一种埋地管道非接触式应力实时监测方法技术

本发明专利技术公开一种埋地管道非接触式应力实时监测方法，包括以下步骤：选取与埋地管道相同材质、管径和壁厚的管道进行提离效应测试，获得多组提离高度下的提离磁场梯度模量；利用matlab拟合G1‑h关系曲线，得到提离梯度模量与提离高度的定量关系式中参数a1、b1、a2、b2的数值大小；将非接触式检测装置放置于埋地管道的正上方，得到该埋地管道的磁场梯度模量；最后根据上述得到的埋地管道的磁场梯度模量计算埋地管道的实时应力。本发明专利技术克服应力‑应变片监测只能反应管道的应力变化值以及接触式监测方式在现场安装使用受限的问题；从而避免管道发生过大荷载与应力作用下的失效与断裂事故。

A Non-contact Real-time Stress Monitoring Method for Buried Pipeline

【技术实现步骤摘要】
一种埋地管道非接触式应力实时监测方法
本专利技术涉及一种埋地管道非接触式应力实时监测方法，属于埋地管道应力监测领域。
技术介绍
目前，针对埋地管道应用较广泛的监测方式为应力-应变片监测。如图1所示，常用的应变片由迭层薄膜、金属电阻片和塑料薄膜组成。将应变片贴在被测管道上，通过测量金属电阻片的阻值变化，对管道的应力值变化进行测定，从而实现管道应力的监测。现在现有的监测存在以下缺点:(1)根据应变片的原理，应力-应变片监测不能确定被测管道的初始应力值σ0，它主要对压力与荷载引起的应力变化值进行响应，因而不能反应管道的真实应力状态，无法确定管道的安全状况；(2)同时，应力-应变片监测采用的是接触式监测方式，针对埋地管道必须进行开挖，限制了在复杂地质环境中的应用，且增加了安装难度和费用。
技术实现思路
本专利技术主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种埋地管道非接触式应力实时监测方法，该方法克服应力-应变片监测只能反应管道的应力变化值以及接触式监测方式在现场安装使用受限的问题；从而避免管道发生过大荷载与应力作用下的失效与断裂事故。本专利技术解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种埋地管道非接触式应力实时监测方法，包括以下步骤：步骤S10、选取与埋地管道相同材质、管径和壁厚的管道进行提离效应测试，获得多组提离高度h下的提离磁场梯度模量G1；步骤S20、利用matlab拟合G1-h关系曲线，得到提离梯度模量G1与提离高度h的定量关系式中参数a1、b1、a2、b2的数值大小；所述定量关系式为：式中：G1为提离磁场梯度模量；h为提离高度；a1、b1、a2、b2分别为参数。步骤S30、将非接触式检测装置放置于埋地管道的正上方，得到该埋地管道的磁场梯度模量G；步骤S40、最后根据上述得到的埋地管道的磁场梯度模量G计算埋地管道的实时应力σ，其计算公式为：式中：σ为实时应力；β为与管道埋深有关的磁信号变换系数；DQ为埋地管道背景磁场的梯度模量；h1是指埋地管道的埋深；h0是指标准高度，取值为1m；a1、b1、a2、b2分别为参数。进一步的技术方案是，所述非接触式检测装置包括非接触式应力监测仪、通过通讯扩展线与非接触式应力监测仪连接的数据采集器、通过网线与数据采集器连接的工业路由器、逆变控制器、蓄电池、电源控制器、通过电源线连接在电源控制器上的太阳能板，所述数据采集器、工业路由器分别接入逆变控制器，所述逆变控制器、蓄电池通过电源线并联接入电源控制器，所述非接触式应力监测仪的两端分别设有三轴磁阻传感器。进一步的技术方案是，所述三轴磁阻传感器为AMR三轴磁阻传感器，其AMR三轴磁阻传感器包括依次电连接的惠斯通电桥、运算放大器、滤波器、模数转换器和USB芯片。进一步的技术方案是，所述非接触式应力监测仪与埋地管道垂直。进一步的技术方案是，所述步骤S10中通过监测仪测量管道的提离磁场梯度模量G1。进一步的技术方案是，所述提离高度h为监测仪到管道中心之间的高度。本专利技术具有以下优点：(1)基于建立的铁磁材料的力-磁定量关系，将监测得到的管道磁场梯度模量转化为管道应力值，从而实现管道当前真实应力状态的监测；(2)基于建立的应力状态危险系数SDC计算模型表征管道的应力集中危险程度，并设定了监测分级响应状态，实现应力超标情况下的紧急预警；(3)非接触式应力实时监测与预警系统采用地面安装的方式，相较于应变片接触式监测，节省了开挖安装成本，在传感器故障维修时维修费用更低。附图说明图1是现有技术中应变片组成图；图2是提离效应测试实验图；图3是非接触式检测装置放置于埋地管道的示意图；图4是非接触式检测仪采集磁感应强度三分量的示意图；图5是非接触式检测装置的结构示意图；图6是AMR三轴磁阻传感器的示意图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术做更进一步的说明。本专利技术的一种埋地管道非接触式应力实时监测方法，包括以下步骤：步骤S10、(如图2所示)选取与埋地管道相同材质、管径和壁厚的管道进行提离效应测试，获得多组提离高度h下的多组提离磁场梯度模量G1；步骤S20、利用matlab拟合G1-h关系曲线，得到提离梯度模量G1与提离高度h的定量关系式中参数a1、b1、a2、b2的数值大小；所述定量关系式为：式中：G1为提离磁场梯度模量；h为提离高度；a1、b1、a2、b2分别为参数。采用上述的方法对材质为L360，管道规格为Φ508×9mm的钢管进行实验，得到a1、b1、a2、b2分别为15170、12.73、-1.01、0.686，即变换系数β的定量关系式为：步骤S30、(如图3所示)将非接触式检测装置放置于埋地管道的正上方，非接触式检测装置放置方向为管道的径向方向，得到该埋地管道的磁场梯度模量G；具体的是：如图4所示，采集同一管道截面两侧两个测点的磁感应强度三分量Bx、By和Bz；其中X方向为管道的径向水平方向，Y方向为管道的轴向方向，Z方向为管道的竖直方向；然后以下公式计算得到该管道截面的磁感应强度三分量沿垂直于管道轴向(X方向)的梯度以及磁场梯度模量G：式中：i为磁感应强度的x，y，z方向；Bi1为1号传感器i方向的磁感应强度；Bi2为2号传感器i方向的磁感应强度；l为监测仪的长度；步骤S40、最后根据上述得到的埋地管道的磁场梯度模量G计算埋地管道的实时应力σ，其计算公式为：式中：σ为实时应力；β为与管道埋深有关的磁信号变换系数；DQ为埋地管道背景磁场的梯度模量；h1是指埋地管道的埋深；h0是指标准高度，取值为1m；a1、b1、a2、b2分别为参数。其中埋地管道背景磁场的梯度模量DQ通过非接触式检测装置得到埋地管道所在地点的背景磁场。其中上述步骤S40得到每个实时磁场梯度模量G对应的实时应力σ，其中在监测中在本实施例的基础上还可以进行危险状态预警；具体的是：先通过上述步骤S40中得到的实时应力σ计算应力状态危险系数SDC，其计算公式如下：SDC＝-0.6245ln(σ)+1.5然后根据应力状态危险系数SDC确定当前管道的监测状态，并预警；管道的监测状态分级如表1所示；表2监控分级响应状态SDC值安全状况监测状态(0，0.2]高风险紧急预警(0.2，0.6]中风险重点监控(0.6，1)低风险正常运行如图5所述，所述非接触式检测装置包括非接触式应力监测仪1、通过通讯扩展线3与非接触式应力监测仪1连接的数据采集器4、通过网线5与数据采集器连接4的工业路由器6、逆变控制器11、蓄电池10、电源控制器9、通过电源线8连接在电源控制器9上的太阳能板7，所述数据采集器4、工业路由器6分别接入逆变控制器11，所述逆变控制器11、蓄电池10通过电源线并联接入电源控制器9，所述非接触式应力监测仪1的两端分别设有三轴磁阻传感器2。本检测装置的工作过程是：如图3所示，将非接触式应力监测仪1沿管道的水平径向方向放置在埋地管道的正上方，非接触式应力监测仪1两端的1号传感器和2号传感器分别采集到埋地管道两侧的两个测点的磁感应强度三分量，并传输到数据采集器4，通过数据采集器4的计算模块得到磁场梯度模量；如图6所示，所述三轴磁阻传感器为AMR三轴磁阻传感器，其AMR三轴磁阻传感器包括依次电连接的惠斯通电桥、运算放大器、滤波器、模数转换器和USB芯片。惠斯通电桥用于将测量管道的磁信号转换成电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种埋地管道非接触式应力实时监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S10、选取与埋地管道相同材质、管径和壁厚的管道进行提离效应测试，获得多组提离高度h下的提离磁场梯度模量G1；步骤S20、利用matlab拟合G1‑h关系曲线，得到提离梯度模量G1与提离高度h的定量关系式中参数a1、b1、a2、b2的数值大小；所述定量关系式为：

【技术特征摘要】
1.一种埋地管道非接触式应力实时监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S10、选取与埋地管道相同材质、管径和壁厚的管道进行提离效应测试，获得多组提离高度h下的提离磁场梯度模量G1；步骤S20、利用matlab拟合G1-h关系曲线，得到提离梯度模量G1与提离高度h的定量关系式中参数a1、b1、a2、b2的数值大小；所述定量关系式为：式中：G1为提离磁场梯度模量；h为提离高度；a1、b1、a2、b2分别为参数。步骤S30、将非接触式检测装置放置于埋地管道的正上方，得到该埋地管道的磁场梯度模量G；步骤S40、最后根据上述得到的埋地管道的磁场梯度模量G计算埋地管道的实时应力σ，其计算公式为：式中：σ为实时应力；β为与管道埋深有关的磁信号变换系数；DQ为埋地管道背景磁场的梯度模量；h1是指埋地管道的埋深；h0是指标准高度，取值为1m；a1、b1、a2、b2分别为参数。2.根据权利要求1所述的一种埋地管道非接触式应力实时监测方法，其特征在于，所述非接触式检测装置包括非接触式应力监测仪、...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖柯熹，何腾蛟，何国玺，赵建华，杨淑婷，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51