核电站中的蒸汽发生器长期工作在高温、高压的恶劣条件下,可能会产生裂纹。这会导致高压蒸汽喷射到高温液态金属钠中,引起剧烈的钠水反应。钠水反应的生成物会腐蚀裂纹,同时反应过程会释放大量的热量,又会加剧钠水反应的进行。这样的恶性循环,将造成严重的核安全事故。所以,必须时刻检测蒸汽发生器是否出现了泄漏,以保证快堆核电站的安全。为此本文研究一种基于涡街电磁感应原理的钠中气泡探测器,具体研究工作和创新点如下:(1)研究和设计钠中气泡探测器的传感器,分析其工作原理。研制了钠中气泡探测器的硬件电路系统。进行钠中气泡探测实验,采集不同钠流量下、不同注气流量时钠中气泡探测器传感器输出的信号。提出采用水代替液态金属钠进行模拟实验的方案,进行水中气泡探测实验,为研究钠中气泡探测的信号处理方法提供了有效的辅助手段。(2)从幅值的角度出发研究钠中气泡探测信号处理方法。由水中气泡探测器传感器输出的信号出发,提出采用极值反映信号幅值的变化,把研究气泡对信号幅值的影响转换成研究气泡对传感器输出信号极值的影响,采用统计学的方法对信号的极值进行建模。根据水中气泡探测器传感器输出信号的统计学模型,提出了基于峰峰值标准差的钠中气泡探测信号处理方法。(3)从信号波形的角度出发研究钠中气泡探测信号处理方法。由钠中气泡探测器传感器输出的信号出发,把研究气泡对传感器输出信号的影响转换成研究气泡对传感器输出信号波形变化规律的影响。传感器输出信号的相邻两个周期信号的相似程度会受到气泡的影响,因此,采用相关系数识别相邻两个周期信号的相似程度。分别计算不同注气流量下传感器输出信号的相关系数,并对计算结果进行统计建模分析。根据模型的分析结果,提出了基于相关系数的钠中气泡探测信号处理方法。(4)从频域的角度出发研究钠中气泡探测信号处理方法。由钠中气泡探测器传感器输出的信号出发,把研究气泡对传感器输出信号的影响转换成研究气泡对传感器输出信号的频率计算结果的影响。对于钠中含有气泡的情况,选用不同时间长度的信号计算传感器输出信号的频率时,频率变化范围差异比较明显。定义了频率波动系数的概念,建立了传感器输出信号的周期个数和频率波动系数的关系曲线模型,可以方便地确定计算频率波动系数所需使用的信号周期个数,以突显气泡对传感器输出信号的频率波动系数的影响,并提出了基于频率波动系数的钠中气泡探测信号处理方法。(5)从信号组成成分的角度出发研究钠中气泡探测信号处理方法。由钠中气泡探测器传感器输出的信号出发,把研究气泡对传感器输出信号的影响转换成研究气泡对传感器输出信号的组成成分的影响。定义了传感器输出信号的基线,用于反应气泡噪声信号,这样,传感器输出信号的模型就可以看作是由流量信号和气泡噪声信号组成。当钠中不含气泡时,传感器输出的信号近似为流量信号。当钠中有气泡时,传感器输出的信号中的气泡噪声信号会随着注气流量的增大而更明显。所以,流量信号在传感器输出信号中所占的比重的会随着钠中气泡含量的增多而减小。因此,研究了气泡噪声信号的提取,定义了传感器输出信号能量比值的概念,并提出了基于能量比值的钠中气泡探测信号处理方法。(6)分别把基于峰峰值标准差的钠中气泡探测信号处理方法和基于相关系数的钠中气泡探测信号处理方法在基于DSP的钠中气泡探测器的变送器上实时实现,形成完整的实验样机,进行实时验证实验。验证结果表明,两者可检测的钠中最小注气流量为0.66L/min,即可探测蒸汽发生器中水的最小泄漏速率为0.1g/s。分别研究了基于频率波动系数的钠中气泡探测信号处理方法和基于能量比值的钠中气泡探测信号处理方法的实时实现方案,并对实时实现方案进行了验证。验证结果表明,两者可检测的钠中最小注气流量也为0.66L/min,即可探测蒸汽发生器中水的最小泄漏速率也为0.1g/s。