一种管道实际应力监测系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及管道应力检测与监测技术领域，尤其涉及一种管道实际应力监测系统和方法，系统包括：磁各向异性应力传感器、数据采集装置和终端；数据采集装置用于固定在待测管道的预设位置处的防腐层表面上；数据采集装置用于：利用磁各向异性应力传感器采集预设位置处的输出电压，并发送至终端；终端用于：利用预先测量的磁各向异性应力传感器的输出电压

【技术实现步骤摘要】
一种管道实际应力监测系统和方法


[0001]本专利技术涉及管道应力检测与监测
，尤其涉及一种管道实际应力监测系统和方法。

技术介绍

[0002]油气管道承担着油气资源的长输任务，倍增式发展对管网建设及运营的本质安全提出了更高要求。近年来，多起管道事故调查结果表明，由于施工问题、管材缺陷、地质灾害、腐蚀、介质压力等原因，管道本体容易形成局部应力集中区域，而这些事故则多发生在这些应力集中区域。因此，对管道本体应力集中区域进行长期、准确、实时的监测，掌握其真实的应力状态，保障管道的安全生产运行，意义重大；
[0003]目前管道本体常用的应力应变监测方式包括电阻式应变片、振弦式应变计、光纤光栅、分布式光纤等，其中采用振弦式应变计居多，但是这些传统监测手段存在以下缺点：
[0004]1)仅能获得管道应力的变化值，不能测量管道本体的残余应力，无法准确获得应变计安装之前的管道初始应力，不能直接表征管道的实际应力，直接影响应力预警阈值的确定，从而导致应力监测误报率较高；
[0005]2)这些应变计安装工艺复杂，需剥除管道防腐层，打磨管道本体等，无论是点焊还是采用粘合剂，均会损伤管道防腐层。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种管道实际应力监测系统和方法。
[0007]本专利技术的一种管道实际应力监测系统的技术方案如下：
[0008]包括磁各向异性应力传感器、数据采集装置和终端；
[0009]所述数据采集装置用于固定在待测管道的预设位置处的防腐层表面上；
[0010]所述数据采集装置用于：利用所述磁各向异性应力传感器采集所述预设位置处的输出电压，并发送至所述终端；
[0011]所述终端用于：利用预先测量的所述磁各向异性应力传感器的输出电压
‑
主应力差对应关系，得到所述预设位置的输出电压对应的主应力差，并根据所述主应力差得到所述预设位置处的实际应力值。
[0012]本专利技术的一种管道实际应力监测方法的技术方案如下：
[0013]数据采集装置利用磁各向异性应力传感器采集待测管道的预设位置处的输出电压，并发送至终端；其中，所述数据采集装置固定在所述待测管道的预设位置处的防腐层表面上；
[0014]所述终端利用预先测量的所述磁各向异性应力传感器的输出电压
‑
主应力差对应关系，得到所述预设位置的输出电压对应的主应力差，并根据所述主应力差得到所述预设位置处的实际应力值。
[0015]本专利技术的有益效果如下：
[0016]一方面，能够直接测量管道的实际应力值，另一方面，将数据采集装置用于固定在管道的防腐层表面上，无需破坏管道防腐层。
附图说明
[0017]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0018]图1为本专利技术实施例的一种管道实际应力监测系统的结构示意图；
[0019]图2为四极磁各向异性应力传感器结构示意图；
[0020]图3为四极磁各向异性应力传感器原理示意简图之一，其中，μ
x
＝μ
y
；
[0021]图4为四极磁各向异性应力传感器原理示意简图之二，其中，σ>0，μ
x
>μ
y
；
[0022]图5为等效磁阻电路图；
[0023]图6为传感器固定器结构示意图；
[0024]图7为传感器固定器将磁各向异性应力传感器固定在待测管道的结构示意图；
[0025]图8为本专利技术实施例的一种管道实际应力监测方法的流程示意图。
[0026]附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0027]1、待测管道；2、磁各向异性应力传感器；3、固定器；4、数据采集装置；5、无线传输装置；6直/交流逆变器；7、太阳能供电装置；8、蓄电池、9、太阳能供电装置；10、手机、11、计算机；12、U型励磁磁芯；13、U型检测磁芯；14、励磁线圈；15、检测线圈；16、提离检测线圈；17、线圈引线插件；18、外壳；19、管道防腐层；20、调节丝扣。
具体实施方式
[0028]如图1所示，本专利技术实施例的一种管道实际应力监测系统，包括磁各向异性应力传感器2、数据采集装置4和终端；
[0029]数据采集装置4用于固定在待测管道1的预设位置处的防腐层表面上；
[0030]数据采集装置4用于：利用磁各向异性应力传感器2采集预设位置处的输出电压，并发送至终端，预设位置可根据实际情况设置。
[0031]终端用于：利用预先测量的磁各向异性应力传感器2的输出电压
‑
主应力差对应关系，得到预设位置的输出电压对应的主应力差，并根据主应力差得到预设位置处的实际应力值。
[0032]其中，可通过提前对磁各向异性应力传感器进行实验，得到输出电压
‑
主应力差对应关系。
[0033]其中，对磁各向异性应力传感器2的解释如下：
[0034]磁各向异性应力传感器2包括U型励磁磁芯12、U型检测磁芯13、励磁线圈14、检测线圈15、提离检测线圈16、线圈引线插件17及外壳18。励磁线圈14通过励磁电流而激发磁场，在励磁磁芯中产生磁通量，该磁通量在测量试件和检测磁芯中流动，检测线圈15根据磁通量的时间变化感应出检测电压。具体以四极磁各向异性应力传感器2为例进行如下说明：
[0035]1)磁各向异性传感器应力
‑
电信号转换：
[0036]如图2所示，显示四极四极磁各向异性应力传感器2的基本结构。四极磁各向异性
应力传感器2由U型励磁磁芯12、检测磁芯、缠绕在各磁芯上的励磁线圈14[绕组Ne(匝)]和检测线圈15[匝数Nd(匝)]组成。该探头磁芯的磁极(E1，E2，D1，D2)布置在方形角上，如图3所示。
[0037]在具有正磁致伸缩常数的铁磁体中，由于反磁致伸缩效应，当施加拉伸应力时，相对磁导率在施加方向上增大，使该方向成为易磁化轴，如图4所示。
[0038]其中R1、R2、R3、R4分别是各磁极间试件的等效磁阻。一般情况下R1＝R4、R2＝R3。当励磁频率为f的励磁电流I
e
流过励磁线圈14时，在励磁磁芯中产生磁通量，该磁通量在测量试件和检测磁芯中流动，检测线圈15根据磁通量的时间变化感应出检测电压V
d
。
[0039]对于具有磁各向异性的测量对象，测量对象内的磁阻根据方向的不同而具有不同的大小。通过在被测物体上旋转四极磁各向异性应力传感器2，可以知道主应力方向。通过预先测量四极磁各向异性应力传感器2的输出电压—主应力差特性，通过校准，可以将输出电压转换为主应力差，即测量的主应力差。
[0040]2)等效磁阻电路：
[0041]图5显示了由四极磁各向异性应力传感器2和测量对象制成的磁等效电路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管道实际应力监测系统，其特征在于，包括磁各向异性应力传感器、数据采集装置和终端；所述数据采集装置用于固定在待测管道的预设位置处的防腐层表面上；所述数据采集装置用于：利用所述磁各向异性应力传感器采集所述预设位置处的输出电压，并发送至所述终端；所述终端用于：利用预先测量的所述磁各向异性应力传感器的输出电压
‑
主应力差对应关系，得到所述预设位置的输出电压对应的主应力差，并根据所述主应力差得到所述预设位置处的实际应力值。2.根据权利要求1所述的一种管道实际应力监测系统，其特征在于，还包括传感器固定器，所述数据采集装置通过所述传感器固定器固定在所述待测管道的预设位置处的防腐层表面上。3.根据权利要求2所述的一种管道实际应力监测系统，其特征在于，所述传感器固定器为带卡扣调节的片状钢带。4.根据权利要求1至3任一项所述的一种管道实际应力监测系统，其特征在于，还包括无线传输装置，所述数据采集装置通过所述无线传输装置，将采集到的所述预设位置的输出电压，发送至所述终端。5.根据权利要求1至3任一项所述的一种管道实际应力监测系统，其特征在于，还包括太...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晁，程亚宇，贾光明，燕冰川，郑健峰，陈健，李睿，陈朋超，姜南，李中林，詹一为，
申请(专利权)人：国家管网集团北方管道有限责任公司，
类型：发明
国别省市：