核反应堆环境中光纤测量多参数解耦的多传感器数据融合技术

《IEEE Sensors Letters》：Multisensor Data Fusion for Multiparameter Decoupling of Optical Fiber Measurements in Nuclear Reactor Environments

　　

摘要：

核反应堆中的光纤传感器存在较强的交叉敏感性：检测到的信号同时包含了温度、应变、压力以及辐射引起的退化等因素的影响。本文提出了一种基于物理原理的多参数解耦框架，用于微型模块化反应堆的监测，该框架采用四状态向量x=[T,ε,P,Γ]?，其中Γ∈[0,1]表示由产生-退火动力学控制的辐射损伤状态。拉曼分布式温度传感、全蓝宝石法布里-珀罗压力传感、瑞利光频域反射仪以及飞秒写入的光纤布拉格光栅被结合在一个4×4灵敏度矩阵中。文中还提出了一种针对特定反应堆的传感器架构，该架构不直接测量辐射损伤，而是通过去除独立测量的热机械效应后剩余的无法解释的FBG位移来估算辐射损伤。与传统双FBG代数方法不同，后者需要解决一个2×2温度-应变系统，并忽略辐射漂移和压力影响，而所提出的框架能够同时将这四种物理状态解耦开来。通过代数级联实现方法，在LBE冷却的微型模块化反应堆场景下，温度的均方根误差为0.49K，应变的均方根误差为4.5με，而在压水反应堆场景下，该数值为0.52 K/4.7με。三种经过明确描述的故障模式为未来基于物理的状态空间估计提供了依据。