Abstract

Transmission of information using elastic ultrasonic waves on existing metallic pipes provides an alternative communication option for a nuclear facility. The advantages of this approach consist of transmitting information through barriers, such as the containment building wall, with minimal modification of the existing hardware. Because bit rates on the order of kilobits per second are achievable, relatively large volumes of data, such as images, can be transmitted. A viable candidate for an ultrasonic communication channel is a stainless steel pipe of the chemical volume control system (CVCS) that penetrates through the reactor containment building wall through a sealed tunnel. To study ultrasonic communication under simulated nuclear facility conditions of high temperature, a test article was developed by installing heating tapes, temperature controllers, and thermal insulation on a laboratory CVCS-like stainless steel pipe. High temperature and radiation-resilient lithium niobate ultrasonic transducers were utilized for information transmission on the heated pipe. The amplitude shift keying (ASK) digital communication protocol was developed and implemented in a GNU Radio software–defined radio environment. A root-raised-cosine filter was introduced to suppress ultrasonic transducer ringing and thus reduce inter-symbol interference. This resulted in the enhancement of the data transmission bit rate compared to information encoding with square pulses. Demonstrations of communication at high temperature included transmission of a 90-KB image at the bit rate of 10 Kbps with a bit error rate of 10⁻³ across a 6-ft-long straight pipe heated up to 230°C. Additional preliminary studies were conducted to evaluate ultrasonic communication system resilience to environmental degradation and damage.

摘要

使用弹性超声波在现有金属管道上传输信息为核设施提供了另一种通信选择。这种方法的优点在于，只需对现有硬件进行最小程度的修改，即可通过障碍物（例如安全壳建筑墙）传输信息。因为可以达到每秒千比特的比特率，所以可以传输相对大量的数据，例如图像。超声波通信通道的可行候选方案是化学物质体积控制系统（CVCS）的不锈钢管，该不锈钢管通过密封隧道穿透反应堆安全壳建筑壁。为了研究在高温模拟核设施条件下的超声通信，通过安装加热带开发了一种测试物品，温度控制器和类似实验室CVCS的不锈钢管上的隔热材料。高温和耐辐射的铌酸锂超声换能器用于在加热管上进行信息传输。幅度移位键控（ASK）数字通信协议是在GNU Radio软件定义的无线电环境中开发和实现的。引入了根升余弦滤波器以抑制超声换能器振铃，从而减少符号间干扰。与使用方脉冲编码的信息相比，这导致了数据传输比特率的提高。高温通信的演示包括以10 Kbps的比特率和10的误码率传输90 KB的图像 高温和耐辐射的铌酸锂超声换能器用于在加热管上进行信息传输。幅度移位键控（ASK）数字通信协议是在GNU Radio软件定义的无线电环境中开发和实现的。引入了根升余弦滤波器以抑制超声换能器振铃，从而减少符号间干扰。与使用方脉冲编码的信息相比，这导致了数据传输比特率的提高。高温通信的演示包括以10 Kbps的比特率和10的误码率传输90 KB的图像 高温和耐辐射的铌酸锂超声换能器用于在加热管上进行信息传输。幅度移位键控（ASK）数字通信协议是在GNU Radio软件定义的无线电环境中开发和实现的。引入了根升余弦滤波器以抑制超声换能器振铃，从而减少符号间干扰。与使用方脉冲编码的信息相比，这导致了数据传输比特率的提高。高温通信的演示包括以10 Kbps的比特率和10的误码率传输90 KB的图像 幅度移位键控（ASK）数字通信协议是在GNU Radio软件定义的无线电环境中开发和实现的。引入了根升余弦滤波器以抑制超声换能器振铃，从而减少符号间干扰。与使用方脉冲编码的信息相比，这导致了数据传输比特率的提高。高温通信的演示包括以10 Kbps的比特率和10的误码率传输90 KB的图像 幅度移位键控（ASK）数字通信协议是在GNU Radio软件定义的无线电环境中开发和实现的。引入了根升余弦滤波器以抑制超声换能器振铃，从而减少符号间干扰。与使用方脉冲编码的信息相比，这导致了数据传输比特率的提高。高温通信的演示包括以10 Kbps的比特率和10的误码率传输90 KB的图像 与使用方脉冲编码的信息相比，这导致了数据传输比特率的提高。高温通信的演示包括以10 Kbps的比特率和10的误码率传输90 KB的图像 与使用方脉冲编码的信息相比，这导致了数据传输比特率的提高。高温通信的演示包括以10 Kbps的比特率和10的误码率传输90 KB的图像^-3英尺长的6英尺长直管加热到230°C。进行了其他初步研究，以评估超声通信系统对环境退化和破坏的适应性。