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武
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其中，蒸汽发生器传热管胀管过渡段阵列检验技术研究、基于磁阻传感器的高精度阵列成像电磁检测技术研究、核燃料组件水隙检测技术研究、核电厂智能化机器人巡检系统研究及控制棒导向筒组件（CRGT）检测系统研制等方面研发取得了较好的进展。
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蒸汽发生器传热管胀管过渡段阵列检验技术研究
蒸汽发生器传热管作为一回路压力边界，其设计结构、制造安装工艺及运行环境等所具有的特殊性，易导致传热管胀管过渡段产生一次侧应力腐蚀（PWSCC）、二次侧应力腐蚀（ODSCC）、晶间腐蚀（IGA）等降质缺陷。常规轴绕式涡流探头无法有效检测该区域的潜在缺陷。
该研究主要利用阵列涡流探头的工作原理，采用多路复用电路实现探头各线圈先激励和接收功能的切换，实现磁场在周向及轴向的快速转换。通过轴向和周向线圈的收发式工作原理，可对两个方向的缺陷进行识别，从而达到检测胀管过渡段缺陷的目的。
2023年，重点实验室对模拟的蒸汽发生器传热管胀管过渡段试验管进行了检测试验。通过设计多排点式线圈组成的阵列探头对试验管上的3 mm和6 mm等不同长度的周向槽、轴向槽及直径为0.5 mm和0.7 mm等尺寸的平底孔类等缺陷进行了检测验证。试验结果如图1所示，阵列探头可以有效识别胀管过渡段缺陷。
图1 蒸汽发生器传热管胀管过渡段阵列检测图像
后续将继续开展此技术的极限灵敏度及阵列探头检测能力的研究，以拓展核电蒸汽发生器领域的检测应用。
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基于磁阻传感器的高精度阵列成像电磁检测技术研究
以提升隧穿磁阻传感器（TMR）阵列涡流检测探头在核电领域的应用为目标，开展其与主流阵列涡流检测装备的适配性研究，提升阵列涡流探头多通道检测信号的一致性，实现缺陷高精度检测，同时为阵列涡流定量检测打下基础。
该研究的工作重点为TMR阵列探头信号处理模块以及探头与涡流检测装备适配的转换模块开发。
信号处理模块由多路复用电路、差分电路、滤波放大电路三个子模块组成。多路复用电路设计充分考虑了64个传感器硬件通道和阵列涡流仪16个硬件通道的适配性、差分电路和滤波放大电路设计充分考虑了涡流微弱信号的检测以及信噪比的提升。探头与涡流检测的转换模块以阵列涡流检测装备的接口定义为基础，实现了涡流阵列检测信号的良好调理。
基于以上的研究成果，测试打磨平整的304不锈钢对接焊缝区的以及母材区的微小缺陷。经测验验证，磁阻传感器的高精度阵列探头匹配ECTANE阵列涡流仪能够有效检出焊缝区尺寸为3.0 mm×0.2 mm×0.1 mm的缺陷和母材区尺寸为1.0 mm×0.1 mm×0.1 mm的缺陷，检测结果如图2所示。
图2磁阻传感器的高精度阵列探头匹配ECTANE阵列涡流仪的检测结果
该研究成果可应用于核电站不锈钢焊缝微小缺陷检测。基于TMR的高灵敏度以及低频特性，以上成果在核电非铁磁性金属部件的大埋深的检测领域将能发挥一定作用。
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核燃料组件水隙检测技术研究
反应堆燃料组件的不同层燃料板或者燃料管之间设计有一定的间隙，用来保证核反应所产生的热量被冷却剂及时带走。水隙的高度如果不能满足一定的技术指标，会造成冷却程度不同，热量分布不均，影响反应堆的安全运行。采用涡流技术对燃料组件间隙的高度进行测量，为燃料组件的生产及安全使用提供技术支持。
此项研究基于涡流信号自动分析识别技术实现水隙的全自动测量、自动分区，自动生成测量报告。
针对燃料组件水隙的高精度自动化测量要求，基于视觉图像技术实现燃料组件水隙的精准定位，并实现检测过程的流程化作业。基于信号滤波、平滑处理的涡流噪声抑制技术，最大限度减少检测系统的电磁噪声干扰。形成了一套全自动水隙检测系统，实现测量过程的自动标定、自动测量和自动报告生成，如图3所示。
(a) 系统组成
(b) 检测数据
图3 水隙测量系统组成及检测数据
2023年，重点实验室完成核燃料组件水隙检测系统的检验技术及装备开发，并在燃料组件产线上应用。开发的燃料组件水隙检测技术可实现高效率的水隙自动检测和报告生成，检测水隙范围为1.7~2.7 mm，检测精度优于±0.03 mm。
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核电厂智能化机器人巡检系统研究
该项目在核电厂智能化巡检领域开展机器人巡检系统研究，完成厂区巡检机器人、厂房巡检机器人在内的平台化原型机的设计、开发以及制造和集成工作。
核电厂智能化机器人巡检系统如图4所示，由核电厂厂区智能巡检机器人、厂房智能巡检机器人、智能控制模块、智能分析模块以及智能导航模块组成，主要用于核电厂运行期间的厂区巡逻、巡检和厂房内巡检，可实现定点定时对厂区内人员的安全行为等进行巡逻和巡检，以及定点定时对厂房内关键仪表位进行识别和数据记录，可替代人工的巡逻和巡检任务，能够极大地降低人工的劳动强度，减少人因失误，提高了运行期间厂区和厂房的安全性。
图4 核电厂智能化机器人巡检系统
远程控制中心的智能分析系统可对巡检数据进行统一处理，对可能出现的安全事件、运行异常进行报警，提高了巡检任务的智能化水平。
该项研究基于三维点云地图的机器人定位，数据量大，实时性要求高，需要实时、高效的点云匹配算法实现机器人快速、准确定位。
项目采用正态分布变换算法实现机器人实时激光点云数据与已构建三维点云地图的匹配，匹配速度快，实时性高。
对比卫星定位、惯性测量单元、激光SLAM和里程计等定位技术的优劣，构建了惯性测量单元与导航模型误差的补偿器，松耦合的误差卡尔曼滤波器，将卫星定位、惯性测量单元、激光SLAM、里程计四类传感器数据进行多传感器融合，实现数据的空间同步与时间同步，高效、实时地输出机器人的位置信息。
同时，形成的基于自主运动控制及状态数据分析的智能控制模块、基于视觉识别方法的仪表数据智能分析模块、基于多传感器数据融合方法的智能导航模块等关键技术可应用于多种类型的检测机器人。
重点实验室项目团队在2023年完成了全系统样机制造以及全系统联调测试，各功能模块运行稳定，能满足相关功能要求和技术指标。后续计划在核电厂现场试运行，验证巡检作业实施流程并针对巡检需求进行深入挖掘，形成针对更多被检对象的全天候实时监测技术和在线监测技术，满足数字核电的更高需要。
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控制棒导向筒组件检测系统研制
控制棒导向筒组件（CRGT）是核反应堆堆内构件的核心部件之一，主要对控制棒的上下运动起到导向和约束作用，与控制棒组件等设备组合在一起实现反应堆的功率控制，确保在控制棒束的落棒时满足核安全要求，在有限的时间内停止堆芯内的链式反应。
CRGT长期在高温、高压水流、高辐照、振动等苛刻环境中服役，存在磨损，特别是内侧卡孔受空间尺寸影响，韧带尺寸小，磨损较为严重，故需要对内侧卡孔直径、卡孔宽度，卡孔韧带长度进行测量，以判断其磨损量。
CRGT检测系统通过测量标准导向卡模板图像对比，计算基于视频图像中每个像素所代表实物长度，测量各待测尺寸所包含像素点数量，对比被测CRGT像素点数量和测量标准导向卡模板像素获得真实长度值。
CRGT检测系统由主装置系统、控制系统、图像测量与分析系统、监控系统和工作站等组成。
将主装置系统安装在待检控制棒导向筒上方后，在控制系统驱动下，轴向自动运动到内部各层导向卡上方，周向自动旋转调整位置后拍照获取待测卡孔图像。然后由图像测量与分析系统对图像进行分析测量，得出导向板内侧关键卡孔直径、韧带宽度、韧带长度数据。控制棒组件CRGT检测图像如图5所示。
图5 控制棒组件CRGT检测图像
2023年，重点实验室完成该套系统的测试验证，并成功在现场应用，为堆内构件控制棒导向筒内导向板和连续导向段的检查以及关键卡孔尺寸测量提供了装备支撑和技术支撑，保障了控制棒落棒安全和核电站安全。
作者：许远欢，蔡家藩，聂勇，谢航，夏清友，祁攀，管朝鹏，马奔宇，安传海
工作单位：中核武汉核电运行技术股份有限公司
