[发明专利]一种管体变形状态实时监测方法及系统

权利要求书

1.一种管体变形状态实时监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：建立基于传感器灵敏度的参数设计模型，确定金属导线传感器的性能参数；所述性能参数包括金属导线传感器的缠绕角度、电阻率、半径；

S2：根据管体的结构和尺寸确定传感器的布置位置和测点数量，将光纤光栅传感器和所述金属导线传感器固定在管体内部；

S3：分别建立管体在正常变形和局部异常变形状态下光纤光栅传感器、金属导线传感器的输出信号的计算模型，将正常变形状态下光纤光栅传感器输出信号的最大值设定为波长阈值，将正常变形状态下金属导线传感器输出信号的最大值设定为电流阈值；

S4：实时获取光纤光栅传感器和金属导线传感器的输出信号并将其与特征阈值进行比较，并根据预设的评判准则对管体状态进行评估；所述评判准则为：

当光纤光栅传感器的波长变化量小于波长阈值且金属导线传感器的电流变化量小于电流阈值时，判定管体处于正常状态；

当局部光纤光栅传感器的波长变化量大于波长阈值且金属导线传感器的电流变化量小于电流阈值时，判定管体已产生局部异常变形，并发出可能失效预警；

当局部光纤光栅传感器的波长变化量大于波长阈值且金属导线传感器的电流变化量大于电流阈值时，判定管体即将破裂失效，并发出已经失效警报。

2.如权利要求1所述的管体变形状态实时监测方法，其特征在于，步骤S2中具体包括：将所述光纤光栅传感器以埋入或表贴的方式布置在管体内部，将所述金属导线传感器按照一定的缠绕角度缠绕在管体内部。

3.如权利要求1所述的管体变形状态实时监测方法，其特征在于，所述参数设计模型为：

式中，ΔI_b为管体在局部异常状态下的电流变化量；

U为电源电压；

ρ为金属导线传感器的电阻率；

L_b为局部异常变形区域沿管体轴向上的长度；

r为金属导线传感器的半径；

Δr为金属导线局部的径向磨损量；

R_x为限流电阻；

为金属导线传感器的缠绕角度。

4.如权利要求3所述的管体变形状态实时监测方法，其特征在于，所述金属导线传感器和光纤光栅传感器的横截面的半径为0.25-1mm，金属导线传感器的缠绕角度为55°44'。

5.一种管体变形状态实时监测系统，其特征在于，包括光纤光栅传感列阵、金属导线传感器、光纤光栅解调仪、前置电路和上位机；

所述光纤光栅传感列阵安装在管体内部并通过传输光纤与光纤光栅解调仪相连，所述光纤光栅解调仪将光纤光栅传感列阵采集的波长变化量进行解调后传输至上位机；

所述金属导线传感器按照一定的缠绕角度缠绕在管体内部，所述前置电路将金属导线传感器采集的电流变化量进行处理后传输至上位机；

所述上位机获取并显示所述波长变化量和电流变化量，并根据预设的评判规则对管体状态进行评估；所述评判准则为：

当光纤光栅传感器的波长变化量小于波长阈值且金属导线传感器的电流变化量小于电流阈值时，判定管体处于正常状态；所述波长阈值为正常变形状态下光纤光栅传感器输出信号的最大值，所述流阈值为正常变形状态下金属导线传感器输出信号的最大值；

当局部光纤光栅传感器的波长变化量大于波长阈值且金属导线传感器的电流变化量小于电流阈值时，判定管体已产生局部异常变形，并发出可能失效预警；

当局部光纤光栅传感器的波长变化量大于波长阈值且金属导线传感器的电流变化量大于电流阈值时，判定管体即将破裂失效，并发出已经失效警报。

6.如权利要求5所述的管体变形状态实时监测系统，其特征在于，所述光纤光栅传感列阵包括沿管体轴向布置的多个光纤通道，每个所述光纤通道通过一条传输光纤与光纤光栅解调仪相连；每个光纤通道包括多个串联的光纤光栅传感器。

7.如权利要求5或6所述的管体变形状态实时监测系统，其特征在于，所述前置电路包括依次相连的直流可调电源、限流电阻和电流检测仪；所述直流可调电源的一端与金属导线传感器的一端相连，金属导线传感器的另一端与电流检测仪相连。

8.如权利要求7所述的管体变形状态实时监测系统，其特征在于，所述金属导线传感器和光纤光栅传感器的横截面的半径为0.25-1mm，金属导线传感器的缠绕角度为55°44'。