[发明专利]一种实时监测管道形变与姿态的系统及方法

权利要求书

1.一种实时监测管道形变与姿态的方法，其特征是：该方法采用的实时监测管道形变与姿态的系统，至少包括：数据采集节点(2)、数据汇聚节点(3)、服务器(4)；所述的数据采集节点(2)用于与管道(5)的表面固定；所述的数据采集节点(2)包括姿态角传感器(1)、数据采集节点微处理器(6)、第一短距离无线传输模块(7)，通过姿态角传感器(1)测得管道(5)的变化姿态角，再通过短距离无线传输模块(7)将数据传送到数据汇聚节点(3)；数据汇聚节点(3)包括第二微处理器(301)、第二短距离无线传输模块(302)、长距离无线传输模块(303)，数据汇聚节点(3)作为数据中转站，用第一短距离无线传输模块(7)接受来自数据采集节点(2)数据，再由长距离无线传输模块(303)将数据发送给服务器(4)；服务器(4)用于对管道(5)的形变实时显示；所述的姿态角传感器(1)间隔安装在水平管道(5)的上表面，使姿态角传感器(1)的Y轴平行于管道的轴线，相应的X轴垂直于管道的轴线；为了得到管道(5)整体形态，管道(5)顶部有第一个姿态角传感器，对称于第一个姿态角传感器有左下姿态角传感器和右下姿态角传感器，3个姿态角传感器(1)按管道(5)周向布置形成姿态角传感器阵列，3个姿态角传感器以120度分布；

该方法步骤包括：

1)当管道没有发生形变时，姿态角传感器给出X轴、Y轴方向的姿态角初始数据；

2)当管道发生弯曲变形时，姿态角传感器的Y轴方向的姿态角变化量为变化后的Y轴与初始Y轴产生的夹角；

3)当管道发生扭转变形时，姿态角传感器1的X轴方向的姿态角变化量为变化后的X轴与初始X轴产生的夹角；

4)当管道既发生弯曲变形又发生扭转变形时，姿态角传感器X轴和Y轴两个姿态角都会发生改变；两个方向的姿态角变化量就是两种形变测得各自的姿态角变化量；扭转的变形程度可直接由姿态角变化的大小进行表示，对于管道弯曲变形，利用一段管道上姿态角传感器布置点处的挠度就可以求得整个管道的挠度曲线，挠度曲线就是整个管道的弯曲形态。

2.根据权利要求1所述的一种实时监测管道形变与姿态的方法，其特征是：所述的管道弯曲变形，将管道安装的姿态角传感器阵列最上层姿态角传感器Y轴、左下姿态角传感器和右下姿态角传感器Y轴的姿态角变化量转化为挠度进行表示，再将这些挠度进行拟合得到三条挠曲线，对三条挠曲线进行曲面拟合给出整个管道的变形形态。

3.根据权利要求1所述的一种实时监测管道形变与姿态的方法，其特征是：所述的挠度进行拟合包括：读出Y轴的姿态角变化量，在管道上姿态角传感器阵列沿管道间隔布置，设A1位置为坐标原点，已知姿态角传感器阵列Ai在X轴上的坐标Xi，则根据姿态角传感器读数θi和坐标值Xi，利用解三角形的方法求出挠曲线近似解；当满足工程实践测量精度要求时，该近似解将成为管道发生弯曲变形值；

挠曲线近似解的方法是：设定与X轴顺时针夹角为正，与X轴逆时针夹角为负，已知角度θ1与A2点的坐标X2，根据三角关系，A2处的挠度w2＝X2tanθ1；根据递推公式，求出其他姿态角传感器处的挠度值，式中i从2开始计算；

wi+1＝wi+(Xi+1-Xi)tanθi。