МЕТОДЫ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ С ВЫХОДА ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ ПАРАМЕТРОВ РАДИАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ НА АЭС

Грибанов Ю. А., Мелешко В. И., Езлов И. Ю., Присяжнюк А. В., Совместная украинско-российская фирма «ИНЭК», Харьков, Украина

Радиационный контроль на АЭС представляет собой развитую систему, которая с помощью специальных первичных преобразователей обеспечивает постоянное наблюдение за радиационной обстановкой в производственных помещениях, на промплощадке и в районе размещения АЭС.

Основная цель радиационного контроля — предотвращение облучения персонала АЭС и населения, проживающего в районе размещения АЭС. При нормальной эксплуатации дозы облучения персонала и загрязнения радиоактивными веществами помещений и окружающей среды не превышают расчетных допустимых доз. Однако в процессе работы реактора происходит накопление радиоактивных веществ в теплоносителе первого контура, что в свою очередь приводит к изменению радиационной обстановки в помещениях, где размещено технологическое оборудование первого контура. Отклонения от нормальной работы технологического оборудования (протечки, аварийные ситуации и т. д.) могут привести к появлению радиоактивных веществ в необслуживаемых помещениях АЭС и, следовательно, к их распространению в обслуживаемые помещения. В связи с этим в процессе эксплуатации АЭС необходимо проводить непрерывный радиационный контроль, который дает возможность своевременно выявлять ухудшение радиационной обстановки вследствие появившихся неисправностей технологического оборудования.

В действующих нормативных документах приведен перечень параметров радиационного контроля, увеличение которых может быть признаком возникновения аварийной ситуации на АЭС.

Часть этих параметров определяет дозообразующие характеристики облучения персонала. Другая часть используется в расчете дозовых нагрузок на население.

Для измерения параметров радиационного контроля разработана автоматизированная система, удовлетворяющая всем требованиям нормативных документов для АЭС.

Для автоматизированных систем контроля радиационных параметров устанавливаются требования к временным характеристикам каждой выполняемой функции в виде отдельных допустимых значений. Так, обновление измеренных данных на рабочей станции должно производиться с тактом 1 с.

Поскольку при нормальной работе АЭС измеряемые параметры радиационного контроля малы, для уменьшения случайной погрешности, обусловленной статистическим характером процесса измерения, необходимо рассчитать время измерения t_изм. Время измерения рассчитывается исходя из формулы для случайной погрешности:

где n_ф— средний фон измерительного устройства; N — число зарегистрированных импульсов.

После преобразования формулу (1) запишем в виде

Исходя из заданной случайной погрешности можно рассчитать время измерения:

Как видно из формулы (3), при увеличении частоты измеренных импульсов время измерения уменьшается.

Время измерения радиационных параметров при работе реактора не может быть неограниченно большим, так как при этом могут быть потеряны некоторые динамические характеристики протекающих процессов. Поэтому t_изм следует выбирать исходя из динамики протекающих процессов. В разработанных ранее методиках измерения радиационных параметров использовался Т-режим, т. е. максимальное время измерения было фиксировано и не превышало 100 с.

Среднее количество импульсов за время измерения t_изм можно рассчитать по формуле

где n — количество импульсов, измеренное за 1 с.

Последующее среднее число импульсов будет рассчитано по прошествии времени t_изм, т. е. усреднение количества импульсов проводится с тактом t_изм.

На рис. 1 представлена зависимость количества измеренных импульсов от времени, полученная при моделировании потока импульсов от датчика радиационного контроля с помощью генератора случайных чисел.

Рис. 1. Зависимость количества измеренных импульсов от времени при моделировании потока импульсов от датчика радиационного контроля с помощью генератора случайных чисел:
1 — количество смоделированных импульсов с тактом 1 с без математической обработки; 2 — усредненное количество импульсов за время t_изм= 100 с

где Y_i — сгенерированное количество импульсов;

— математическое ожидание;

— среднеквадратичное отклонение.

Математическое ожидание и среднеквадратичное отклонение генератора являются входными величинами и выбираются экспериментально.

Коэффициент, определяющий отклонение сгенерированного количества импульсов от математического ожидания, рассчитывается по формуле

Такая методика математической обработки импульсов не удовлетворяет требованиям, предъявляемым НТД к временным характеристикам измерения. Для устранения этих недостатков был использован метод «скользящее окно», позволяющий получать усредненное число импульсов с тактом 1 с на временной базе t_изм.

Данные о количестве импульсов хранятся в массиве «скользящее окно», размерность которого соответствует величине t_изм. Каждый элемент массива содержит количество импульсов, измеренных в течение 1 с. Сумма всех элементов массива составляет количество импульсов, измеренных за время t_изм.

При последующем измерении импульсов за время t_изм+1 с новое значение количества импульсов прибавляется к сумме всех элементов массива, а первый элемент из этого массива вычитается. Все элементы нового массива заново индексируются. После этого производится усреднение элементов нового массива за время t_изм. Такая процедура расчета и обновления усредненного результата производится постоянно с тактом 1 с.

На рис. 2 представлены зависимости от времени количества импульсов, усредненного на базе t_изм: 1) без использования метода «скользящее окно»; 2) с использованиемэтого метода.

Рис. 2. Зависимость от времени количества измеренных импульсов, усредненного на базе t_изм, при моделировании потока импульсов от датчика радиационного контроля:
1 — без использования метода «скользящее окно»; 2 — с использованием метода «скользящее окно»

Импульсы, измеренные за 1 с, предварительно проходят процедуру фильтрации методом «медианный фильтр» и только потом прибавляются к сумме всех элементов массива.

Как следует из обработки полученных результатов, усреднение импульсов N за t_изм= 100 с производится с относительной погрешностью ± 2 % (см. рис. 1, кривая 2).

При использовании метода «скользящее окно» обновление результатов происходит не реже 1 с и погрешность усреднения менее 2 %. При применении предварительной фильтрации методом «медианный фильтр» погрешность усреднения импульсов уменьшается до 1 %.

На рис. 3 представлена зависимость числа импульсов от времени, моделирующая с помощью генератора случайных чисел аварийный выброс с АЭС.

Рис. 3. Зависимость количества измеренных импульсов от времени, моделирующая аварийный выброс с АЭС с помощью генератора случайных чисел:
1 — модель аварийного выброса с АЭС; 2 — число импульсов, усредненное за время t_изм = 100 с (максимум импульсов смещен по времени на t_изм);3 — количество импульсов, усредненное на базе t_изм с использованием метода «скользящее окно» (смещение от реального значения по времени составляет 0,5 t_изм); кривая 4 отличается от кривой 3 использованием предварительной фильтрации

Анализ результатов математической обработки полученных кривых показал, что метод «скользящее окно» позволяет улучшить динамику измерений на участках с резким изменением активности. При использовании метода «скользящее окно» время задержки относительно реального сигнала составляет 0,5 t_изм. Применение дополнительного метода «медианный фильтр» позволяет увеличить точность измерений на участках с одиночными выбросами малой длительности, обусловленными наличием импульсных помех. Метод «медианный фильтр» позволяет уменьшить среднеквадратичное отклонение в несколько раз (таблица).

Метод математической обработки	Значение среднеквадратичного отклонения	Примечание
«Скользящее окно»	7,5	—
«Скользящее окно» + «медианный фильтр»	0,5	Длительность помехи не более 1 с. Амплитуда помех 80 имп.

1. Использование метода «скользящее окно» позволяет обновлять результаты измерения радиационных параметров с тактом 1 с, относительная погрешность усреднения составляет ± 2 %.

2. Применение предварительной фильтрации измеренных радиационных параметров методом «медианный фильтр» увеличивает точность измерений на участках с одиночными выбросами малой интенсивности, обусловленными наличием импульсных помех.

Gribanov Yu. A., Meleshko V. I., Ezlov I. Yu., Prisyajnuk A. V., Joint Ukrainian-Russian Firm «INEK», Kharkiv, Ukraine

The mathematical processing methods for impulse signals produced by primary transformers of sensor readings during the radiation control measurements at the NPP sites are considered in this article.

The required measurement time is calculated taking into account a random error factor. In order to meet the regulatory requirements regarding the precision and frequency of performance control measurements at the NPP sites, the «running window» method is used to enable the continuous update of radiation control sensor readings on an every second basis.

To increase the accuracy (precision) of radiation control measurements, the filtration process is employed in order to reject occasional emissions whose duration is at or below 100 ms, caused by impulse disturbances. The modeling of accidental releases from NPP sites involves the use of a random-number generator.

Грибанов Юрий Александрович, канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотр., нач. отдела технологии радиационного контроля, Совместная украинско-российская фирма «ИНЭК» (СУРФ «ИНЭК»), ул. Тобольская, 42, оф. 609, Харьков, 61072, Украина. Тел. (057) 719-49-48 (доб. 118), моб. (050) 301-53-45, факс (057) 719-49-48 (доб. 102). E-mail
Мелешко Владислав Иванович, канд. техн. наук, генеральный директор, Совместная украинско-российская фирма «ИНЭК» (СУРФ «ИНЭК», ул. Карла Маркса, 13, Харьков, 61012, Украина. Тел./факс (057) 712-01-02
Езлов Игорь Юрьевич, вед. специалист, Совместная украинско-российская фирма «ИНЭК» (СУРФ «ИНЭК»), ул. Тобольская, 42, оф. 609, Харьков, 61072, Украина. Тел. (057) 719-49-48 (доб. 118), факс (057) 719-49-48 (доб. 102). E-mail
Присяжнюк Андрей Витальевич, вед. инженер, Совместная украинско-российская фирма «ИНЭК» (СУРФ «ИНЭК»), ул. Тобольская, 42, оф. 609, Харьков, 61072, Украина. Тел. (057) 719-49-48 (доб. 118), факс (057) 719-49-48 (доб. 102). E-mail