而安全殼鼓包現象，便是潛在隱患之一。鼓包通常是由于內部壓力變化、結構老化、材料疲勞等多種因素導致的。這些鼓包可能起初微不足道，但隨著時間推移，若不及時察覺并處理，極有可能逐漸擴大，進而削弱安全殼的整體結構強度，使得放射性物質泄漏風險大增。

面對傳統檢測方式的困境，引入新的測量系統迫在眉睫。激光位移傳感器等先進技術應運而生，它們如同核電安全領域的 “火眼金睛”，有望精準、高效地揪出那些隱匿的鼓包，為核電站的平穩運行保駕護航。

在三角測量法中，傳感器內部的激光器宛如一位精準的射手，發射出一束極細且能量集中的激光束，這束激光以特定角度射向安全殼鋼內襯表面。光線抵達內襯后，會產生反射，反射光如同歸巢的信鴿，迅速被傳感器的接收單元捕獲。接收單元通常由高靈敏度的光電二極管或 CCD/CMOS 圖像傳感器擔當，它們能夠敏銳捕捉反射光的細微變化。由于物體表面的鼓包會使反射光的入射角度產生微妙改變，根據激光發射點、反射點以及接收點之間穩固的三角幾何關系，傳感器內部的智能處理單元就如同一位聰明絕頂的數學家，能精確計算出傳感器與內襯表面的距離變化，進而精準定位鼓包的位置與高度。

而回波分析法的運作方式稍有不同。傳感器中的激光發射器火力全開，每秒向外發射高達上百萬個激光脈沖，這些脈沖如密集的雨點般沖向目標。當脈沖遇到安全殼內襯后，會即刻反射回來，被接收器接收。處理器隨即迅速計算激光脈沖往返所需的時間，要知道，光在空氣中的傳播速度可是恒定的，依據這一固定速度與往返時間，就能輕松推算出距離值。這種方法在遠距離測量場景中表現卓越，為全面檢測安全殼提供了有力支持。

在安全殼鼓包測量這場關鍵 “戰役” 中，激光位移傳感器憑借諸多突出優勢，成為當之無愧的 “主將”。

精度方面，它堪稱 “狙擊高手”，能夠達到微米級甚至納米級的超高精度。在檢測微小鼓包時，絕不會放過任何蛛絲馬跡，與傳統人工測量方式相比，簡直是天壤之別。人工測量時，檢測人員即便全神貫注、經驗豐富，也難以察覺毫米級以下的細微鼓包，而激光位移傳感器憑借其高精度，能輕松捕捉到這些潛在隱患，為安全殼的早期診斷提供精準數據，防患于未然。

速度上，它如同閃電俠一般。能夠在瞬間完成多次測量，快速獲取大量數據點，高效構建出安全殼內表面的詳細 “地形圖”。這在大規模的安全殼檢測任務中，極大地縮短了檢測時間，減少了核電站停機檢修的時長，為電力供應的持續性提供了堅實保障。

更為關鍵的是，激光位移傳感器采用非接觸式測量。在核輻射環境下，這一特性顯得尤為重要。它無需與安全殼內襯直接接觸，避免了對測量人員的輻射風險，同時也不會對待測表面造成任何損傷，確保安全殼的結構完整性不受絲毫影響，讓測量工作安全、可靠地推進。

在這套創新的測量系統里，硬件可是實現精準測量的基礎保障，它們各司其職，協同作戰。

以樹莓派為核心的測量端，就像是一位前線偵察兵，肩負著采集關鍵數據的重任。其中，激光位移傳感器是當之無愧的 “主角”，型號為泓川科技的激光位移感測器HCM-120-A閃亮登場，它分辨率高達 30μm，重復精度 90μm，測量范圍在 60 - 180mm 之間，憑借這些出色的性能參數，能夠極其敏銳地捕捉到安全殼鋼內襯表面細微的起伏變化，精準定位鼓包的位置與高度。

與激光位移傳感器并肩作戰的超聲波測距傳感器，選用的是HUA-4000超聲波模塊，精度可達 3mm，測量范圍為 2 - 450cm，它主要負責測量滑塊的橫向位置，為整體測量提供輔助信息，確保測量的全面性。

此外，測量端還有供電裝置和電源開關，為整個系統穩定運行提供充足動力，保障數據采集工作順利進行。

為了讓測量端能夠靈活移動，獲取更多數據，系統還配備了滑軌。滑軌采用不銹鋼材質精心打造，具備高度調節功能，確保滑塊在滑動過程中始終保持水平狀態，就像為測量端鋪設了一條平穩的 “軌道”，讓激光位移傳感器和超聲波測距傳感器能夠穩定、高效地工作，不放過任何一處潛在鼓包。

從軟件框架來看，它構建起了一座無縫連接測量端與數據處理端的橋梁。測量端以樹莓派 3B 為基礎，憑借其豐富的接口和強大的運算能力，運行著基于 Python 開發的程序。當系統啟動后，樹莓派迅速與激光位移傳感器和超聲波測距傳感器建立緊密聯系，精準控制它們開始采集數據。傳感器就像靈敏的觸角，隨著滑塊在滑軌上平穩滑動，不斷獲取縱向與橫向的距離信息。這些珍貴的數據通過 TCP/IP 技術，如同 “飛鴿傳書” 一般，被迅速、穩定地傳輸至數據處理端。

在數據處理過程中，軟件的一些關鍵技術發揮著神奇功效。比如，針對激光位移傳感器，開發人員巧妙利用泓川科技的命令集進行二次開發，如同給傳感器賦予了更多 “智慧”，能夠根據實際需求靈活控制其采樣模式與采樣率，讓測量更加精準、高效。超聲波模塊則通過樹莓派精準控制電壓，實現穩定的超聲波測距。

為了驗證這套基于激光位移傳感器的測量系統到底有多精準，科研人員精心設計了一系列嚴格測試。

在縱向鼓包測量精度測試環節，模擬試驗采用了精度極高的三維移動平臺，其精度達到了令人驚嘆的 10μm，遠遠優于激光位移傳感器自身的精度，這就好比用一把無比精準的尺子去衡量傳感器的測量能力。

測試時，在三維移動平臺的 Z 方向精心選取了一段 3mm 的微小量距，從初始位置開始，每隔 0.5mm 就讓傳感器進行一次測量，如此反復，對這 6 段距離進行往返測量，并且為了確保數據的可靠性，對同一位置還進行多次重復測量。考慮到測量初期可能存在的一些不穩定因素，選取開始測量 3s 后的數據進行深入分析，每個單獨位置選取 25 個測量數據，取均值作為當前位置的測量值。

經過嚴謹的數據處理與細致分析，得出了令人振奮的結果。往測平均偏差僅為 47μm，在 6 號點位出現的最大偏差為 72μm；返測平均偏差更是只有 34μm，最大偏差出現在 6 號點位，為 59μm。對這些海量測量數據進行線性回歸分析后，得到回歸方程，這表明測距精度與量程之間呈現正相關關系，且固定誤差穩定在 9μm。

如此出色的測量精度，意味著什么呢？與傳統的人工測量方式相比，簡直是天壤之別。人工測量在面對微小鼓包時，往往因為測量工具的精度限制以及人眼、手感的誤差，很難精準判斷鼓包的高度，而這套新系統能夠輕松捕捉到毫米級甚至微米級的細微變化，讓那些潛在的安全隱患無所遁形，為核電站的安全運行提供了堅實的數據保障。

橫向滑塊位置精度同樣不容忽視，它關系到整個測量系統的全面準確性。

數據處理結果顯示，3 次測量的橫向平均偏差為 3mm，最大偏差出現在 6 號點位。進一步分析發現，橫向測量偏差與距離存在強相關性，回歸方程為。這一規律為實際測量提供了寶貴的操作建議：在實際使用過程中，盡量采用距離擋板較近的一段滑軌進行測量，這樣能有效減小偏差，提高測量的準確性。

為了檢驗這套測量系統在實際場景中的表現，科研團隊模擬了真實的核電站安全殼內環境，進行了實用性測試。

由于環境限制，在模擬試驗中巧妙地以實驗室電腦桌為例，在滑軌下方不同位置放置了 3 個形態各異的物塊。有長 51.5mm、寬 41.6mm、高 6.8mm 的厚塑料塊，模擬較大且明顯的鼓包；還有長 32.1mm、寬 24.2mm、高 2.1mm 的薄方塊，代表較為扁平、不易察覺的鼓包；以及高 5.0mm 的錐狀物，模擬不規則形狀的鼓包。

隨著核電技術不斷向更高安全性、更高效率邁進，安全殼鼓包測量系統也將迎來持續升級與廣泛應用的光明前景。

一方面，傳感器性能的提升空間巨大。科研人員將致力于進一步提高激光位移傳感器的精度，從現有的微米級向納米級甚至更高精度進發，力求捕捉到安全殼內襯最細微的變化。同時，拓展測量范圍，使其能夠適應不同型號、不同尺寸安全殼的檢測需求，無論是小型實驗堆還是大型商用核電站的安全殼，都能精準測量。在惡劣環境適應性上，通過采用更先進的材料與防護技術，讓傳感器在高溫、高輻射、高濕度的核環境中穩定運行，減少維護頻次，延長使用壽命。

另一方面，系統功能拓展將成為關鍵發展方向。與自動化技術深度融合，實現測量系統的全自動化運行，從測量端的自動移動、自動定位，到數據處理端的自動分析、自動報告生成，最大限度減少人工干預，提高檢測效率與準確性。借助人工智能算法，讓系統具備自我學習能力，能夠根據歷史檢測數據，智能預判潛在鼓包風險區域，提前進行重點監測；還能對復雜的鼓包形態進行精準識別與分類，為后續的維修決策提供詳細、精準的數據支持。

未來，我們有理由相信，隨著這些技術革新逐步實現，安全殼鼓包測量將變得更加高效、精準，為核電工業的穩健發展筑牢安全基石，讓核能這一清潔能源在保障人類能源需求的道路上安全前行。

本文參考摘抄自：徐亞明， 張宇《安全殼鼓包測量系統的設計及實現》