(57)【要約】【課題】液位を測定するためのシステムを提供する。【解決手段】液位を測定するためのシステムは、レセプタクル、プローブ、パルスユニット、およびデジタイザを備える。レセプタクルは、上部および底部を有し、液体を収容するように構成される。プローブは、底部を通ってレセプタクル内に延びる。パルスユニットは、プローブにパルスを送信するように構成される。デジタイザは、プローブから少なくとも第１の反射パルスと第２の反射パルスとを受信するように構成される。第１の反射パルスと第２の反射パルスとの間の時間が計算され、レセプタクル内の液位を示す距離に変換される。【選択図】図１
2020201258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部および底部を有するとともに液体を含むように構成されたレセプタクルと、
前記底部を通って前記レセプタクル内に延びるプローブと、
前記プローブにパルスを送信するように構成されたパルスユニットと、
前記プローブからの少なくとも第１の反射パルスおよび第２の反射パルスを受信するように構成されたデジタイザとを備える、液位を測定するためのシステム。
【請求項２】
前記プローブが前記レセプタクル内で垂直方向に配向されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記プローブが上端部および下端部を有し、前記下端部は前記パルスユニットからの前記パルスを受信するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記プローブの前記上端部が前記レセプタクル内にある、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記プローブが、導電性管、前記導電性管内の少なくとも１つのマーカ、前記導電性管内に同軸に配置されるとともに前記少なくとも１つのマーカに接続される少なくとも１つの導電性ロッドを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記導電性管が、前記レセプタクル内の液体に浸透するように穿孔されている、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の反射パルスが前記レセプタクルの前記底部の前記液体との最初の界面からのものであり、前記第２の反射パルスが前記レセプタクル内の液体と空気との界面からのものである、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記パルスユニットが前記プローブから少なくとも１０００フィート（約３０４．８メートル）離れて配置されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記プローブを前記パルスユニットおよび前記デジタイザに接続する同軸ケーブルをさらに備え、前記同軸ケーブルは、前記パルスユニットから前記プローブに前記パルスを伝達するとともに前記プローブから前記デジタイザに前記第１の反射パルスおよび前記第２の反射パルスを伝達するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記レセプタクルが沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記原子炉圧力容器が局部出力領域モニタ（ＬＰＲＭ）管を含み、前記プローブが前記ＬＰＲＭ管内に配置されている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ＬＰＲＭ管が、前記レセプタクル内の前記液体に浸透するように穿孔されている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記原子炉圧力容器が、上部ガイド、炉心プレート、および前記上部ガイドと前記炉心プレートとの間の燃料集合体を含み、前記プローブが前記炉心プレートと前記燃料集合体とを通って延びる、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
レセプタクルの液位を測定するための方法であって、
前記レセプタクルの底部に液体を通して挿入されるプローブにパルスを送信する工程と、
前記レセプタクルの前記底部の前記液体との最初の界面から第１の反射パルスの形態で第１のインピーダンス不整合を受信する工程と、
前記レセプタクル内の液体と空気との界面から第２の反射パルスの形態で第２のインピーダンス不整合を受信する工程と、
前記第１の反射パルスと前記第２の反射パルスとの間の時間を計算する工程と、
前記時間を距離に変換する工程とを含み、前記距離は、前記レセプタクル内の前記液位を示す、レセプタクルの液位を測定するための方法。
【請求項１５】
前記送信工程が、前記液体を通って液体と空気との前記界面に上向きに移動する前記パルスを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記送信工程が、前記パルスを生成するためにアバランシェ（ａｖａｌａｎｃｈｅ）モードでトランジスタを作動させる工程を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記作動工程により、少なくとも５ボルトの大きさと４ナノ秒以下の幅とを有するガウシアン（Ｇａｕｓｓｉａｎ）パルスが生成される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記レセプタクルが沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器であり、前記送信工程が通常の運転条件または事故条件の間に行われる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記変換工程が、前記プローブの下端部から周知の距離に配置された少なくとも１つのマーカを用いて、前記プローブを通る前記パルスの速度を計算する工程を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記パルスの前記速度に基づいて前記液体の温度を決定する工程をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、液位を測定するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、時間分域反射率測定（ＴＤＲ法）は、金属ケーブルの障害の特性評価および位置特定に使用されてきた。時間分域反射率測定（ＴＤＲ法）に基づく水位測定システムは存在するが、一般的に、インパルスや比較的特殊な時間分域反射率測定（ＴＤＲ法）の識別方法を利用して、比較的遠くから（運転中の沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）などの）水位を遠隔で測定するようには構成されていない。例えば、１つの従来の時間分域反射率測定（ＴＤＲ法）システムは、インパルスではなくステップ波を利用している。他の従来のアプローチには、この一般的なカテゴリーの技術を使用する誘導波レーダ（ＧＷＲ）技術がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、そのような従来の技術はすべて、使用済燃料プール（ＳＦＰ）の近傍（すなわち、比較的近接した位置）に電子機器を必要とし、したがって、高い放射線および／または高温を含む可能性のある敵対的な環境での水位測定には適していない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
液位を測定するためのシステムは、レセプタクル、プローブ、パルスユニット、およびデジタイザを備える。レセプタクルは、上部および底部を有し、液体を収容するように構成される。プローブは、底部を通ってレセプタクル内に延びる。パルスユニットは、プローブにパルスを送信するように構成される。デジタイザは、プローブから少なくとも第１の反射パルスと第２の反射パルスとを受信するように構成される。
【０００５】
レセプタクルは、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器である。原子炉圧力容器は、上部ガイドと、炉心プレートと、上部ガイドと炉心プレートとの間に配置された燃料集合体とを含む。プローブは、炉心プレートと燃料集合体との間を通って延びる。加えて、原子炉圧力容器は、  局部出力領域モニタ（ＬＰＲＭ）管を含む。プローブは、ＬＰＲＭ管内に配置される。ＬＰＲＭ管は、レセプタクル内の液体に対して透過性を有するように穿孔される。
【０００６】
プローブは、レセプタクル内で垂直方向に配向される。プローブは、上端部と下端部とを有する。上端部は、レセプタクル内にある。下端部は、パルスユニットからのパルスを受信するように構成される。プローブは、導電性管と、導電性管内に配置された少なくとも１つのマーカと、導電性管内に同軸に配置されるとともに少なくとも１つのマーカに接続された少なくとも１つの導電性ロッドとを含む。導電性管は、レセプタクル内の液体に浸透するように穿孔される。
【０００７】
パルスユニットは、プローブから少なくとも１０００フィート（約３０４．８メートル）離れた位置に配置される。システムは、プローブをパルスユニットおよびデジタイザに接続する同軸ケーブルをさらに含む。同軸ケーブルは、パルスユニットからプローブにパルスを伝達し、プローブからデジタイザに第１の反射パルスおよび第２の反射パルスを伝達するように構成される。第１の反射パルスは、レセプタクルの底部にある液体との最初の界面からのものである。第２の反射パルスは、レセプタクル内の液体と空気との界面からのものである。
【０００８】
レセプタクル内の液位を測定するための方法は、プローブをレセプタクルの底部に挿入し、液体に通す工程を含む。加えて、方法は、プローブにパルスを送信する工程を含む。さらに、方法は、レセプタクルの底部の液体との最初の界面から、第１の反射パルスの形態で第１のインピーダンス不整合を受信する工程を含む。方法はまた、レセプタクル内の液体と空気との界面から第２の反射パルスの形態で第２のインピーダンス不整合を受信する工程を含む。方法はまた、第１の反射パルスと第２の反射パルスとの間の時間を計算する工程を含む。さらに、方法は、時間を距離に変換する工程を含む。距離は、レセプタクル内の液位を示すものである。
【０００９】
送信工程は、液体を通って液体と空気との界面までパルスを上向きに移動させる工程を含む。送信工程はまた、パルスを生成するためにアバランシェモード（ａｖａｌａｎｃｈｅ）でトランジスタを作動させる工程を含む。トランジスタの作動工程は、少なくとも５ボルトの大きさおよび４ナノ秒以下の幅を有するガウシアンパルスを生じさせる。レセプタクルは、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器であり、送信工程は、通常の作動状態または事故状態の間に行われる。
【００１０】
変換工程は、プローブの下端部から既知の距離に配置された少なくとも１つのマーカを用いて、プローブを通るパルスの速度を計算する工程を含む。方法は、パルスの速度に基づいて液体の温度を決定する工程をさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、例示的な実施形態による沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）内の液位を測定するためのシステムを含む沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）を示す断面図である。
【図２】図２は、例示的な実施形態による時間分域反射率測定（ＴＤＲ法）プローブを示す概略図である。
【図３】図３は、例示的な実施形態によるＴＤＲプローブを含む局部出力領域モニタ（ＬＰＲＭ）管を示す断面図である。
【図４】図４は、例示的な実施形態によるＴＤＲプローブを含むＬＰＲＭ管を示す切欠図である。
【図５】図５は、例示的な実施形態によるＴＤＲプローブのマーカを示す斜視図である。
【図６】図６は、例示的な実施形態によるＴＤＲプローブを含むＬＰＲＭ管を示す断面図である。
【図７】図７は、例示的な実施形態によるＴＤＲプローブとパルスユニットおよびデジタイザとの接続を示す概略図である。
【図８】図８は、例示的な実施形態によるパルスユニットおよびＴＤＲケーブルを示す概略図である。
【図９】図９は、例示的な実施形態による液位を測定するための方法の間の反射の電圧対時間ＴＤＲシグネチャを示す図である。
【図１０】図１０は、例示的な実施形態による、関連する時間差を示した、液位を測定するための方法の間の反射の電圧対時間ＴＤＲシグネチャを示す図である。
【図１１】図１１は、例示的な実施形態によるデータとの畳み込みのためのエッジフィルタを示す図である。
【図１２】図１２は、例示的な実施形態によるプローブ上部エッジフィルタおよびプローブ底部エッジフィルタの、データとの畳み込みを示す図である。
【図１３】図１３は、例示的な実施形態によるデータとのマーカエッジフィルタの畳み込みを示す図である。
【図１４】図１４は、例示的な実施形態による空気と水との界面エッジフィルタの、データとの畳み込みを示す図である。
【図１５】図１５は、例示的な実施形態による、ＴＤＲデータを使用して液位を測定する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書の非限定的な実施形態の様々な特徴および利点は、添付の図面と併せて詳細な説明を検討すると、より明らかになるであろう。添付の図面は、単に例示目的で提供されているに過ぎず、特許請求の範囲を限定するように解釈されるべきではない。添付の図面は、特に明記されていない限り、縮尺で描かれたものとはみなされない。明瞭にするために、図面の様々な寸法が誇張されている場合がある。
【００１３】
要素または層が、別の要素または層の「上にある」、「接続されている」、「結合されている」、または「覆っている」と言及される場合、これは、他の要素または層の直接上にあるか、接続されているか、結合されているか、若しくは覆っているか、または介在する要素若しくは層が存在していてもよいことが理解されるべきである。これに対して、ある要素が「直接上にある」、「直接接続されて」、または「他の要素または層に直接結合されて」いると言及される場合、介在する要素または層は存在しない。同様の符号は、本明細書全体を通して同様の要素を示す。本明細書で使用されるように、「および／または」という用語は、関連付けられて記載された１つ以上の項目の任意のおよびすべての組み合わせを含む。
【００１４】
本明細書では、第１、第２、第３などの用語が、様々な要素、構成要素、領域、層、および／またはセクションを説明するために使用されることがあるが、これらの要素、構成要素、領域、層、および／またはセクションは、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されるべきである。これらの用語は、１つの要素、構成要素、領域、層、またはセクションを他の領域、層、またはセクションと区別するためにのみ使用される。したがって、後述する第１の要素、構成要素、領域、層、またはセクションは、例示的な実施形態の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、層、またはセクションと称することができる。
【００１５】
空間的に相対的な用語（例えば、「ｂｅｎｅａｔｈ」、「ｂｅｌｏｗ」、「ｌｏｗｅｒ」、「ａｂｏｖｅ」、「ｕｐｐｅｒ」など）は、説明を容易にするために、本明細書では、図示のような別の１つ以上の要素または特徴に対する１つの要素または特徴の関係を説明するために使用されてもよい。空間的に相対的な用語は、図に描かれている配向に加えて、使用中または操作中の装置の異なる配向を包含することを意図していることが理解されるべきである。例えば、図の装置が裏返しされた場合、他の要素または特徴の「ｂｅｌｏｗ」または「ｂｅｎｅａｔｈ」と記載されている要素は、続いて、他の要素または特徴の「ａｂｏｖｅ」に配向されるであろう。したがって、「ｂｅｌｏｗ」という用語は、「上」の配向と「下」の配向の両者を包含してもよい。装置は、他の配向（９０度回転または他の配向）であってもよく、本明細書で使用される空間的に相対的な記述子は、それに応じて解釈される。
【００１６】
本明細書で使用される用語は、様々な実施形態のみを説明する目的であり、例示的な実施形態を限定することを意図していない。本明細書で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明確にそうでないことを示さない限り、複数形も含むことが意図される。本明細書で使用される場合、用語「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、および「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」のうちの少なくともいずれかは、記載された特徴、整数、ステップ、操作、要素、および構成要素のうちの少なくともいずれかの存在を特定するが、それらの１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、構成要素、および群のうちの少なくともいずれかの存在または追加を排除するものではないことが、さらに理解されるであろう。
【００１７】
例示的な実施形態は、例示的な実施形態の理想化された実施形態（および中間構造体）の概略図である断面図を参照して本明細書に記載されている。したがって、例えば、製造技術および許容誤差のうちの少なくともいずれかの結果として、図示の形状からの変動が予想される。以上により、例示的な実施形態は、本明細書に図示された領域の形状に限定されるものと解釈されるべきではなく、例えば、製造に起因する形状の逸脱を含むものである。
【００１８】
別段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、例示的な実施形態が属する当該技術分野において通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に使用されている辞書で定義されている用語を含む用語は、関連する技術の文脈においてその意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書で明示的にそう定義されていない限り、理想化されたまたは過度に形式的な意味で解釈されないことが、さらに理解されるであろう。
【００１９】
図１は、例示的な実施形態による沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）内の液位を測定するためのシステムを含む沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）を示す切欠図である。図１を参照すると、液位を測定するためのシステム１０００は、レセプタクル、プローブ、パルスユニット、およびデジタイザを備える。レセプタクルは、上部および底部を有し、液体を収容するように構成される。プローブは、底部を通ってレセプタクル内に延びる。パルスユニットは、プローブにパルスを送信するように構成される。デジタイザは、プローブからの少なくとも第１の反射パルスおよび第２の反射パルスを受信するように構成される。レセプタクル、プローブ、パルスユニット、およびデジタイザは、本明細書でさらに詳細に後述する。
【００２０】
レセプタクルは、例示的な実施形態はこれに限定されないが、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器（ＲＰＶ）１００である。原子炉圧力容器１００は、上部ガイド１１０と、炉心プレート１３０と、上部ガイド１１０と炉心プレート１３０との間の燃料集合体１２０とを備える。プローブは、底部を通って、炉心プレート１３０および燃料集合体１２０を通って延び、原子炉圧力容器１００内に延びる時間分域反射率測定（ＴＤＲ法）プローブ３００である。上部ガイド１１０と炉心プレート１３０との間の領域は、燃料領域１４０とみなされる。一実施例では、ＴＤＲプローブ３００は、ＴＤＲプローブ３００の上端部が、通常の運転状態では原子炉圧力容器１００内の液位よりも低く、事故状態では液位よりも高くなるように、上部ガイド１１０で終端する（例えば、既存の沸騰水型原子炉がシステム１０００を含むように後付けされている場合）。別例では、ＴＤＲプローブ３００は、ＴＤＲプローブ３００の上端部が、通常の運転状態および事故状態の間、原子炉圧力容器１００内の液位よりも上にあるように、上部ガイド１１０を通って延びてもよい（例えば、システム１０００と一体的に設けられた新しい沸騰水型原子炉の場合）。
【００２１】
図２は、例示的な実施形態による時間分域反射率測定（ＴＤＲ法）プローブを示す概略図である。図２を参照すると、ＴＤＲプローブ３００は、導電性管３１０と、導電性管３１０内に配置された少なくとも１つのマーカ３３０と、導電性管３１０内に同軸に配置されるとともに少なくとも１つのマーカ３３０に接続された少なくとも１つの導電性ロッド３２０とを含む。ＴＤＲプローブ３００は、３つのマーカ３３０を含むように図示されているが、例示的な実施形態はこれに限定されないことを理解すべきである。
【００２２】
ＴＤＲプローブ３００は、上端部と下端部とを有する。設置の際に、ＴＤＲプローブ３００の上端部はレセプタクル内にある。ＴＤＲプローブ３００の下端部も、レセプタクル内にある。例示的な実施形態では、ＴＤＲプローブ３００の上端部は、燃料領域３４０を通って延びるように構成される（原子炉圧力容器内に設置される場合）。加えて、ＴＤＲプローブ３００の導電性管３１０は、レセプタクル内の液体に対して透過性を有するように穿孔される。その結果、ＴＤＲプローブ３００内の液位は、レセプタクル内の液位と同じである。また、ＴＤＲプローブ３００は、レセプタクル内で垂直方向に配向される。
【００２３】
ＴＤＲプローブ３００の下端部は、パルスユニットからのパルスを受信するように構成される。加えて、パルスは、反射パルスがデジタイザに戻って送信されるように、ＴＤＲプローブ３００の様々な位置に沿って反射される。一例では、第１の反射パルスは、レセプタクルの底部にある液体との最初の界面からのものである。別例では、第２の反射パルスは、レセプタクル内の液体と空気との界面からのものである。本明細書で使用されるように、液体と空気との界面はまた、液体と気体との界面（例えば、水と蒸気との界面）とも呼ばれてもよいことが理解されるべきである。加えて、本明細書でさらに詳細に後述するように、反射パルスは、１つ以上のマーカ３３０およびＴＤＲプローブ３００の上面のうちの少なくともいずれか一方からのものである。
【００２４】
パルスユニットおよびデジタイザのうちの少なくともいずれか一方は、ＴＤＲプローブ３００に対して遠隔に相対的に配置され、これは、特定の環境（例えば、原子炉環境）の安全性の観点から有益である。例えば、例示的な実施形態はこれに限定されないが、パルスユニットおよびデジタイザのうちの少なくともいずれか一方は、ＴＤＲプローブ３００から少なくとも１０００フィート（約３０４．８メートル）離れた位置に配置される。この遠隔配置を可能にするために、ＴＤＲプローブ３００をパルスユニットおよびデジタイザに接続するための同軸ケーブルが設けられてもよい。これにより、同軸ケーブルは、パルスユニットからＴＤＲプローブ３００にパルスを伝達し、ＴＤＲプローブ３００からデジタイザに少なくとも第１の反射パルスおよび第２の反射パルスを伝達するように構成される。同軸ケーブル、パルスユニット、およびデジタイザについては、本明細書でさらに詳細に後述する。
【００２５】
図３は、例示的な実施形態によるＴＤＲプローブを含む局部出力領域モニタ（ＬＰＲＭ）管を示す断面図である。図３を参照すると、局部出力領域モニタ（ＬＰＲＭ）管２１０は、原子炉圧力容器１００内に配置される。例えば、ＬＰＲＭ管２１０は、底部を通って、燃料領域１４０を通って（これにより、炉心プレート１３０および燃料集合体１２０を通って）、原子炉圧力容器１００内に（例えば、垂直に）延びる。ＴＤＲプローブ３００（導電性管３１０および１本以上の導電性ロッド３２０を含む）は、ＬＰＲＭ管２１０内に配置される。トラバーシングインコアプローブ（ＴＩＰ）管４１０もまた、ＬＰＲＭ管２１０内に配置され、ＴＤＲプローブ３００に対して相対的に平行に配置されているが、例示的な実施形態はこれに限定されない。ＬＰＲＭ管２１０は、原子炉圧力容器１００内の液体に対して透過性を有するように穿孔される。その結果、ＬＰＲＭ管２１０内の液位は、原子炉圧力容器１００内の液位と同じである。
【００２６】
例示的な実施形態では、ＬＰＲＭ管２１０は、０．８乃至１．２インチ（約２．０３乃至３．０４センチメートル）（例えば、１インチ（約２．５４センチメートル））の範囲の直径Ｄを有する。加えて、（ＴＤＲプローブ３００の）導電性管３１０およびＴＩＰ管４１０は、それぞれ、０．３５０乃至０．４００インチ（約０．８８乃至１．０１センチメートル）（例えば、０．３７５インチ（約０．９５センチメートル））の範囲の直径を有する。さらに、ＴＤＲプローブ３００の導電性ロッド３２０は、０．０３５乃至０．０４５インチ（約０．０８乃至０．１１センチメートル）（例えば、０．０４０インチ（約０．１０センチメートル））の範囲の直径を有する。
【００２７】
図４は、例示的な実施形態によるＴＤＲプローブを含むＬＰＲＭ管を示す切欠図である。図４を参照すると、ＴＤＲプローブ３００、ＴＩＰ管４１０、およびＬＰＲＭ検出器２２０がＬＰＲＭ管２１０内に配置されている。ＴＤＲプローブ３００に関して、複数のスペーサ３５０が、ＴＤＲプローブ３００の導電性ロッド３２０と導電性管３１０との間の相対的に等しい距離（例えば、同軸配置）を維持するのを支援するために、内部に設けられる。スペーサ３５０の各々は、その内部を導電性ロッド３２０が延びる貫通孔を形成する。スペーサ３５０の各々はまた、ＴＤＲプローブ３００の導電性管３１０の内面に接触する３つの径方向に配置されたフィンを含んでもよいが、例示的な実施形態はこれに限定されるものではない。加えて、スペーサ３５０の各々は、絶縁材料（例えば、セラミック）で形成されてもよい。さらに、少なくとも１つのマーカ３３０は、ＴＤＲプローブ３００の底部から周知の距離に配置される。これにより、マーカ３３０による反射パルスは、付加的な情報（例えば、パルス伝播速度）を計算するために使用される。マーカ３３０については、本明細書でさらに詳細に後述する。
【００２８】
図５は、例示的な実施形態によるＴＤＲプローブのマーカを示す斜視図である。図５を参照すると、マーカ３３０は、本体部分３３２および複数のフィン部分３３６を含む。マーカ３３０の本体部分３３２は、ＴＤＲプローブ３００の１本以上の導電性ロッド３２０を収容するように構成されたブラインドホール３３４（例えば、各端部における）を形成する。１つのマーカ３３０のみが利用される場合、ＴＤＲプローブ３００の少なくとも１つの導電性ロッド３２０は、各端部のブラインドホール３３４を介してマーカ３３０に接続された２本の導電性ロッド３２０の形態である。複数、例えば３つのマーカ３３０が利用される場合（例えば、図２）、ＴＤＲプローブ３００内の少なくとも１本の導電性ロッド３２０は、各マーカ３３０のブラインドホール３３４を介して、直列かつ同軸にマーカ３３０に交互に接続された４本の導電性ロッド３２０の形態である。したがって、マーカ３３０の数をｎとすると、導電性ロッド３２０の数は、ｎ＋１である。いくつかの実施形態では、１つ以上のマーカ３３０は、利用される場合、導電性ロッド３２０と一体的に形成される。
【００２９】
マーカ３３０の本体部分３３２は、円筒形状を有し、複数のフィン部分３３６は、本体部分３３２の長さ部分に沿って延在し、径方向に配置されるとともに等距離に間隔をあけて配置される。例えば、フィン部分３３６は、本体部分３３２の両端部と面一になるように、本体部分３３２の全長に沿って延びる。マーカ３３０はまた、本体部分３３２が複数のフィン部分３３６と一体的に形成されたモノリシック構造体である。３つのフィン部分３３６が図面に図示されているが、例示的な実施形態はこれに限定されないことが理解されるべきである。
【００３０】
マーカ３３０は、導電性ロッド３２０、マーカ３３０、および導電性管３１０の間のインピーダンスの不一致の結果として、反射パルスが（パルスユニットからの初期パルスに応答して）デジタイザに戻って送信されるように構成される。インピーダンスの不一致は、抵抗性、容量性、および／または誘導性の違いによるものである。適切な幅および振幅の反射パルスが生成されるように（容易に検知するために）、マーカ３３０は、約１インチ乃至約３インチ（約２．５４乃至７．６２センチメートル）（例えば、２インチ（約５．０８センチメートル））の範囲の長さを有する。一実施例では、導電性ロッド３２０およびマーカ３３０は、同じ導電性材料（例えば、ステンレス鋼）で形成される。別例では、導電性ロッド３２０が、１つの導電性材料（例えば、白金）で形成され、マーカ３３０が、別の導電性材料（例えば、ステンレス鋼）で形成されてもよい。いずれの状況においても、インピーダンスの不一致は、少なくとも導電性ロッド３２０およびマーカ３３０に関する形状の変化に起因してもよい。
【００３１】
図６は、例示的な実施形態によるＴＤＲプローブを含むＬＰＲＭ管を示す断面図である。図６を参照すると、ＬＰＲＭ管２１０は、ＴＤＲプローブ３００（これは、導電性管３１０および導電性ロッド３２０を含む）、ＴＩＰ管４１０、およびＬＰＲＭケーブル２３０を含む。設置されると、境界部１５０の近傍の構造物（これは、プレートであってもよい）は、原子炉圧力容器内に設けられる。ＴＤＲケーブル５００の端部には、シール３７０が設けられる。シール３７０は、セラミックで形成され、液密性があり、比較的高い圧力に耐えることができるように構成されている。応力緩和構造体３６０は、熱膨張によるひずみを緩和するために利用される。応力緩和構造体３６０は、ジグザグ形態であるように示されているが、例示的な実施形態はこれに限定されないことを理解すべきである。例えば、これに代えて、応力緩和構造体３６０は、螺旋状の形態を有してもよい。ＴＤＲケーブル５００は、パルスユニットおよびデジタイザに接続される同軸ケーブルの一部であるとみなされる。例えば、ＴＤＲプローブ３００、パルスユニット、およびデジタイザは、集合的に同軸ケーブルと呼ばれる複数のケーブルセグメントを介して接続される。
【００３２】
図７は、例示的な実施形態による、パルスユニットおよびデジタイザへのＴＤＲプローブの接続を示す概略図である。図７を参照すると、ＴＤＲプローブ３００は、ティー５１０を介してパルスユニット６００およびデジタイザ７００に接続される。例えば、ＴＤＲプローブ３００は、同軸ケーブルの第１のセグメントでティー５１０に接続される。パルスユニット６００は、同軸ケーブルの第２のセグメントでティー５１０に接続される。デジタイザ７００は、同軸ケーブルの第３のセグメントでティー５１０に接続される。例示的な実施形態はこれに限定されないが、ティー５１０はＢａｙｏｎｅｔ  Ｎｅｉｌｌ＊Ｃｏｎｃｅｌｌｍａｎ（ＢＮＣ）コネクタである。上述したように、パルスユニット６００は、ＴＤＲプローブ３００にパルスを送信するように構成される。デジタイザ７００は、ＴＤＲプローブ３００から反射パルスを受信し、反射パルスのデジタル表現を生成するように構成される。デジタイザ７００は、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）を含み、コンピュータに実装される。図７には特に示されていないが、プロセス制御カード（ＰＣＣ）がスイッチとして使用されてもよい。
【００３３】
図８は、例示的な実施形態によるパルスユニットおよびＴＤＲケーブルを示す概略図である。図８を参照すると、パルスユニット６００は、ＴＤＲケーブル５００を介してＴＤＲプローブ３００に送信される（より長いステップ状の波形とは対照的に）短い電気パルスを生成するように構成される。短い電気パルスを使用することにより、ＴＤＲプローブ３００の様々な要素からの反射を時間的に分離することができる。その結果、反射を分析するために自動検知アルゴリズムが使用される。これに対し、より長いステップ状の波形では、ＴＤＲプローブ３００の様々な要素からの反射が互いに干渉する傾向にあり、その結果、その検知を失敗させる。
【００３４】
例示的な実施形態では、パルスは、異なる反射の間の干渉を確実に最小限にするために、高速立ち上がり時間と高速立ち下がり時間の両者を示す。例えば、パルスユニット６００は、必要とされる迅速な立ち上がり時間および立ち下がり時間を有するガウシアンパルスを生成する。しかしながら、（例えば、ＴＤＲケーブル５００および／または導電性ロッド３２０の）スキン効果のために、短いパルスは、長いパルスよりも急速に減衰される。したがって、パルス幅に加えて、ロバストな動作を確保するために、信号レベルも考慮されるべきである。例えば、パルスユニット６００は、７５オームのケーブルに５乃至１５Ｖのパルスを生成する。
【００３５】
パルスユニット６００は、パルスを生成するためにアバランシェモードで動作するように構成されたトランジスタを含む。トランジスタは、ベース、コレクタ、およびエミッタを端子として有するバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）である。アバランシェモードでは、コレクタからエミッタへの降伏電圧（例えば、１１０Ｖ）を超えるまで、正の電圧がコレクタに印加される。コレクタからエミッタへの降伏電圧を超えると、コレクタからエミッタにパルス状の電流が流れる。パルスの立ち上がり時間および立ち下がり時間は、それぞれサブナノ秒の範囲である。
【００３６】
抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ１は、以下の目的を果たす抵抗−コンデンサ（ＲＣ）ネットワークを形成する。Ｒ１とＣ１の相対的な値は、トランジスタのコレクタ上の電圧の蓄積率に影響を与える。電圧が十分に高い値まで蓄積されると、トランジスタはアバランシェモードに入る。Ｃ１の大きさは、結果として生じるアバランシェの幅にも影響する。Ｃ１の値を高くすると、アバランシェの開始時にＣ１に多くの電荷が存在するため、アバランシェがより長い時間間隔で持続するようになる。逆に、Ｃ１の値が低いと、アバランシェの開始時にＣ１に存在する電荷が少なくなるため、アバランシェがより短い時間間隔で持続することになる。このように、パルス幅は、Ｃ１の値に基づいて選択可能である。パルスユニット６００は、比較的一貫した１乃至３ナノ秒幅のパルスを生成する。
【００３７】
トランジスタは、低い固有のコレクタからエミッタへの漏出を有する比較的低い寄生容量値を有する。低い寄生容量値により、比較的高い振幅の狭パルスを生成可能である。加えて、低い固有のコレクタからエミッタへの漏出により、Ｒ１およびＣ１によって形成されたＲＣネットワークが充電されているときに、アバランシェの早期発生が防止される。低い固有のコレクタからエミッタへの漏出がなければ、放電が迅速に行われない可能性があり、その結果、パルスの立ち上がり時間が長くなる。
【００３８】
抵抗Ｒ２は、比較的きれいな方法で（例えば、バウンスのない）アバランシェが容易に終端するように構成されている。抵抗Ｒ３、Ｒ４、およびＲ５は、複数の機能を有する。例示的な実施形態では、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５によって形成される並列抵抗により、パルスユニット６００の出力インピーダンスとＴＤＲケーブル５００のインピーダンスとが一致する。加えて、パルス（アバランシェが発生したときに生じる）は、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５によって形成された並列抵抗を通って流れ、ＴＤＲパルス電圧を展開する。図８には示されていないが、並列抵抗を形成するために、抵抗Ｒ６がＲ３、Ｒ４、Ｒ５とともに含まれてもよい。並列抵抗の使用はまた、複数の回路経路により、アバランシェ電流が接地に到達するために利用可能な表面積を増加させることができるため、有益である。これにより、スキン効果損失と自己インダクタンス効果の両方が最小化される。スキン効果の損失を最小化することにより、結果として生じるパルスの振幅を大きくすることが支援される。自己インダクタンス効果を最小化すると、より迅速なアバランシェが発生し、結果として発生するパルスの振幅を増加させることが支援される。より迅速なアバランシェは、狭いパルスを生成するのを支援する。
【００３９】
本明細書でさらに詳細に述べるように、レセプタクル（例えば、原子炉圧力容器１００）内の液位を測定するための方法は、プローブ（例えば、ＴＤＲプローブ３００）をレセプタクルの底部に挿入し、液体を貫通させる工程を含む。加えて、方法は、プローブにパルスを送信する工程を含む。さらに、方法は、レセプタクルの底部の液体との最初の界面から、第１の反射パルスの形態で第１のインピーダンス不整合を受信する工程を含む。方法はまた、レセプタクル内の液体と空気との界面から第２の反射パルスの形態で第２のインピーダンス不整合を受信する工程を含む。方法はまた、第１の反射パルスと第２の反射パルスとの間の時間を計算する工程を含む。さらに、方法は、時間を距離に変換する工程を含み、距離は、レセプタクル内の液位を示す。
【００４０】
送信工程は、液体を通って液体と空気との界面までパルスを上向きに移動させる工程を含む。送信工程はまた、パルスを生成するためにアバランシェモードでトランジスタを作動させる工程を含む。トランジスタの動作工程は、少なくとも５ボルトの大きさおよび４ナノ秒以下の幅を有するガウシアンパルスを生じさせる。レセプタクルは、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器であり、送信工程は、通常の作動状態または事故状態の間に行われる。
【００４１】
変換工程は、プローブの下端部から既知の距離に配置された少なくとも１つのマーカ（例、マーカ３３０）を用いて、プローブを通るパルスの速度を計算する工程を含む。方法は、パルスの速度に基づいて液体の温度を決定する工程をさらに含む。
【００４２】
図９は、例示的な実施形態による液位を測定するための方法の間の反射の電圧対時間ＴＤＲシグネチャを示す図である。図１０は、例示的な実施形態による、関連する時間差を示した、液位を測定するための方法の間の反射の電圧対時間ＴＤＲシグネチャを示す図である。図９および図１０を参照すると、液位（例えば、水位）を決定するために使用される生データは、プローブ（例えば、ＴＤＲプローブ３００）から外れたパルスユニット（例えば、パルスユニット６００）からの初期パルスのデジタル化された反射から得られる。図示の反射のシグネチャ（これは、トレースとも呼ばれる）は、５０ｋＨｚのパルスレートで、プローブの上部に２９ｃｍの空隙を有する５５０°Ｆ（約２８７．７７℃）の温度で捕捉された１００個の個別のシグネチャの平均値を含むが、例示的な実施形態はこれに限定されるものではない。
【００４３】
図９および図１０において、図示の反射は、プローブの底部、１つ以上のマーカ、空気と水との界面、およびプローブの上部を含むプローブの様々な要素に対応する。各反射は、２つの点、すなわち反射の開始点（ローカルベースラインから離脱したところ）と反射の頂点とを特徴とする。プローブの底面に関して、反射の開始点にはＰＢ１と符号が付され、反射の頂点にはＰＢ２と符号が付されている。マーカ（１つのマーカを想定）に関して、反射の開始点にはＰＭ１と符号が付され、反射の頂点にはＰＭ２と符号が付されている。空気と水との界面に関して、反射の開始点にはＡＷ１と符号が付され、反射の頂点にはＡＷ２と符号が付されている。プローブの上部に関して、反射の開始点にはＰＴ１と符号が付され、反射の頂点にはＰＴ２の符号が付されている。
【００４４】
ソフトウェアは、プローブの反射および対応する要素を自動的に検知するために使用され、プローブの要素は、プローブの底部、１つ以上のマーカ、空気と水との界面（存在する場合）、およびプローブの上部を含む。例示的な実施形態では、各反射と対応する要素について、ソフトウェアは、反射の開始点と反射の頂点（振幅）の時間内の位置を決定する。反射の開始点は、反射がローカルベースラインから離脱する場所として定義される。開始点は、エッジ検出法を使用して見つけることができる。この方法では、各要素に対して最適化されるとともにデータをデジタル的に畳み込む、ガウス導関数に基づくデジタルフィルタが使用される。この技術は、標準的な有限差分法よりもＳ／Ｎ比を劇的に向上させることができる。フィルタリングされた応答が所定のレベルを超えるときを判断するために、閾値検出が続いて使用される。この技術は、ノイズの存在下での反射とそれに対応する要素の検知に特に有用である。反射および対応する要素の開始点（またはエッジ）が検知されると、反射の頂点（振幅）は、エッジ付近の単純な最大値／最小値探索によって決定される。
【００４５】
本明細書でより詳細に後述するように、エッジ検出方法は、３つのステップを含む。エッジ検出方法の第１のステップは、フィルタの定義を含む。エッジ検出方法の第２のステップは、生データ（または前処理されたデータ）とのフィルタの畳み込みを含む。エッジ検出方法の第３のステップは、フィルタリングされたデータ内の要素（頂点）の検知を含む。
【００４６】
エッジ検出方法の第１のステップに関して、フィルタは、以下のガウス方程式に基づく。
【数１】
2020201258.tif 000003
数１において、μはセントロイドである。加えて、σはフィルタのスケール幅（ガウシアン分布の全幅半値（ＦＷＨＭ））に関係しており、以下のようになっている。
【数２】
2020201258.tif 000004
【００４７】
スケール幅は、求められているデータ内の要素の「サイズ」に関係している。すべての定数は、ＴＤＲシグネチャデータ（ｔ，Ｖ）の縦軸（時間）の単位である。スケール幅は、その「サイズ」またはＦＷＨＭ持続時間のシグネチャの特徴を強調するようにフィルタを調整する。この方法は、選択されたスケール幅に過度に敏感なものではないが、ＴＤＲ信号の小さいまたは大きい特徴は、フィルタリングされた応答では強調されない。このことが、この手法を典型的な有限差分法よりも有用なものとしている。
【００４８】
エッジフィルタは、後述するガウシアン分布の１次微分であると定義される。
【数３】
2020201258.tif 000005
また、エッジフィルタは、任意の直流成分（例えば、「バックポーチ」）を除去する傾向があり、これにより、閾値の検知がより強固になる。
【００４９】
フィルタの実装は、第１のデータ点の右側に中心となるセントロイドを含む。便利な中心位置は、全幅半値（ＦＷＨＭ）の７倍の距離にある。これによりフィルタの縦座標を正にすることができ、フィルタの左側が切り捨てられない。フィルタスケールサイズの選択は、要素の大きさを考慮して選択されるべきである。例示的な実施形態では、ＴＤＲ要素のためのＦＷＨＭは、上部プローブ反射および底部プローブ反射のための１３ｎｓ、マーカ反射のための５ｎｓ、および空気と水との界面反射のための４ｎｓである。これらは、ＴＤＲ要素の反射のＦＷＨＭを取ることによって決定される。
【００５０】
図１１は、例示的な実施形態によるデータとの畳み込みのためのエッジフィルタを示す図である。図１１を参照すると、４つのガウスエッジ検出フィルタが示されている。左側には、点線（．．．．．．）で示された空気と水との界面エッジフィルタが示されている。空気と水との界面エッジフィルタの右側には破線（＿  ＿  ＿）で示されたマーカエッジフィルタがある。さらに右側には、実線（＿＿＿）で示されるプローブ上部エッジフィルタとプローブ底部エッジフィルタとがある。図示のように、プローブ上部エッジフィルタとプローブ底部エッジフィルタとは同じものである。
【００５１】
エッジ検出方法の第２のステップに関して、２つの１次元関数の数学的畳み込みは、次の式で定義される。
【数４】
2020201258.tif 000006
各フィルタのプローブからのＴＤＲシグネチャとの畳み込みは、本明細書でより詳細に後述する様々な応答を生成する。
【００５２】
図１２は、例示的な実施形態によるプローブ上部エッジフィルタおよびプローブ底部エッジフィルタの、データとの畳み込みを示す図である。図１２を参照すると、プローブからのＴＤＲシグネチャ（図９）が、フィルタリングされた応答とともに示されている。要素検知のための閾値は−０．０５ボルトである。加えて、個別のノイズ閾値を定義するための関心のある局部領域が特定される（例えば、点線の実線部分）。ソフトウェアによって決定されたプローブ上部反射およびプローブ底部反射の開始時間は、ＴＤＲシグネチャ上の円によって示される。
【００５３】
図１３は、例示的な実施形態によるデータとのマーカエッジフィルタの畳み込みを示す図である。図１３を参照すると、プローブからのＴＤＲシグネチャ（図９）が、フィルタリングされた応答とともに示されている。要素検知のための閾値は−０．０１ボルトである。加えて、マーカ反射の開始に対応する最大電圧値の位置を特定するための関心のある局部領域が特定される（例えば、円と重なる点線の実線部分）。ソフトウェアによって決定されたマーカ反射の開始時間は、ＴＤＲシグネチャ上の円によって示される。
【００５４】
図１４は、例示的な実施形態による空気と水との界面エッジフィルタの、データとの畳み込みを示す図である。図１４を参照すると、プローブからのＴＤＲシグネチャ（図９）が、フィルタリングされた応答とともに示されている。要素検知のための閾値は０．００６ボルトである。加えて、個別のノイズ閾値を定義するための関心のある局部領域が特定される（例えば、円と重なる点線の実線部分）。ソフトウェアによって決定された水と空気との界面反射の開始時間は、ＴＤＲシグネチャ上の円によって示される。
【００５５】
エッジ検出方法の第３のステップに関して、反射の開始（またはエッジ）が検知されると、反射の頂点（振幅）は、エッジ付近の単純な最大値／最小値探索によって決定される。フィルタリングされた応答における最大値（または最小値）は、反射の先頭（または立ち下がり）エッジの中点の位置に対応する。しかしながら、ＴＤＲ反射は対称ではない可能性があるため（例えば、先頭エッジおよび立ち下がりエッジは異なる勾配を有する）、その位置は、正確な中間点の位置からわずかに歪んでいるかもしれないことに注意すべきである。畳み込みの出力は比較的滑らかであるので、頂点検知の方法は、閾値を越えてフィルタリングされた応答における最小値または最大値を見つけることを含む。各要素に使用される閾値は、図１２乃至１４に関連して上述した。方針は、閾値を、フィルタリングされた応答における望ましくない頂点上に移動しない最低値に設定することである。これは、探索がバックグラウンドノイズのすぐ上の最小アップピークを求める、空気と水との界面反射に対して特に適用可能である。
【００５６】
探索の開始点および終了点を適切に選択することにより、マーカ反射および空気と水との界面反射を正確に位置付ける可能性が高められる。例示的な実施形態では、マーカはプローブの底部から６フィート（約１．８２メートル）の位置にある。このようなシナリオでは、適切な開始点は、プローブ底面反射の頂点の後である。例えば、開始点は、プローブ底面反射の開始後にプローブ底面ＦＷＨＭが２つになるように選択される。マーカ反射の終了点は、開始点後１００ｎｓの位置となるように選択される。空気と水との界面反射は、プローブ上部反射の前に位置すると仮定される。その結果、この領域は、プローブ上部反射の開始位置に基づいて定義され、その前に２つのプローブ上部ＦＷＨＭを延ばす。
【００５７】
先頭エッジの中間点（またはおおよその位置）が発見されると、次のタスクは、ＴＤＲシグネチャ（反射の開始）におけるローカルベースラインからの離脱の点を見つけることである。これは、ＴＤＲ信号が局所のノイズ閾値を下回るまで、中間点から時間的に後方に移動することによって達成される。ノイズ閾値は、ＴＤＲシグネチャ内の関心のある局所領域の統計から決定される。この関心のある局所領域の開始位置は、中間点の前の２つのＦＷＨＭである。しかしながら、プローブ上部反射については、開始位置は、空気と水との界面反射（もしあれば）からの可能性のある干渉を除去するために、中間点の前の３つのＦＷＨＭである。時間の長さは、１つのＦＷＨＭである。この関心領域における電圧の平均および標準偏差が決定される。局所のノイズ閾値は、平均プラスまたはマイナス３標準偏差として定義される。プラスまたはマイナスの符号は、反射がプラスであるかマイナスであるかに応じて決定される。
【００５８】
マーカ反射は、プローブ底面反射の「バックポーチ」に位置するダウンパルスである。高温（例えば、５５０°Ｆ（約２８７．７７℃））では、マーカ反射が位置する領域（「バックポーチ」）には、ローカルバックグラウンドの比較的大きな傾きが存在する。その結果（および上述のように）、第１の探索は、フィルタリングされた応答の負の頂点のためのものである。その領域（期待されるフィルタリングされた応答の大きさ）に閾値が設定され、その結果、ＴＤＲ信号中のマーカ反射の降下の中間が見出される。次に、元のＴＤＲ信号（フィルタリングされていない時間−電圧信号）のこの位置から時間的に逆行するウォークが、電圧の最大頂点が見つかるまで実行される。探索のための関心のある領域の範囲は、マーカ反射の降下の中間の前の１つのマーカＦＷＨＭに限定される。この領域（図１３を参照）では、最大電圧の時間位置（プラス１の時間ステップ）は、マーカ反射の開始に対応する。要約すると、反射の頂点値の位置は、反射の開始点から３ＦＷＨＭ以内のＴＤＲシグネチャの最小値（または最大値）を探索することによって実行される。
【００５９】
一旦上記の特徴（例えば、４つの反射に関連して）がＴＤＲ信号内に位置すると、プローブ内の状態に関する情報が決定される。プローブ内のそのような条件は、液体（例えば、水）内のパルス伝搬速度、液体温度、および液位を含む。
【００６０】
液（例えば、水）位は、プローブの底部での反射と、空気と水との界面での反射（もしあれば）との間の時間差を測定することによって決定される。空気と水との界面の反射が検知されない場合には、プローブは水で満たされていると仮定される。一方、空気と水との界面の反射が検知された場合は、各反射の開始点（反射がローカルベースラインから離脱する場所）から時間差が決定される。この時間差に続いて水中でのパルス伝播速度を乗算して、プローブの底部からの水中領域の長さを計算する。
【００６１】
水中でのパルス伝播速度は水温に敏感であるため（これは炉心内の軸方向の高さにわたってある程度変化すると予想される）、この速度を直接測定できることが有益である。この点で、プローブに１つ以上のマーカを設けることによって、予想される温度変化によりパルス伝搬速度がプローブの異なる領域に沿ってどのように変化するかについて、より多くの情報を得ることができる。加えて、そのような情報は、データ更新サイクルごとに入手可能である。位置決めに関して、１つ以上のマーカは、プローブの底部（および／または上部）から周知の１つ以上の位置に配置される。プローブの底面反射とマーカの反射との間の時間差を測定することにより、この領域のパルス伝播速度を決定することができる。
【００６２】
炉心領域の開始位置に配置された単一のマーカでは、３つの可能なパルス伝播速度、すなわち１）プレナム領域速度（プローブ底面とマーカとの間）、２）炉心領域速度（マーカとプローブ上面との間）、および３）プローブ平均速度（プローブ底面とプローブ上面との間）が利用可能である。プレナム領域速度は、更新サイクルごとに利用できる可能性があるが、炉心領域速度およびプローブ平均速度は、プローブが満杯のときにのみ利用できる。測定方法に関わらず、速度は各基準点と最後に更新された時刻との間の状態を表す。
【００６３】
水中でのパルス伝播速度は、水の密度の直接関数である。加えて、水の密度は温度の強い関数（かつ圧力の弱い関数）である。パルス伝播速度の水温への依存性は、ＴＤＲを用いた新しい測定機能の重要性を示唆している可能性がある。特筆すべきは、局所的な伝播速度を直接測定することで、局所的な水温に関連付けることができるということである。これは、パルス伝播速度および水温に関連するルックアップテーブルを使用して実施することができる。その結果、パルス伝搬速度の各測定は、水温（例えば、プレナム領域、炉心領域、プローブ平均）に変換される。速度と同様に、水温は、各基準点とそれが最後に更新された時刻との間の状態を表す。マーカの上の水温に有意な変動がある場合、水位の決定は、保守的な水位測定をもたらす（例えば、炉心内の温度がプレナム領域よりも高温である場合）。
【００６４】
図１５は、例示的な実施形態による、ＴＤＲデータを使用して液位を測定する方法を示すフローチャートである。図１５を参照すると、方法は、後述するステップＳ１００乃至Ｓ２００を含む。
【００６５】
ステップＳ１００では、プローブのＴＤＲ反射データが得られる。プローブは、図１のＴＤＲプローブ３００であり、ＴＤＲ反射データは、本明細書で議論されるＴＤＲシグネチャのラインに沿ったものである。
【００６６】
ステップＳ１１０では、ガウシアンエッジフィルタをＴＤＲ反射データに畳み込む。ガウシアンエッジフィルタは、図１１のプローブ底部エッジフィルタ、マーカエッジフィルタ、空気と水との界面エッジフィルタ、およびプローブ上部エッジフィルタを含む。
【００６７】
ステップＳ１２０では、プローブの底部、１つ以上のマーカ、空気と水との界面（もしあれば）、およびプローブの上部を含む各要素についての単純な閾値化によって、畳み込みデータの頂点を見つけることができる。
【００６８】
ステップＳ１３０では、図１２乃至１４に示すように、各要素がＴＤＲ反射データ中のローカルベースラインから離脱する時間内の位置が見つかる。
【００６９】
ステップＳ１４０では、ＴＤＲ反射データから各要素の開始の時刻および電圧が記録される。
【００７０】
ステップＳ１５０では、各要素の頂点の値の時間内の位置を求める。
【００７１】
ステップＳ１６０では、ＴＤＲ反射データから各要素の頂点の時刻および電圧が記録される。
【００７２】
ステップＳ１７０では、各マーカとプローブ上部とプローブ底部との間の領域でパルス伝搬速度を計算する。上述したように、各マーカ、プローブ上部、およびプローブ底部の位置（したがって、その間の距離）は周知である。その結果、一旦ある領域の反射の間の時間差が決定されると、パルス伝播速度が計算される。
【００７３】
ステップＳ１８０では、各領域のパルス伝播速度の相関関係から水温を決定する。例えば、パルス伝播速度に基づくルックアップテーブルから水温を決定する。また、ルックアップテーブルは、経験的な研究から得られたものである。
【００７４】
ステップＳ１９０では、検知された要素およびパルス伝播速度を用いて水位を決定する。例えば、プローブ底面反射と、空気と水との界面反射との間の時間差（例えば、図１０のΔｔ）をパルス伝播速度に乗じて、プローブ底面から空気と水との界面（水面）までの水域の長さを計算する。
【００７５】
ステップＳ２００では、結果を表示するとともに記録する。結果は、水位と領域水温とを含む。
【００７６】
多くの例示的な実施形態が本明細書に開示されているが、他の変形が可能であることが理解されるべきである。そのような変形は、本開示の趣旨および範囲からの逸脱とみなされるべきではなく、当業者には自明であろうそのような修正はすべて、以下の特許請求の範囲に含まれることが意図されている。
【図１】
2020201258.tif 000007
【図２】
2020201258.tif 000008
【図３】
2020201258.tif 000009
【図４】
2020201258.tif 000010
【図５】
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【図６】
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【図７】
2020201258.tif 000013
【図８】
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【図９】
2020201258.tif 000015
【図１０】
2020201258.tif 000016
【図１１】
2020201258.tif 000017
【図１２】
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【図１３】
2020201258.tif 000019
【図１４】
2020201258.tif 000020
【図１５】
2020201258.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】令和2年7月10日(2020.7.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、液位を測定するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、時間分域反射率測定（ＴＤＲ法）は、金属ケーブルの障害の特性評価および位置特定に使用されてきた。時間分域反射率測定（ＴＤＲ法）に基づく水位測定システムは存在するが、一般的に、インパルスや比較的特殊な時間分域反射率測定（ＴＤＲ法）の識別方法を利用して、比較的遠くから（運転中の沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）などの）水位を遠隔で測定するようには構成されていない。例えば、１つの従来の時間分域反射率測定（ＴＤＲ法）システムは、インパルスではなくステップ波を利用している。他の従来のアプローチには、この一般的なカテゴリーの技術を使用する誘導波レーダ（ＧＷＲ）技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００６７６４３号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１３／０１７７１２２号明細書
【特許文献３】米国特許第９０７４９２２号明細書
【特許文献４】米国特許第９２１２９４３号明細書
【特許文献５】米国特許第９３９５２２７号明細書
【特許文献６】国際公開第２０１３／０７３１７８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、そのような従来の技術はすべて、使用済燃料プール（ＳＦＰ）の近傍（すなわち、比較的近接した位置）に電子機器を必要とし、したがって、高い放射線および／または高温を含む可能性のある敵対的な環境での水位測定には適していない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
液位を測定するためのシステムは、レセプタクル、プローブ、パルスユニット、およびデジタイザを備える。レセプタクルは、上部および底部を有し、液体を収容するように構成される。プローブは、底部を通ってレセプタクル内に延びる。パルスユニットは、プローブにパルスを送信するように構成される。デジタイザは、プローブから少なくとも第１の反射パルスと第２の反射パルスとを受信するように構成される。
【０００６】
レセプタクルは、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器である。原子炉圧力容器は、上部ガイドと、炉心プレートと、上部ガイドと炉心プレートとの間に配置された燃料集合体とを含む。プローブは、炉心プレートと燃料集合体との間を通って延びる。加えて、原子炉圧力容器は、  局部出力領域モニタ（ＬＰＲＭ）管を含む。プローブは、ＬＰＲＭ管内に配置される。ＬＰＲＭ管は、レセプタクル内の液体に対して透過性を有するように穿孔される。
【０００７】
プローブは、レセプタクル内で垂直方向に配向される。プローブは、上端部と下端部とを有する。上端部は、レセプタクル内にある。下端部は、パルスユニットからのパルスを受信するように構成される。プローブは、導電性管と、導電性管内に配置された少なくとも１つのマーカと、導電性管内に同軸に配置されるとともに少なくとも１つのマーカに接続された少なくとも１つの導電性ロッドとを含む。導電性管は、レセプタクル内の液体に浸透するように穿孔される。
【０００８】
パルスユニットは、プローブから少なくとも１０００フィート（約３０４．８メートル）離れた位置に配置される。システムは、プローブをパルスユニットおよびデジタイザに接続する同軸ケーブルをさらに含む。同軸ケーブルは、パルスユニットからプローブにパルスを伝達し、プローブからデジタイザに第１の反射パルスおよび第２の反射パルスを伝達するように構成される。第１の反射パルスは、レセプタクルの底部にある液体との最初の界面からのものである。第２の反射パルスは、レセプタクル内の液体と空気との界面からのものである。
【０００９】
レセプタクル内の液位を測定するための方法は、プローブをレセプタクルの底部に挿入し、液体に通す工程を含む。加えて、方法は、プローブにパルスを送信する工程を含む。さらに、方法は、レセプタクルの底部の液体との最初の界面から、第１の反射パルスの形態で第１のインピーダンス不整合を受信する工程を含む。方法はまた、レセプタクル内の液体と空気との界面から第２の反射パルスの形態で第２のインピーダンス不整合を受信する工程を含む。方法はまた、第１の反射パルスと第２の反射パルスとの間の時間を計算する工程を含む。さらに、方法は、時間を距離に変換する工程を含む。距離は、レセプタクル内の液位を示すものである。
【００１０】
送信工程は、液体を通って液体と空気との界面までパルスを上向きに移動させる工程を含む。送信工程はまた、パルスを生成するためにアバランシェモード（ａｖａｌａｎｃｈｅ）でトランジスタを作動させる工程を含む。トランジスタの作動工程は、少なくとも５ボルトの大きさおよび４ナノ秒以下の幅を有するガウシアンパルスを生じさせる。レセプタクルは、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器であり、送信工程は、通常の作動状態または事故状態の間に行われる。
【００１１】
変換工程は、プローブの下端部から既知の距離に配置された少なくとも１つのマーカを用いて、プローブを通るパルスの速度を計算する工程を含む。方法は、パルスの速度に基づいて液体の温度を決定する工程をさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、例示的な実施形態による沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）内の液位を測定するためのシステムを含む沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）を示す断面図である。
【図２】図２は、例示的な実施形態による時間分域反射率測定（ＴＤＲ法）プローブを示す概略図である。
【図３】図３は、例示的な実施形態によるＴＤＲプローブを含む局部出力領域モニタ（ＬＰＲＭ）管を示す断面図である。
【図４】図４は、例示的な実施形態によるＴＤＲプローブを含むＬＰＲＭ管を示す切欠図である。
【図５】図５は、例示的な実施形態によるＴＤＲプローブのマーカを示す斜視図である。
【図６】図６は、例示的な実施形態によるＴＤＲプローブを含むＬＰＲＭ管を示す断面図である。
【図７】図７は、例示的な実施形態によるＴＤＲプローブとパルスユニットおよびデジタイザとの接続を示す概略図である。
【図８】図８は、例示的な実施形態によるパルスユニットおよびＴＤＲケーブルを示す概略図である。
【図９】図９は、例示的な実施形態による液位を測定するための方法の間の反射の電圧対時間ＴＤＲシグネチャを示す図である。
【図１０】図１０は、例示的な実施形態による、関連する時間差を示した、液位を測定するための方法の間の反射の電圧対時間ＴＤＲシグネチャを示す図である。
【図１１】図１１は、例示的な実施形態によるデータとの畳み込みのためのエッジフィルタを示す図である。
【図１２】図１２は、例示的な実施形態によるプローブ上部エッジフィルタおよびプローブ底部エッジフィルタの、データとの畳み込みを示す図である。
【図１３】図１３は、例示的な実施形態によるデータとのマーカエッジフィルタの畳み込みを示す図である。
【図１４】図１４は、例示的な実施形態による空気と水との界面エッジフィルタの、データとの畳み込みを示す図である。
【図１５】図１５は、例示的な実施形態による、ＴＤＲデータを使用して液位を測定する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書の非限定的な実施形態の様々な特徴および利点は、添付の図面と併せて詳細な説明を検討すると、より明らかになるであろう。添付の図面は、単に例示目的で提供されているに過ぎず、特許請求の範囲を限定するように解釈されるべきではない。添付の図面は、特に明記されていない限り、縮尺で描かれたものとはみなされない。明瞭にするために、図面の様々な寸法が誇張されている場合がある。
【００１４】
要素または層が、別の要素または層の「上にある」、「接続されている」、「結合されている」、または「覆っている」と言及される場合、これは、他の要素または層の直接上にあるか、接続されているか、結合されているか、若しくは覆っているか、または介在する要素若しくは層が存在していてもよいことが理解されるべきである。これに対して、ある要素が「直接上にある」、「直接接続されて」、または「他の要素または層に直接結合されて」いると言及される場合、介在する要素または層は存在しない。同様の符号は、本明細書全体を通して同様の要素を示す。本明細書で使用されるように、「および／または」という用語は、関連付けられて記載された１つ以上の項目の任意のおよびすべての組み合わせを含む。
【００１５】
本明細書では、第１、第２、第３などの用語が、様々な要素、構成要素、領域、層、および／またはセクションを説明するために使用されることがあるが、これらの要素、構成要素、領域、層、および／またはセクションは、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されるべきである。これらの用語は、１つの要素、構成要素、領域、層、またはセクションを他の領域、層、またはセクションと区別するためにのみ使用される。したがって、後述する第１の要素、構成要素、領域、層、またはセクションは、例示的な実施形態の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、層、またはセクションと称することができる。
【００１６】
空間的に相対的な用語（例えば、「ｂｅｎｅａｔｈ」、「ｂｅｌｏｗ」、「ｌｏｗｅｒ」、「ａｂｏｖｅ」、「ｕｐｐｅｒ」など）は、説明を容易にするために、本明細書では、図示のような別の１つ以上の要素または特徴に対する１つの要素または特徴の関係を説明するために使用されてもよい。空間的に相対的な用語は、図に描かれている配向に加えて、使用中または操作中の装置の異なる配向を包含することを意図していることが理解されるべきである。例えば、図の装置が裏返しされた場合、他の要素または特徴の「ｂｅｌｏｗ」または「ｂｅｎｅａｔｈ」と記載されている要素は、続いて、他の要素または特徴の「ａｂｏｖｅ」に配向されるであろう。したがって、「ｂｅｌｏｗ」という用語は、「上」の配向と「下」の配向の両者を包含してもよい。装置は、他の配向（９０度回転または他の配向）であってもよく、本明細書で使用される空間的に相対的な記述子は、それに応じて解釈される。
【００１７】
本明細書で使用される用語は、様々な実施形態のみを説明する目的であり、例示的な実施形態を限定することを意図していない。本明細書で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明確にそうでないことを示さない限り、複数形も含むことが意図される。本明細書で使用される場合、用語「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、および「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」のうちの少なくともいずれかは、記載された特徴、整数、ステップ、操作、要素、および構成要素のうちの少なくともいずれかの存在を特定するが、それらの１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、構成要素、および群のうちの少なくともいずれかの存在または追加を排除するものではないことが、さらに理解されるであろう。
【００１８】
例示的な実施形態は、例示的な実施形態の理想化された実施形態（および中間構造体）の概略図である断面図を参照して本明細書に記載されている。したがって、例えば、製造技術および許容誤差のうちの少なくともいずれかの結果として、図示の形状からの変動が予想される。以上により、例示的な実施形態は、本明細書に図示された領域の形状に限定されるものと解釈されるべきではなく、例えば、製造に起因する形状の逸脱を含むものである。
【００１９】
別段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、例示的な実施形態が属する当該技術分野において通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に使用されている辞書で定義されている用語を含む用語は、関連する技術の文脈においてその意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書で明示的にそう定義されていない限り、理想化されたまたは過度に形式的な意味で解釈されないことが、さらに理解されるであろう。
【００２０】
図１は、例示的な実施形態による沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）内の液位を測定するためのシステムを含む沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）を示す切欠図である。図１を参照すると、液位を測定するためのシステム１０００は、レセプタクル、プローブ、パルスユニット、およびデジタイザを備える。レセプタクルは、上部および底部を有し、液体を収容するように構成される。プローブは、底部を通ってレセプタクル内に延びる。パルスユニットは、プローブにパルスを送信するように構成される。デジタイザは、プローブからの少なくとも第１の反射パルスおよび第２の反射パルスを受信するように構成される。レセプタクル、プローブ、パルスユニット、およびデジタイザは、本明細書でさらに詳細に後述する。
【００２１】
レセプタクルは、例示的な実施形態はこれに限定されないが、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器（ＲＰＶ）１００である。原子炉圧力容器１００は、上部ガイド１１０と、炉心プレート１３０と、上部ガイド１１０と炉心プレート１３０との間の燃料集合体１２０とを備える。プローブは、底部を通って、炉心プレート１３０および燃料集合体１２０を通って延び、原子炉圧力容器１００内に延びる時間分域反射率測定（ＴＤＲ法）プローブ３００である。上部ガイド１１０と炉心プレート１３０との間の領域は、燃料領域１４０とみなされる。一実施例では、ＴＤＲプローブ３００は、ＴＤＲプローブ３００の上端部が、通常の運転状態では原子炉圧力容器１００内の液位よりも低く、事故状態では液位よりも高くなるように、上部ガイド１１０で終端する（例えば、既存の沸騰水型原子炉がシステム１０００を含むように後付けされている場合）。別例では、ＴＤＲプローブ３００は、ＴＤＲプローブ３００の上端部が、通常の運転状態および事故状態の間、原子炉圧力容器１００内の液位よりも上にあるように、上部ガイド１１０を通って延びてもよい（例えば、システム１０００と一体的に設けられた新しい沸騰水型原子炉の場合）。
【００２２】
図２は、例示的な実施形態による時間分域反射率測定（ＴＤＲ法）プローブを示す概略図である。図２を参照すると、ＴＤＲプローブ３００は、導電性管３１０と、導電性管３１０内に配置された少なくとも１つのマーカ３３０と、導電性管３１０内に同軸に配置されるとともに少なくとも１つのマーカ３３０に接続された少なくとも１つの導電性ロッド３２０とを含む。ＴＤＲプローブ３００は、３つのマーカ３３０を含むように図示されているが、例示的な実施形態はこれに限定されないことを理解すべきである。
【００２３】
ＴＤＲプローブ３００は、上端部と下端部とを有する。設置の際に、ＴＤＲプローブ３００の上端部はレセプタクル内にある。ＴＤＲプローブ３００の下端部も、レセプタクル内にある。例示的な実施形態では、ＴＤＲプローブ３００の上端部は、燃料領域３４０を通って延びるように構成される（原子炉圧力容器内に設置される場合）。加えて、ＴＤＲプローブ３００の導電性管３１０は、レセプタクル内の液体に対して透過性を有するように穿孔される。その結果、ＴＤＲプローブ３００内の液位は、レセプタクル内の液位と同じである。また、ＴＤＲプローブ３００は、レセプタクル内で垂直方向に配向される。
【００２４】
ＴＤＲプローブ３００の下端部は、パルスユニットからのパルスを受信するように構成される。加えて、パルスは、反射パルスがデジタイザに戻って送信されるように、ＴＤＲプローブ３００の様々な位置に沿って反射される。一例では、第１の反射パルスは、レセプタクルの底部にある液体との最初の界面からのものである。別例では、第２の反射パルスは、レセプタクル内の液体と空気との界面からのものである。本明細書で使用されるように、液体と空気との界面はまた、液体と気体との界面（例えば、水と蒸気との界面）とも呼ばれてもよいことが理解されるべきである。加えて、本明細書でさらに詳細に後述するように、反射パルスは、１つ以上のマーカ３３０およびＴＤＲプローブ３００の上面のうちの少なくともいずれか一方からのものである。
【００２５】
パルスユニットおよびデジタイザのうちの少なくともいずれか一方は、ＴＤＲプローブ３００に対して遠隔に相対的に配置され、これは、特定の環境（例えば、原子炉環境）の安全性の観点から有益である。例えば、例示的な実施形態はこれに限定されないが、パルスユニットおよびデジタイザのうちの少なくともいずれか一方は、ＴＤＲプローブ３００から少なくとも１０００フィート（約３０４．８メートル）離れた位置に配置される。この遠隔配置を可能にするために、ＴＤＲプローブ３００をパルスユニットおよびデジタイザに接続するための同軸ケーブルが設けられてもよい。これにより、同軸ケーブルは、パルスユニットからＴＤＲプローブ３００にパルスを伝達し、ＴＤＲプローブ３００からデジタイザに少なくとも第１の反射パルスおよび第２の反射パルスを伝達するように構成される。同軸ケーブル、パルスユニット、およびデジタイザについては、本明細書でさらに詳細に後述する。
【００２６】
図３は、例示的な実施形態によるＴＤＲプローブを含む局部出力領域モニタ（ＬＰＲＭ）管を示す断面図である。図３を参照すると、局部出力領域モニタ（ＬＰＲＭ）管２１０は、原子炉圧力容器１００内に配置される。例えば、ＬＰＲＭ管２１０は、底部を通って、燃料領域１４０を通って（これにより、炉心プレート１３０および燃料集合体１２０を通って）、原子炉圧力容器１００内に（例えば、垂直に）延びる。ＴＤＲプローブ３００（導電性管３１０および１本以上の導電性ロッド３２０を含む）は、ＬＰＲＭ管２１０内に配置される。トラバーシングインコアプローブ（ＴＩＰ）管４１０もまた、ＬＰＲＭ管２１０内に配置され、ＴＤＲプローブ３００に対して相対的に平行に配置されているが、例示的な実施形態はこれに限定されない。ＬＰＲＭ管２１０は、原子炉圧力容器１００内の液体に対して透過性を有するように穿孔される。その結果、ＬＰＲＭ管２１０内の液位は、原子炉圧力容器１００内の液位と同じである。
【００２７】
例示的な実施形態では、ＬＰＲＭ管２１０は、０．８乃至１．２インチ（約２．０３乃至３．０４センチメートル）（例えば、１インチ（約２．５４センチメートル））の範囲の直径Ｄを有する。加えて、（ＴＤＲプローブ３００の）導電性管３１０およびＴＩＰ管４１０は、それぞれ、０．３５０乃至０．４００インチ（約０．８８乃至１．０１センチメートル）（例えば、０．３７５インチ（約０．９５センチメートル））の範囲の直径を有する。さらに、ＴＤＲプローブ３００の導電性ロッド３２０は、０．０３５乃至０．０４５インチ（約０．０８乃至０．１１センチメートル）（例えば、０．０４０インチ（約０．１０センチメートル））の範囲の直径を有する。
【００２８】
図４は、例示的な実施形態によるＴＤＲプローブを含むＬＰＲＭ管を示す切欠図である。図４を参照すると、ＴＤＲプローブ３００、ＴＩＰ管４１０、およびＬＰＲＭ検出器２２０がＬＰＲＭ管２１０内に配置されている。ＴＤＲプローブ３００に関して、複数のスペーサ３５０が、ＴＤＲプローブ３００の導電性ロッド３２０と導電性管３１０との間の相対的に等しい距離（例えば、同軸配置）を維持するのを支援するために、内部に設けられる。スペーサ３５０の各々は、その内部を導電性ロッド３２０が延びる貫通孔を形成する。スペーサ３５０の各々はまた、ＴＤＲプローブ３００の導電性管３１０の内面に接触する３つの径方向に配置されたフィンを含んでもよいが、例示的な実施形態はこれに限定されるものではない。加えて、スペーサ３５０の各々は、絶縁材料（例えば、セラミック）で形成されてもよい。さらに、少なくとも１つのマーカ３３０は、ＴＤＲプローブ３００の底部から周知の距離に配置される。これにより、マーカ３３０による反射パルスは、付加的な情報（例えば、パルス伝播速度）を計算するために使用される。マーカ３３０については、本明細書でさらに詳細に後述する。
【００２９】
図５は、例示的な実施形態によるＴＤＲプローブのマーカを示す斜視図である。図５を参照すると、マーカ３３０は、本体部分３３２および複数のフィン部分３３６を含む。マーカ３３０の本体部分３３２は、ＴＤＲプローブ３００の１本以上の導電性ロッド３２０を収容するように構成されたブラインドホール３３４（例えば、各端部における）を形成する。１つのマーカ３３０のみが利用される場合、ＴＤＲプローブ３００の少なくとも１つの導電性ロッド３２０は、各端部のブラインドホール３３４を介してマーカ３３０に接続された２本の導電性ロッド３２０の形態である。複数、例えば３つのマーカ３３０が利用される場合（例えば、図２）、ＴＤＲプローブ３００内の少なくとも１本の導電性ロッド３２０は、各マーカ３３０のブラインドホール３３４を介して、直列かつ同軸にマーカ３３０に交互に接続された４本の導電性ロッド３２０の形態である。したがって、マーカ３３０の数をｎとすると、導電性ロッド３２０の数は、ｎ＋１である。いくつかの実施形態では、１つ以上のマーカ３３０は、利用される場合、導電性ロッド３２０と一体的に形成される。
【００３０】
マーカ３３０の本体部分３３２は、円筒形状を有し、複数のフィン部分３３６は、本体部分３３２の長さ部分に沿って延在し、径方向に配置されるとともに等距離に間隔をあけて配置される。例えば、フィン部分３３６は、本体部分３３２の両端部と面一になるように、本体部分３３２の全長に沿って延びる。マーカ３３０はまた、本体部分３３２が複数のフィン部分３３６と一体的に形成されたモノリシック構造体である。３つのフィン部分３３６が図面に図示されているが、例示的な実施形態はこれに限定されないことが理解されるべきである。
【００３１】
マーカ３３０は、導電性ロッド３２０、マーカ３３０、および導電性管３１０の間のインピーダンスの不一致の結果として、反射パルスが（パルスユニットからの初期パルスに応答して）デジタイザに戻って送信されるように構成される。インピーダンスの不一致は、抵抗性、容量性、および／または誘導性の違いによるものである。適切な幅および振幅の反射パルスが生成されるように（容易に検知するために）、マーカ３３０は、約１インチ乃至約３インチ（約２．５４乃至７．６２センチメートル）（例えば、２インチ（約５．０８センチメートル））の範囲の長さを有する。一実施例では、導電性ロッド３２０およびマーカ３３０は、同じ導電性材料（例えば、ステンレス鋼）で形成される。別例では、導電性ロッド３２０が、１つの導電性材料（例えば、白金）で形成され、マーカ３３０が、別の導電性材料（例えば、ステンレス鋼）で形成されてもよい。いずれの状況においても、インピーダンスの不一致は、少なくとも導電性ロッド３２０およびマーカ３３０に関する形状の変化に起因してもよい。
【００３２】
図６は、例示的な実施形態によるＴＤＲプローブを含むＬＰＲＭ管を示す断面図である。図６を参照すると、ＬＰＲＭ管２１０は、ＴＤＲプローブ３００（これは、導電性管３１０および導電性ロッド３２０を含む）、ＴＩＰ管４１０、およびＬＰＲＭケーブル２３０を含む。設置されると、境界部１５０の近傍の構造物（これは、プレートであってもよい）は、原子炉圧力容器内に設けられる。ＴＤＲケーブル５００の端部には、シール３７０が設けられる。シール３７０は、セラミックで形成され、液密性があり、比較的高い圧力に耐えることができるように構成されている。応力緩和構造体３６０は、熱膨張によるひずみを緩和するために利用される。応力緩和構造体３６０は、ジグザグ形態であるように示されているが、例示的な実施形態はこれに限定されないことを理解すべきである。例えば、これに代えて、応力緩和構造体３６０は、螺旋状の形態を有してもよい。ＴＤＲケーブル５００は、パルスユニットおよびデジタイザに接続される同軸ケーブルの一部であるとみなされる。例えば、ＴＤＲプローブ３００、パルスユニット、およびデジタイザは、集合的に同軸ケーブルと呼ばれる複数のケーブルセグメントを介して接続される。
【００３３】
図７は、例示的な実施形態による、パルスユニットおよびデジタイザへのＴＤＲプローブの接続を示す概略図である。図７を参照すると、ＴＤＲプローブ３００は、ティー５１０を介してパルスユニット６００およびデジタイザ７００に接続される。例えば、ＴＤＲプローブ３００は、同軸ケーブルの第１のセグメントでティー５１０に接続される。パルスユニット６００は、同軸ケーブルの第２のセグメントでティー５１０に接続される。デジタイザ７００は、同軸ケーブルの第３のセグメントでティー５１０に接続される。例示的な実施形態はこれに限定されないが、ティー５１０はＢａｙｏｎｅｔ  Ｎｅｉｌｌ＊Ｃｏｎｃｅｌｌｍａｎ（ＢＮＣ）コネクタである。上述したように、パルスユニット６００は、ＴＤＲプローブ３００にパルスを送信するように構成される。デジタイザ７００は、ＴＤＲプローブ３００から反射パルスを受信し、反射パルスのデジタル表現を生成するように構成される。デジタイザ７００は、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）を含み、コンピュータに実装される。図７には特に示されていないが、プロセス制御カード（ＰＣＣ）がスイッチとして使用されてもよい。
【００３４】
図８は、例示的な実施形態によるパルスユニットおよびＴＤＲケーブルを示す概略図である。図８を参照すると、パルスユニット６００は、ＴＤＲケーブル５００を介してＴＤＲプローブ３００に送信される（より長いステップ状の波形とは対照的に）短い電気パルスを生成するように構成される。短い電気パルスを使用することにより、ＴＤＲプローブ３００の様々な要素からの反射を時間的に分離することができる。その結果、反射を分析するために自動検知アルゴリズムが使用される。これに対し、より長いステップ状の波形では、ＴＤＲプローブ３００の様々な要素からの反射が互いに干渉する傾向にあり、その結果、その検知を失敗させる。
【００３５】
例示的な実施形態では、パルスは、異なる反射の間の干渉を確実に最小限にするために、高速立ち上がり時間と高速立ち下がり時間の両者を示す。例えば、パルスユニット６００は、必要とされる迅速な立ち上がり時間および立ち下がり時間を有するガウシアンパルスを生成する。しかしながら、（例えば、ＴＤＲケーブル５００および／または導電性ロッド３２０の）スキン効果のために、短いパルスは、長いパルスよりも急速に減衰される。したがって、パルス幅に加えて、ロバストな動作を確保するために、信号レベルも考慮されるべきである。例えば、パルスユニット６００は、７５オームのケーブルに５乃至１５Ｖのパルスを生成する。
【００３６】
パルスユニット６００は、パルスを生成するためにアバランシェモードで動作するように構成されたトランジスタを含む。トランジスタは、ベース、コレクタ、およびエミッタを端子として有するバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）である。アバランシェモードでは、コレクタからエミッタへの降伏電圧（例えば、１１０Ｖ）を超えるまで、正の電圧がコレクタに印加される。コレクタからエミッタへの降伏電圧を超えると、コレクタからエミッタにパルス状の電流が流れる。パルスの立ち上がり時間および立ち下がり時間は、それぞれサブナノ秒の範囲である。
【００３７】
抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ１は、以下の目的を果たす抵抗−コンデンサ（ＲＣ）ネットワークを形成する。Ｒ１とＣ１の相対的な値は、トランジスタのコレクタ上の電圧の蓄積率に影響を与える。電圧が十分に高い値まで蓄積されると、トランジスタはアバランシェモードに入る。Ｃ１の大きさは、結果として生じるアバランシェの幅にも影響する。Ｃ１の値を高くすると、アバランシェの開始時にＣ１に多くの電荷が存在するため、アバランシェがより長い時間間隔で持続するようになる。逆に、Ｃ１の値が低いと、アバランシェの開始時にＣ１に存在する電荷が少なくなるため、アバランシェがより短い時間間隔で持続することになる。このように、パルス幅は、Ｃ１の値に基づいて選択可能である。パルスユニット６００は、比較的一貫した１乃至３ナノ秒幅のパルスを生成する。
【００３８】
トランジスタは、低い固有のコレクタからエミッタへの漏出を有する比較的低い寄生容量値を有する。低い寄生容量値により、比較的高い振幅の狭パルスを生成可能である。加えて、低い固有のコレクタからエミッタへの漏出により、Ｒ１およびＣ１によって形成されたＲＣネットワークが充電されているときに、アバランシェの早期発生が防止される。低い固有のコレクタからエミッタへの漏出がなければ、放電が迅速に行われない可能性があり、その結果、パルスの立ち上がり時間が長くなる。
【００３９】
抵抗Ｒ２は、比較的きれいな方法で（例えば、バウンスのない）アバランシェが容易に終端するように構成されている。抵抗Ｒ３、Ｒ４、およびＲ５は、複数の機能を有する。例示的な実施形態では、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５によって形成される並列抵抗により、パルスユニット６００の出力インピーダンスとＴＤＲケーブル５００のインピーダンスとが一致する。加えて、パルス（アバランシェが発生したときに生じる）は、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５によって形成された並列抵抗を通って流れ、ＴＤＲパルス電圧を展開する。図８には示されていないが、並列抵抗を形成するために、抵抗Ｒ６がＲ３、Ｒ４、Ｒ５とともに含まれてもよい。並列抵抗の使用はまた、複数の回路経路により、アバランシェ電流が接地に到達するために利用可能な表面積を増加させることができるため、有益である。これにより、スキン効果損失と自己インダクタンス効果の両方が最小化される。スキン効果の損失を最小化することにより、結果として生じるパルスの振幅を大きくすることが支援される。自己インダクタンス効果を最小化すると、より迅速なアバランシェが発生し、結果として発生するパルスの振幅を増加させることが支援される。より迅速なアバランシェは、狭いパルスを生成するのを支援する。
【００４０】
本明細書でさらに詳細に述べるように、レセプタクル（例えば、原子炉圧力容器１００）内の液位を測定するための方法は、プローブ（例えば、ＴＤＲプローブ３００）をレセプタクルの底部に挿入し、液体を貫通させる工程を含む。加えて、方法は、プローブにパルスを送信する工程を含む。さらに、方法は、レセプタクルの底部の液体との最初の界面から、第１の反射パルスの形態で第１のインピーダンス不整合を受信する工程を含む。方法はまた、レセプタクル内の液体と空気との界面から第２の反射パルスの形態で第２のインピーダンス不整合を受信する工程を含む。方法はまた、第１の反射パルスと第２の反射パルスとの間の時間を計算する工程を含む。さらに、方法は、時間を距離に変換する工程を含み、距離は、レセプタクル内の液位を示す。
【００４１】
送信工程は、液体を通って液体と空気との界面までパルスを上向きに移動させる工程を含む。送信工程はまた、パルスを生成するためにアバランシェモードでトランジスタを作動させる工程を含む。トランジスタの動作工程は、少なくとも５ボルトの大きさおよび４ナノ秒以下の幅を有するガウシアンパルスを生じさせる。レセプタクルは、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器であり、送信工程は、通常の作動状態または事故状態の間に行われる。
【００４２】
変換工程は、プローブの下端部から既知の距離に配置された少なくとも１つのマーカ（例、マーカ３３０）を用いて、プローブを通るパルスの速度を計算する工程を含む。方法は、パルスの速度に基づいて液体の温度を決定する工程をさらに含む。
【００４３】
図９は、例示的な実施形態による液位を測定するための方法の間の反射の電圧対時間ＴＤＲシグネチャを示す図である。図１０は、例示的な実施形態による、関連する時間差を示した、液位を測定するための方法の間の反射の電圧対時間ＴＤＲシグネチャを示す図である。図９および図１０を参照すると、液位（例えば、水位）を決定するために使用される生データは、プローブ（例えば、ＴＤＲプローブ３００）から外れたパルスユニット（例えば、パルスユニット６００）からの初期パルスのデジタル化された反射から得られる。図示の反射のシグネチャ（これは、トレースとも呼ばれる）は、５０ｋＨｚのパルスレートで、プローブの上部に２９ｃｍの空隙を有する５５０°Ｆ（約２８７．７７℃）の温度で捕捉された１００個の個別のシグネチャの平均値を含むが、例示的な実施形態はこれに限定されるものではない。
【００４４】
図９および図１０において、図示の反射は、プローブの底部、１つ以上のマーカ、空気と水との界面、およびプローブの上部を含むプローブの様々な要素に対応する。各反射は、２つの点、すなわち反射の開始点（ローカルベースラインから離脱したところ）と反射の頂点とを特徴とする。プローブの底面に関して、反射の開始点にはＰＢ１と符号が付され、反射の頂点にはＰＢ２と符号が付されている。マーカ（１つのマーカを想定）に関して、反射の開始点にはＰＭ１と符号が付され、反射の頂点にはＰＭ２と符号が付されている。空気と水との界面に関して、反射の開始点にはＡＷ１と符号が付され、反射の頂点にはＡＷ２と符号が付されている。プローブの上部に関して、反射の開始点にはＰＴ１と符号が付され、反射の頂点にはＰＴ２の符号が付されている。
【００４５】
ソフトウェアは、プローブの反射および対応する要素を自動的に検知するために使用され、プローブの要素は、プローブの底部、１つ以上のマーカ、空気と水との界面（存在する場合）、およびプローブの上部を含む。例示的な実施形態では、各反射と対応する要素について、ソフトウェアは、反射の開始点と反射の頂点（振幅）の時間内の位置を決定する。反射の開始点は、反射がローカルベースラインから離脱する場所として定義される。開始点は、エッジ検出法を使用して見つけることができる。この方法では、各要素に対して最適化されるとともにデータをデジタル的に畳み込む、ガウス導関数に基づくデジタルフィルタが使用される。この技術は、標準的な有限差分法よりもＳ／Ｎ比を劇的に向上させることができる。フィルタリングされた応答が所定のレベルを超えるときを判断するために、閾値検出が続いて使用される。この技術は、ノイズの存在下での反射とそれに対応する要素の検知に特に有用である。反射および対応する要素の開始点（またはエッジ）が検知されると、反射の頂点（振幅）は、エッジ付近の単純な最大値／最小値探索によって決定される。
【００４６】
本明細書でより詳細に後述するように、エッジ検出方法は、３つのステップを含む。エッジ検出方法の第１のステップは、フィルタの定義を含む。エッジ検出方法の第２のステップは、生データ（または前処理されたデータ）とのフィルタの畳み込みを含む。エッジ検出方法の第３のステップは、フィルタリングされたデータ内の要素（頂点）の検知を含む。
【００４７】
エッジ検出方法の第１のステップに関して、フィルタは、以下のガウス方程式に基づく。
【数１】
2020201258.tif 000022
数１において、μはセントロイドである。加えて、σはフィルタのスケール幅（ガウシアン分布の全幅半値（ＦＷＨＭ））に関係しており、以下のようになっている。
【数２】
2020201258.tif 000023
【００４８】
スケール幅は、求められているデータ内の要素の「サイズ」に関係している。すべての定数は、ＴＤＲシグネチャデータ（ｔ，Ｖ）の縦軸（時間）の単位である。スケール幅は、その「サイズ」またはＦＷＨＭ持続時間のシグネチャの特徴を強調するようにフィルタを調整する。この方法は、選択されたスケール幅に過度に敏感なものではないが、ＴＤＲ信号の小さいまたは大きい特徴は、フィルタリングされた応答では強調されない。このことが、この手法を典型的な有限差分法よりも有用なものとしている。
【００４９】
エッジフィルタは、後述するガウシアン分布の１次微分であると定義される。
【数３】
2020201258.tif 000024
また、エッジフィルタは、任意の直流成分（例えば、「バックポーチ」）を除去する傾向があり、これにより、閾値の検知がより強固になる。
【００５０】
フィルタの実装は、第１のデータ点の右側に中心となるセントロイドを含む。便利な中心位置は、全幅半値（ＦＷＨＭ）の７倍の距離にある。これによりフィルタの縦座標を正にすることができ、フィルタの左側が切り捨てられない。フィルタスケールサイズの選択は、要素の大きさを考慮して選択されるべきである。例示的な実施形態では、ＴＤＲ要素のためのＦＷＨＭは、上部プローブ反射および底部プローブ反射のための１３ｎｓ、マーカ反射のための５ｎｓ、および空気と水との界面反射のための４ｎｓである。これらは、ＴＤＲ要素の反射のＦＷＨＭを取ることによって決定される。
【００５１】
図１１は、例示的な実施形態によるデータとの畳み込みのためのエッジフィルタを示す図である。図１１を参照すると、４つのガウスエッジ検出フィルタが示されている。左側には、点線（．．．．．．）で示された空気と水との界面エッジフィルタが示されている。空気と水との界面エッジフィルタの右側には破線（＿  ＿  ＿）で示されたマーカエッジフィルタがある。さらに右側には、実線（＿＿＿）で示されるプローブ上部エッジフィルタとプローブ底部エッジフィルタとがある。図示のように、プローブ上部エッジフィルタとプローブ底部エッジフィルタとは同じものである。
【００５２】
エッジ検出方法の第２のステップに関して、２つの１次元関数の数学的畳み込みは、次の式で定義される。
【数４】
2020201258.tif 000025
各フィルタのプローブからのＴＤＲシグネチャとの畳み込みは、本明細書でより詳細に後述する様々な応答を生成する。
【００５３】
図１２は、例示的な実施形態によるプローブ上部エッジフィルタおよびプローブ底部エッジフィルタの、データとの畳み込みを示す図である。図１２を参照すると、プローブからのＴＤＲシグネチャ（図９）が、フィルタリングされた応答とともに示されている。要素検知のための閾値は−０．０５ボルトである。加えて、個別のノイズ閾値を定義するための関心のある局部領域が特定される（例えば、点線の実線部分）。ソフトウェアによって決定されたプローブ上部反射およびプローブ底部反射の開始時間は、ＴＤＲシグネチャ上の円によって示される。
【００５４】
図１３は、例示的な実施形態によるデータとのマーカエッジフィルタの畳み込みを示す図である。図１３を参照すると、プローブからのＴＤＲシグネチャ（図９）が、フィルタリングされた応答とともに示されている。要素検知のための閾値は−０．０１ボルトである。加えて、マーカ反射の開始に対応する最大電圧値の位置を特定するための関心のある局部領域が特定される（例えば、円と重なる点線の実線部分）。ソフトウェアによって決定されたマーカ反射の開始時間は、ＴＤＲシグネチャ上の円によって示される。
【００５５】
図１４は、例示的な実施形態による空気と水との界面エッジフィルタの、データとの畳み込みを示す図である。図１４を参照すると、プローブからのＴＤＲシグネチャ（図９）が、フィルタリングされた応答とともに示されている。要素検知のための閾値は０．００６ボルトである。加えて、個別のノイズ閾値を定義するための関心のある局部領域が特定される（例えば、円と重なる点線の実線部分）。ソフトウェアによって決定された水と空気との界面反射の開始時間は、ＴＤＲシグネチャ上の円によって示される。
【００５６】
エッジ検出方法の第３のステップに関して、反射の開始（またはエッジ）が検知されると、反射の頂点（振幅）は、エッジ付近の単純な最大値／最小値探索によって決定される。フィルタリングされた応答における最大値（または最小値）は、反射の先頭（または立ち下がり）エッジの中点の位置に対応する。しかしながら、ＴＤＲ反射は対称ではない可能性があるため（例えば、先頭エッジおよび立ち下がりエッジは異なる勾配を有する）、その位置は、正確な中間点の位置からわずかに歪んでいるかもしれないことに注意すべきである。畳み込みの出力は比較的滑らかであるので、頂点検知の方法は、閾値を越えてフィルタリングされた応答における最小値または最大値を見つけることを含む。各要素に使用される閾値は、図１２乃至１４に関連して上述した。方針は、閾値を、フィルタリングされた応答における望ましくない頂点上に移動しない最低値に設定することである。これは、探索がバックグラウンドノイズのすぐ上の最小アップピークを求める、空気と水との界面反射に対して特に適用可能である。
【００５７】
探索の開始点および終了点を適切に選択することにより、マーカ反射および空気と水との界面反射を正確に位置付ける可能性が高められる。例示的な実施形態では、マーカはプローブの底部から６フィート（約１．８２メートル）の位置にある。このようなシナリオでは、適切な開始点は、プローブ底面反射の頂点の後である。例えば、開始点は、プローブ底面反射の開始後にプローブ底面ＦＷＨＭが２つになるように選択される。マーカ反射の終了点は、開始点後１００ｎｓの位置となるように選択される。空気と水との界面反射は、プローブ上部反射の前に位置すると仮定される。その結果、この領域は、プローブ上部反射の開始位置に基づいて定義され、その前に２つのプローブ上部ＦＷＨＭを延ばす。
【００５８】
先頭エッジの中間点（またはおおよその位置）が発見されると、次のタスクは、ＴＤＲシグネチャ（反射の開始）におけるローカルベースラインからの離脱の点を見つけることである。これは、ＴＤＲ信号が局所のノイズ閾値を下回るまで、中間点から時間的に後方に移動することによって達成される。ノイズ閾値は、ＴＤＲシグネチャ内の関心のある局所領域の統計から決定される。この関心のある局所領域の開始位置は、中間点の前の２つのＦＷＨＭである。しかしながら、プローブ上部反射については、開始位置は、空気と水との界面反射（もしあれば）からの可能性のある干渉を除去するために、中間点の前の３つのＦＷＨＭである。時間の長さは、１つのＦＷＨＭである。この関心領域における電圧の平均および標準偏差が決定される。局所のノイズ閾値は、平均プラスまたはマイナス３標準偏差として定義される。プラスまたはマイナスの符号は、反射がプラスであるかマイナスであるかに応じて決定される。
【００５９】
マーカ反射は、プローブ底面反射の「バックポーチ」に位置するダウンパルスである。高温（例えば、５５０°Ｆ（約２８７．７７℃））では、マーカ反射が位置する領域（「バックポーチ」）には、ローカルバックグラウンドの比較的大きな傾きが存在する。その結果（および上述のように）、第１の探索は、フィルタリングされた応答の負の頂点のためのものである。その領域（期待されるフィルタリングされた応答の大きさ）に閾値が設定され、その結果、ＴＤＲ信号中のマーカ反射の降下の中間が見出される。次に、元のＴＤＲ信号（フィルタリングされていない時間−電圧信号）のこの位置から時間的に逆行するウォークが、電圧の最大頂点が見つかるまで実行される。探索のための関心のある領域の範囲は、マーカ反射の降下の中間の前の１つのマーカＦＷＨＭに限定される。この領域（図１３を参照）では、最大電圧の時間位置（プラス１の時間ステップ）は、マーカ反射の開始に対応する。要約すると、反射の頂点値の位置は、反射の開始点から３ＦＷＨＭ以内のＴＤＲシグネチャの最小値（または最大値）を探索することによって実行される。
【００６０】
一旦上記の特徴（例えば、４つの反射に関連して）がＴＤＲ信号内に位置すると、プローブ内の状態に関する情報が決定される。プローブ内のそのような条件は、液体（例えば、水）内のパルス伝搬速度、液体温度、および液位を含む。
【００６１】
液（例えば、水）位は、プローブの底部での反射と、空気と水との界面での反射（もしあれば）との間の時間差を測定することによって決定される。空気と水との界面の反射が検知されない場合には、プローブは水で満たされていると仮定される。一方、空気と水との界面の反射が検知された場合は、各反射の開始点（反射がローカルベースラインから離脱する場所）から時間差が決定される。この時間差に続いて水中でのパルス伝播速度を乗算して、プローブの底部からの水中領域の長さを計算する。
【００６２】
水中でのパルス伝播速度は水温に敏感であるため（これは炉心内の軸方向の高さにわたってある程度変化すると予想される）、この速度を直接測定できることが有益である。この点で、プローブに１つ以上のマーカを設けることによって、予想される温度変化によりパルス伝搬速度がプローブの異なる領域に沿ってどのように変化するかについて、より多くの情報を得ることができる。加えて、そのような情報は、データ更新サイクルごとに入手可能である。位置決めに関して、１つ以上のマーカは、プローブの底部（および／または上部）から周知の１つ以上の位置に配置される。プローブの底面反射とマーカの反射との間の時間差を測定することにより、この領域のパルス伝播速度を決定することができる。
【００６３】
炉心領域の開始位置に配置された単一のマーカでは、３つの可能なパルス伝播速度、すなわち１）プレナム領域速度（プローブ底面とマーカとの間）、２）炉心領域速度（マーカとプローブ上面との間）、および３）プローブ平均速度（プローブ底面とプローブ上面との間）が利用可能である。プレナム領域速度は、更新サイクルごとに利用できる可能性があるが、炉心領域速度およびプローブ平均速度は、プローブが満杯のときにのみ利用できる。測定方法に関わらず、速度は各基準点と最後に更新された時刻との間の状態を表す。
【００６４】
水中でのパルス伝播速度は、水の密度の直接関数である。加えて、水の密度は温度の強い関数（かつ圧力の弱い関数）である。パルス伝播速度の水温への依存性は、ＴＤＲを用いた新しい測定機能の重要性を示唆している可能性がある。特筆すべきは、局所的な伝播速度を直接測定することで、局所的な水温に関連付けることができるということである。これは、パルス伝播速度および水温に関連するルックアップテーブルを使用して実施することができる。その結果、パルス伝搬速度の各測定は、水温（例えば、プレナム領域、炉心領域、プローブ平均）に変換される。速度と同様に、水温は、各基準点とそれが最後に更新された時刻との間の状態を表す。マーカの上の水温に有意な変動がある場合、水位の決定は、保守的な水位測定をもたらす（例えば、炉心内の温度がプレナム領域よりも高温である場合）。
【００６５】
図１５は、例示的な実施形態による、ＴＤＲデータを使用して液位を測定する方法を示すフローチャートである。図１５を参照すると、方法は、後述するステップＳ１００乃至Ｓ２００を含む。
【００６６】
ステップＳ１００では、プローブのＴＤＲ反射データが得られる。プローブは、図１のＴＤＲプローブ３００であり、ＴＤＲ反射データは、本明細書で議論されるＴＤＲシグネチャのラインに沿ったものである。
【００６７】
ステップＳ１１０では、ガウシアンエッジフィルタをＴＤＲ反射データに畳み込む。ガウシアンエッジフィルタは、図１１のプローブ底部エッジフィルタ、マーカエッジフィルタ、空気と水との界面エッジフィルタ、およびプローブ上部エッジフィルタを含む。
【００６８】
ステップＳ１２０では、プローブの底部、１つ以上のマーカ、空気と水との界面（もしあれば）、およびプローブの上部を含む各要素についての単純な閾値化によって、畳み込みデータの頂点を見つけることができる。
【００６９】
ステップＳ１３０では、図１２乃至１４に示すように、各要素がＴＤＲ反射データ中のローカルベースラインから離脱する時間内の位置が見つかる。
【００７０】
ステップＳ１４０では、ＴＤＲ反射データから各要素の開始の時刻および電圧が記録される。
【００７１】
ステップＳ１５０では、各要素の頂点の値の時間内の位置を求める。
【００７２】
ステップＳ１６０では、ＴＤＲ反射データから各要素の頂点の時刻および電圧が記録される。
【００７３】
ステップＳ１７０では、各マーカとプローブ上部とプローブ底部との間の領域でパルス伝搬速度を計算する。上述したように、各マーカ、プローブ上部、およびプローブ底部の位置（したがって、その間の距離）は周知である。その結果、一旦ある領域の反射の間の時間差が決定されると、パルス伝播速度が計算される。
【００７４】
ステップＳ１８０では、各領域のパルス伝播速度の相関関係から水温を決定する。例えば、パルス伝播速度に基づくルックアップテーブルから水温を決定する。また、ルックアップテーブルは、経験的な研究から得られたものである。
【００７５】
ステップＳ１９０では、検知された要素およびパルス伝播速度を用いて水位を決定する。例えば、プローブ底面反射と、空気と水との界面反射との間の時間差（例えば、図１０のΔｔ）をパルス伝播速度に乗じて、プローブ底面から空気と水との界面（水面）までの水域の長さを計算する。
【００７６】
ステップＳ２００では、結果を表示するとともに記録する。結果は、水位と領域水温とを含む。
【００７７】
多くの例示的な実施形態が本明細書に開示されているが、他の変形が可能であることが理解されるべきである。そのような変形は、本開示の趣旨および範囲からの逸脱とみなされるべきではなく、当業者には自明であろうそのような修正はすべて、以下の特許請求の範囲に含まれることが意図されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部および底部を有するとともに液体を含むように構成されたレセプタクル（１００）と、
前記底部を通って前記レセプタクル（１００）内に延びるプローブ（３００）と、
前記プローブ（３００）にパルスを送信するように構成されたパルスユニット（６００）と、
前記プローブ（３００）からの少なくとも第１の反射パルス（ＰＢ２）および第２の反射パルス（ＡＷ２）を受信するように構成されたデジタイザ（７００）とを備える、液位を測定するためのシステム（１０００）。
【請求項２】
前記プローブ（３００）が前記レセプタクル（１００）内で垂直方向に配向されている、請求項１に記載のシステム（１０００）。
【請求項３】
前記プローブ（３００）が上端部および下端部を有し、前記プローブ（３００）の前記上端部は前記レセプタクル（１００）内にあり、前記下端部は前記パルスユニット（６００）からの前記パルスを受信するように構成されている、請求項１に記載のシステム（１０００）。
【請求項４】
前記プローブ（３００）が、導電性管（３１０）、前記導電性管（３１０）内の少なくとも１つのマーカ（３３０）、前記導電性管（３１０）内に同軸に配置されるとともに前記少なくとも１つのマーカ（３３０）に接続される少なくとも１つの導電性ロッド（３２０）を含み、前記導電性管（３１０）が、前記レセプタクル（１００）内の液体に浸透するように穿孔されている、請求項１に記載のシステム（１０００）。
【請求項５】
前記第１の反射パルス（ＰＢ２）が前記レセプタクル（１００）の前記底部の前記液体との最初の界面からのものであり、前記第２の反射パルス（ＡＷ２）が前記レセプタクル（１００）内の液体と空気との界面からのものである、請求項１に記載のシステム（１０００）。
【請求項６】
前記パルスユニット（６００）が前記プローブ（３００）から少なくとも１０００フィート（約３０４．８メートル）離れて配置されている、請求項１に記載のシステム（１０００）。
【請求項７】
前記プローブ（３００）を前記パルスユニット（６００）および前記デジタイザ（７００）に接続する同軸ケーブル（５００）をさらに備え、前記同軸ケーブル（５００）は、前記パルスユニット（６００）から前記プローブ（３００）に前記パルスを伝達するとともに前記プローブ（３００）から前記デジタイザ（７００）に前記第１の反射パルス（ＰＢ２）および前記第２の反射パルス（ＡＷ２）を伝達するように構成されている、請求項１に記載のシステム（１０００）。
【請求項８】
前記レセプタクル（１００）が沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器（１００）であり、前記原子炉圧力容器（１００）が局部出力領域モニタ（ＬＰＲＭ）管（２１０）を含み、前記プローブ（３００）が前記ＬＰＲＭ管（２１０）内に配置されており、前記ＬＰＲＭ管（２１０）が、前記レセプタクル（１００）内の前記液体に浸透するように穿孔されている、請求項１に記載のシステム（１０００）。
【請求項９】
前記原子炉圧力容器（１００）が、上部ガイド（１１０）、炉心プレート（１３０）、および前記上部ガイド（１１０）と前記炉心プレート（１３０）との間の燃料集合体（１２０）を含み、前記プローブ（３００）が前記炉心プレート（１３０）と前記燃料集合体（１２０）とを通って延びる、請求項８に記載のシステム（１０００）。
【請求項１０】
レセプタクル（１００）の液位を測定するための方法であって、
前記レセプタクル（１００）の底部に液体を通して挿入されるプローブ（３００）にパルスを送信する工程と、
前記レセプタクル（１００）の前記底部の前記液体との最初の界面から第１の反射パルス（ＰＢ２）の形態で第１のインピーダンス不整合を受信する工程と、
前記レセプタクル（１００）内の液体と空気との界面から第２の反射パルス（ＡＷ２）の形態で第２のインピーダンス不整合を受信する工程と、
前記第１の反射パルス（ＰＢ２）と前記第２の反射パルス（ＡＷ２）との間の時間を計算する工程と、
前記時間を距離に変換する工程とを含み、前記距離は、前記レセプタクル（１００）内の前記液位を示す、レセプタクルの液位を測定するための方法。
【請求項１１】
前記送信工程が、前記液体を通って液体と空気との前記界面に上向きに移動する前記パルスを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記送信工程が、少なくとも５ボルトの大きさと４ナノ秒以下の幅とを有するガウシアン（Ｇａｕｓｓｉａｎ）パルスである前記パルスを生成するためにアバランシェ（ａｖａｌａｎｃｈｅ）モードでトランジスタ（６００）を作動させる工程を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記レセプタクル（１００）が沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器（１００）であり、前記送信工程が通常の運転条件または事故条件の間に行われる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記変換工程が、前記プローブ（３００）の下端部から周知の距離に配置された少なくとも１つのマーカ（３３０）を用いて、前記プローブ（３００）を通る前記パルスの速度を計算する工程（Ｓ１７０）を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記パルスの前記速度に基づいて前記液体の温度を決定する工程（Ｓ１８０）をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【外国語明細書】
2020201258000001.pdf