[发明专利]一种海底管道竖向弯曲检测方法

权利要求书

1.一种海底管道竖向弯曲检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、准备球形检测器，球形检测器中包括固定板以及固定在固定板上的电路板和加速度传感器，加速度传感器固定在靠近球形检测器半径中点的位置；

S2、使得球形检测器在管道中做定轴滚动；

S3、记管道的坐标系为O₁-X₁Y₁Z₁，加速度计的坐标系为O₂-X₂Y₂Z₂，球形检测器的坐标系为O₃-X₃Y₃Z₃；坐标系O₁-X₁Y₁Z₁的原点O₁固定在球心O₃处，坐标系O₁-X₁Y₁Z₁不随球形检测器旋转；当球形检测器在管道中向前滚动时，球形检测器能够稳定地绕Y₂轴和Y₃轴做定轴滚动；记加速度计Z₂轴和球形检测器坐标系Z₃轴的夹角为θ，也即是X₂轴和X₃轴的夹角；球形检测器的旋转角频率为ω₁；加速度计与旋转平面中心的距离为r₀；

S4、通过理论计算可知，与球形检测器旋转轴重合的敏感轴Y₂轴的加速度分量为0，信息将完全转移到另外两个敏感轴上；同时另外两轴交流分量幅值相等，直流分量的值与θ、ω₁和r₀有关；当球形检测器经过弯曲管道时，滚动速度会发生变化，ω₁就会发生改变，引起加速度的交流成分的频率和直流分量的改变；

S5、r₀取0.5r，即加速度传感器在半径中点处，θ取135°，从而保证加速度的直流分量足够大，以提高弯曲检测的灵敏度；

S6、利用X轴和Z轴加速度的交流成分的频率或直流成分的幅值推测出管道弯曲的存在；

S7、利用算法识别管道弯曲的方向，假设球形检测器内加速度计获得的X₂轴和Z₂轴的数据分别为a_X和a_Z，提取a_X和a_Z的直流分量并做差，可获得差分直流分量，如果差分直流分量呈现先增大后减小的趋势表示管道向下弯曲，如果呈现先减小后增大的趋势则表示管道向上弯曲；假设球形检测器内加速度计获得的X₂轴和Z₂轴的数据分别为a_X和a_Z，提取a_X和a_Z的交流分量即瞬时频率，做差后可获得差分瞬时频率，如果差分瞬时频率呈现先增大后减小的趋势表示管道向下弯曲，如果呈现先减小后增大的趋势则表示管道向上弯曲；并且，采用峰谷识别的方法提取直流分量，首先提取a_X和a_Z所有的峰值a_{max 1}a_{max 2}…a_{max n}和谷值a_{min 1}a_{min 2}…a_{min n}，每一个峰值a_{max n}都与一个谷值a_{min n}相邻；每对峰-谷值对应的直流分量为(a_{max n}+a_{min n})/2；接下来使用中值滤波的方法对直流分量曲线进行平滑处理，便可得到a_X和a_Z的直流分量曲线；将a_X和a_Z的直流分量做差后取绝对值，即可获得差分直流分量；采用峰谷识别的方法提取瞬时频率，假设峰值a_{max n}的位置为t₁，谷值a_{min n}的位置为t₂，则此对峰-谷值对应的瞬时周期为T＝2|t₁-t₂|，可得瞬时频率为f＝1/T＝1/(2|t₁-t₂|)；接下来使用中值滤波的方法对瞬时频率曲线进行平滑处理，便可得到a_X和a_Z的瞬时频率曲线；将a_X和a_Z的瞬时频率取平均值，便可获得差分瞬时频率。