仪器仪表学报

作者：黄璞，韩正，彭丽莎，李世松，黄松岭

单位：黄璞,清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084,huang_pu@mail.tsinghua.edu.cn,韩正,清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084,,彭丽莎,清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084,,李世松,清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084,,黄松岭,清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084,

关键词：叠阵涡流检测;核燃料包壳管;电导率;壁厚;扫频测量

基金：国家自然科学基金（U23B20113, 52507011）项目资助

燃料组件是核反应堆中关键的释热部件，承担着核能发电的能量转换功能。其中，锆合金包壳作为燃料棒的第1道安全屏障，不仅承担导出裂变热的重要任务，还能有效阻止放射性裂变产物的逸散。在核电站运行过程中，包壳管长期处于高温、高压、强辐照等苛刻工况下，其壁厚和材料性能可能发生退化，包壳管壁厚和电导率的高精度表征已成为核电安全检测领域亟待突破的关键技术难题。针对锆合金包壳管的快速、精确检测需求，提出了一种基于叠阵涡流传感器的扫频检测方法。首先，设计了一种由3个绝对式线圈构成的同轴叠阵涡流探头，通过多线圈布局增强对管材不同深度电磁特性的响应能力。根据该涡流传感器的结构配置，建立管道涡流检测的解析理论模型。基于解析理论模型，在扫频模式下提取各线圈自感变化的交叉频率，根据解析计算结果发现交叉频率的对数与提离距离呈线性关系，该线性关系的斜率仅取决于壁厚，且与被测材料的电导率无关，进而可通过拟合直线的斜率估算壁厚。随后，将包壳管涡流检测问题转化为最小二乘参数反演问题，将壁厚测量结果作为先验信息，采用改进Newton迭代算法反演包壳管电导率。最后，搭建涡流检测平台验证所提方法的有效性，实验验证表明所提方法的最大相对测量误差仅为1.7%，可以应用于包壳管池边在线检测。

来源：2025年第12期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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