用于监测深海管路形变应力的传感装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提出了一种用于监测深海管路形变应力的传感装置及方法，所述传感装置包括壳体、差分式压力传感器、传感探头和连通管；本实用新型专利技术的有益技术效果是：提出了一种用于监测深海管路形变应力的传感装置，该方案能够消除深海水体引起的背景静压力对检测信号的影响，使我们能够在深海高水压条件下测量微小形变应力。变应力。变应力。

【技术实现步骤摘要】
用于监测深海管路形变应力的传感装置


[0001]本技术涉及一种深海管路在线监测技术，尤其涉及一种用于监测深海管路形变应力的传感装置。

技术介绍

[0002]随着海洋经济开发逐渐向深海迈进，对深海结构物监测需求不断增加，动态及静态下的形变应力因为直接关系到结构物健康与疲劳失效而越来越受到重视。典型的应用场景如：深海的油气管道，油气开采平台FPSO及其所应用的钢悬链线立管（SCR），深海或远海风电平台所应用的水下电缆等。
[0003]现有技术中，针对深海环境下的结构物形变检测，常见的手段有ROV定期巡检和光纤传感两种。ROV定期巡检虽然不需要基础设施建设，但是无法实现在线实时监测，并且后期人工及运维成本高；光纤传感虽然能实现在线实时监测，但是建设及设备成本高，更重要的是，光纤传感系统受振动影响大，无法在动态环境下准确测量形变应力，而且易受水下的洋流内波影响，误报率高。
[0004]陆上使用的形变及形变应力检测手段主要是以压电材料或者应变材料为主，然而，在高静压力的深海，陆上检测手段会受背景水压力的影响，无法测量微小的形变应力。

技术实现思路

[0005]针对
技术介绍
中的问题，本技术提出了一种用于监测深海管路形变应力的传感装置，其创新在于：所述传感装置包括壳体、差分式压力传感器、传感探头和连通管；
[0006]所述差分式压力传感器封装在壳体内；
[0007]所述传感探头由传感硬管和导压管组成；所述传感硬管为单端口管，传感硬管的端口与导压管的外端口连接，导压管的内端口与差分式压力传感器的第一输入口连通；传感硬管置于壳体外；传感硬管和导压管内填充有液态导压介质；壳体上设置有与导压管匹配的第一通过孔，导压管中部通过连接器一与第一通过孔连接；
[0008]所述连通管的内端口与差分式压力传感器的第二输入口连通，连通管的外端口置于壳体外；壳体上设置有与连通管匹配的第二通过孔，连通管中部通过连接器二与第二通过孔连接。
[0009]所述壳体的作用是隔绝海水、承担深海压力，对差分式压力传感器起保护效果，具体实施时，应采用具有一定强度的、耐海水腐蚀的材料制作；
[0010]所述传感探头固定在结构上用于感知结构形变，当结构发生形变，传感探头也会受迫形变，从而使内部液态导压介质的压力发生变化；
[0011]所述导压管用于连通传感探头和差分式压力传感器的第一输入口；
[0012]所述连通管用于连通外部环境水体和差分式压力传感器的第二输入口；
[0013]所述差分式压力传感器用于获取第一输入口和第二输入口所感应到的压力差。
[0014]所述连接器起密封、连接和支撑作用，可在现有技术中择优选用。
[0015]优选地，所述传感硬管的材质为钛基金属、高硅铸铁或硫化橡胶。
[0016]基于前述传感装置，本技术还提出了一种监测深海管路形变应力的方法，所涉及的硬件包括多个传感装置和处理装置；单个传感装置的结构如前所述，多个差分式压力传感器的输出部通过电气线缆与处理装置连接；具体的方法是：所述深海管路由多根管道连接而成；所述方法包括：
[0017]1）在每两根相邻管道的连接处设置一个传感装置；设置单个传感装置时，将传感硬管设置在与两根管道交界面位置对应的深海管路外壁上，传感硬管与两根管道交界面所在平面相交，传感硬管的左段通过第一抱箍固定在深海管路外壁上，传感硬管的右段通过第二抱箍固定在深海管路外壁上，两根管道的交界面位于第一抱箍和第二抱箍之间；壳体固定在深海管路外壁上；
[0018]2）投入运行后，处理装置周期性地对各个差分式压力传感器的输出信号进行识别，差分式压力传感器的输出信号超过设定的阈值，说明深海管路在相应部位发生了形变。
[0019]传统的形变及形变应力检测手段主要是以压电材料或者应变材料为主，不适合应用在大深度、高静压力的深海条件，其主要原因是：在深海条件下，传统手段所能获取到的检测信号包含了深海水体引起的背景静压力、传感器噪声和结构实际应变力，由于深海水体引起的背景静压力远大于结构实际应变力（通常情况下，深海管路的形变过程较为缓慢，应力变化也较慢），再加上传感器噪声与背景静压力成比例，这就会导致传感器噪声与结构实际应变力相近，从而严重影响传感装置的动态范围和精度。
[0020]前述监测深海管路形变应力的方法的思路是：当深海管路在外部作用下发生形变时，由于单根管道的结构强度较好，因此形变通常最先出现在相邻管道的连接处，故本技术将传感硬管设置在管道交界面位置；
[0021]当某一传感装置投入运行后，如相应管道连接处没有发生形变，差分式压力传感器所测得的对应第一输入口的信号为“背景静压力A+传感器噪声A”，同时，对应第二输入口的信号为“背景静压力B+传感器噪声B”，由于传感硬管、导压管和连通管都处于海中相同深度位置，由水体压力引起的背景静压力是相同的，因此，“背景静压力A=背景静压力B”，并且由于是同一差分式压力传感器，对应两个输入口的传感器噪声是相同的，于是有“传感器噪声A=传感器噪声B”，此时，通过差分式压力传感器的处理，对应两个输入口的信号两相抵消，最终得到的输出信号就是“0”；
[0022]当相应管道连接处发生形变时，由于传感硬管的左、右段分别通过两个抱箍固定在管道交界面两侧的管路外壁上，传感硬管的左、右段就会随交界面两侧的管道分别运动，从而使得传感硬管发生形变，导致传感硬管内的液态导压介质受到挤压，此时，差分式压力传感器所测得的对应第一输入口的信号就为“背景静压力A+传感器噪声A+传感应变力”（传感应变力即为液态导压介质受挤压产生的作用力），对应第二输入口的信号仍然是“背景静压力B+传感器噪声B”，如前所述，由于对应两个输入口的背景静压力和传感器噪声能够相互抵消，此时差分式压力传感器最终的输出信号就是“传感应变力”，依据“传感应变力”及其数值，我们就能知道相应部位是否发生形变以及形变的严重程度，实现对深海管路的在线实时监测。采用本技术方案后，可以使深海高水压引起的背景静压力和传感器噪声自我抵消，解决现有技术无法在深海高水压条件下测量微小形变应力的问题。
[0023]优选地，所述深海管路为输油管、输气管、钢悬链线立管或水下电缆。
[0024]另外，在某些应用场景下，深海管路包括主管和多根支管，针对主管和支管的连接处，本技术还提出了一种监测深海管路分叉处形变应力的方法，在此方案中，将传感硬管设置为L形，主管和支管的连接处形成监测点，在每个监测点设置一个传感装置；设置单个传感装置时，将传感硬管的竖向段通过第一抱箍固定在支管外壁上，将传感硬管的横向段通过第二抱箍固定在主管外壁上；壳体固定在深海管路外壁上；与前一方法的原理类似地，由于传感硬管的竖向段、横向段分别固定在主管和支管上，当主管和支管的连接发生弯折时，传感硬管的竖向段和横向段就会分别随着主管和支管运动，从而使得传感硬管发生形变，导致传感硬管内的液态导压介质的受力状态发生变化，根据差分式压力传感器的输出信号，我们就能知道深本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于监测深海管路形变应力的传感装置，其特征在于：所述传感装置包括壳体（1）、差分式压力传感器（2）、传感探头和连通管（5）；所述差分式压力传感器（2）封装在壳体（1）内；所述传感探头由传感硬管（3）和导压管（4）组成；所述传感硬管（3）为单端口管，传感硬管（3）的端口与导压管（4）的外端口连接，导压管（4）的内端口与差分式压力传感器（2）的第一输入口连通；传感硬管（3）置于壳体（1）外；传感硬管（3）和导压管（4）内填充有液态导压...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋继明，冯森，贾志军，杨平西，杨启，
申请(专利权)人：上海交大中海龙水下防务研究中心有限公司，
类型：新型
国别省市：