本发明专利技术属于环境参数监测技术领域，涉及一种海水管路工况参数在线监测装置及方法，多功能的水凝胶传感器基于导电水凝胶宽响应区间的温度/应力敏感性对外部刺激信号进行转换，可应用于水下环境场景，安装于海水管路上，能够进行智能化的在线监测感知技术评价试验，加热/冷却海水管路复杂构件内部海水介质，测定温度变化情况下的传感模块信号数值，由信号处理器依据标准曲线生成可视化参数数值，通过观察数据显示器在线监测海水管路内部海水介质温度变化情况，同时计算实际参数相对误差和识别转化灵敏度，分析工况参数传感功能的信号准确度；其能够实现温度、流速、颗粒物含量和异物撞击监测感知，减少海水管路系统元器件数量及载荷负担。载荷负担。
【技术实现步骤摘要】
一种海水管路工况参数在线监测装置及方法
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[0001]本专利技术属于环境参数监测
，涉及一种海水管路工况参数在线监测装置及方法，实现海水流动环境下的复杂构件工况参数在线感知监测。
技术介绍
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[0002]海水管路内部通常情况下都是处于流体冲刷、介质变化并伴随温度波动的复杂状态，易引发管路异常腐蚀问题，制约海水管路功效发挥。针对海水管路内部工况环境进行参数变化和异常问题的全方位监测控制，对于探索合理的海水管路腐蚀控制策略、精准监测海洋装备管路系统腐蚀部位有重要的现实意义。
[0003]在现有技术中，海水管路环境参数监测通常采用在直管段等易打孔部位进行器件布置安装等手段，通过电磁流量法、平均管程温度测量法对设备构件工况参数变化进行监测。而复杂构件及小型管路设备的环境参数监测仍大量使用热电偶、液体流量计等器件进行内部单一数值计量，存在工况参数异常问题在线监测功能集成化程度较低，构件内部海水环境工况参数监测手段不足等缺陷。例如，中国专利201922207552.0公开的一种具有流速监测功能的废水输送管道监测装置，包括监测单元、安装件和连接轴，所述监测单元的一侧贯穿有入液管，且监测单元的另一侧设置有出液管，并且监测单元的上表面固定有连接板，所述安装件安装于连接板的中间位置，且安装件的底部开设有限位槽，所述限位槽的内部贯穿有限位块的一端，且限位块的另一端连接有挤压弹簧，所述限位块的上表面固定有拨块，且拨块的外侧开设有滑槽，并且拨块与限位块之间为焊接连接，所述连接轴设置于安装件的内部，且连接轴的一端安装有流量计，并且连接轴的另一端安装有扇叶，所述安装件的内部固定有固定杆，且安装件的外壁设置有密封板。其虽然具备流速监测功能，但是，使用过程中不便于拆分检修，对流速监测的精确性较差且功能单一，影响实用性。随着新型海水管路环境参数监测技术的革新与进步，将传统数据采集与实验室分析相结合的监测设备和方法已经不能满足海水管路工况参数监测的基本需求，环境监测系统正向着自动化、智能化以及网络化的方向发展。因此，研发设计一种海水管路工况参数在线监测装置及方法，基于传感器网络进行海水环境参数监测，具有成本低、可靠性强、适应性强、拓展能力强等优点，市场前景广阔。
技术实现思路
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[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种海水管路工况参数在线监测装置及方法，实现内部工况环境参数变化、异物撞击监测，拓宽海水管路工况参数监测的区域条件和感知灵敏度。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术涉及的海水管路工况参数在线监测装置的主体结构包括海水管路上设置的水凝胶传感器，与水凝胶传感器连接的信号处理器，以及与信号处理器连接的数据显示器；其中，水凝胶传感器的主体结构包括外壳前端部设置的芯片，芯片内外表面设置的保护层，任一直径两端设置的信号传输导线，以及外壳与信号传输导线之间
设置的固定层；此外，芯片集成有海水管路温度、流速、颗粒物含量和异物撞击四种功能化传感模块，其中，流速、颗粒物含量合异物撞击传感模块将流体冲击的应变量转化为电化学信号，对海水管路1的工况参数进行在线监测；温度传感模块通过保护层外表面覆盖的高热传导系数的硬质片层，消除导电水凝胶应变干扰因素，对海水环境温度变化情况进行监测。
[0006]本专利技术涉及的芯片位于水凝胶传感器的前端，与海水管路内流动海水接触；芯片的材质为常规温度/应变敏感型导电水凝胶；保护层的材质为柔性聚二甲基硅氧烷；固定层的材质为环氧树脂，将芯片密封固定于外壳的前端，使其实时传输流动海水环境参数响应信号至信号处理单元。
[0007]本专利技术涉及的海水管路工况参数在线监测方法，基于海水管路工况参数在线监测装置实施，具体工艺工程如下：
[0008](1)组装：首先，将水凝胶传感器安装于待监测的海水管路上，然后，将水凝胶传感器与信号处理器连接，最后，将信号处理器与数据显示器连接；
[0009](2)模拟：测定收集模拟温度、流速和颗粒物含量变化和不同尺寸异物撞击环境下的电化学信号，建立数据库，编制信号分析程序，将电化学信号数值转化为可视化参数；
[0010](3)测试：通过水凝胶传感器监测海水管路的内部温度、流速、颗粒物含量变化和不同尺寸异物撞击情况下的传感模块信号数值，分析信号数据稳定性和准确度，具体地，芯片通过材料温度/应变敏感响应特性将自身电导率与外界环境参数建立特性方程，并将材料电导率变化数据与海水管路的工况参数换算，实现海水管路内部温度、流速和颗粒物含量变化和不同尺寸异物撞击信号数值的分析转化。
[0011]本专利技术与现有技术相比，多功能的水凝胶传感器基于导电水凝胶宽响应区间的温度/应力敏感性对外部刺激信号进行转换，可应用于水下环境场景，安装于海水管路上，能够进行智能化的在线监测感知技术评价试验，加热/冷却海水管路复杂构件内部海水介质，测定温度变化情况下的传感模块信号数值，由信号处理器依据标准曲线生成可视化参数数值，通过观察数据显示器在线监测海水管路内部海水介质温度变化情况，同时计算实际参数相对误差和识别转化灵敏度，分析工况参数传感功能的信号准确度；其结构简单，制作和使用成本低，通过功能化传感模块，建立温度、流速等常见工况参数的信号数据库，能够实现温度、流速、颗粒物含量和异物撞击监测感知，减少海水管路系统元器件数量及载荷负担，且监测过程中的电化学信号稳定，能够实时监控参数。
附图说明：
[0012]图1为本专利技术的主体结构原理示意图。
[0013]图2为本专利技术涉及的水凝胶传感器的结构原理示意图。
[0014]图3为本专利技术涉及的水凝胶传感器的实物图。
[0015]具体实施方法：
[0016]下面结合附图并结合具体实施方法对本专利技术做进一步的说明。
[0017]实施例1：
[0018]本实施例涉及的海水管路工况参数在线监测装置的主体结构如图1所示，包括海水管路1、水凝胶传感器2、导线3、信号处理器4和数据显示器5；海水管路1上设置有圆柱状结构的水凝胶传感器2，水凝胶传感器2通过导线3与信号处理器4连接，信号处理器4与数据
显示器5连接。
[0019]本实施例涉及的水凝胶传感器2的尺寸为Φ15
×
40mm，主体结构如图2所示，包括外壳21、芯片22、保护层23、信号传输导线24和固定层25；外壳21的前端部设置有芯片22，芯片22的内外表面均设置有保护层23，任一直径两端设置的信号传输导线24沿着外壳21的内壁向外延伸，外壳21与信号传输导线24之间设置有固定层25；固定层25采用常规EP环氧树脂浇筑固化形成。
[0020]本实施例涉及的海水管路工况参数在线监测装置使用时的过程如下：
[0021](1)组装：首先，选用直径Φ80mm的标准90
°
弯头构件作为待监测的海水管路1，在其上开孔，将水凝胶传感器2旋紧固定于开孔处，然后，通过导线3将水凝胶传感器2与信号处理器4连接，最后，将信号处理器4与数据显示器5连接，开启外接电源；
[0022]本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种海水管路工况参数在线监测装置，主体结构包括海水管路上设置的水凝胶传感器，与水凝胶传感器连接的信号处理器，以及与信号处理器连接的数据显示器；其特征在于，水凝胶传感器的主体结构包括外壳前端部设置的芯片，芯片内外表面设置的保护层，任一直径两端设置的信号传输导线，以及外壳与信号传输导线之间设置的固定层。2.根据权利要求1所述的一种海水管路工况参数在线监测装置，其特征在于，水凝胶传感器的尺寸为Φ15
×
40mm。3.根据权利要求1或2所述的一种海水管路工况参数在线监测装置，其特征在于，芯片集成有海水管路温度、流速、颗粒物含量和异物撞击四种功能化传感模块，其中，流速、颗粒物含量合异物撞击传感模块将流体冲击的应变量转化为电化学信号，对海水管路的工况参数进行在线监测；温度传感模块通过保护层外表面覆盖的高热传导系数的硬质片层，消除导电水凝胶应变干扰因素，对海水环境温度变化情况进行监测。4.根据权利要求3所述的一种海水管路工况参数在线监测装置，其特征在于，芯片位于水凝胶传感器的前端，与海水管路内流动海水接触；芯片的材质为常规温度/应变敏感型导电水凝胶；保护层的材质为柔性聚二甲基硅氧烷；固定层的材质为环氧树脂，将芯片密封固定于外壳的前端，使其实时传输流动海水环境参数响应信号至信号处理单元。5.根据权利要求3所述的一种海水管路工况参数在线监测装置，其特征在于，进行海水管路工况参数在线监测的具体工艺工程如下：(1)组装：首先，将水凝胶传感器安装于待监测的海水管路上，然后，将水凝胶传感器与信号处理器连接，最后，将信号处理器与数据显示器连接；(2)模拟：测定收集模拟温度、流速和颗粒物含量变化和不同...
【专利技术属性】
技术研发人员：张一晗，张海兵，马力，李青音，李祯，邢少华，
申请(专利权)人：洛阳船舶材料研究所中国船舶集团有限公司第七二五研究所，
类型：发明
国别省市：
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