[发明专利]一种管道结构分布式实时健康监测系统及方法

权利要求书

1.一种管道结构分布式实时健康监测系统，其特征在于，包括监控终端和分布式监测单元；

所述分布式监测单元包括设置在管道结构关键点上的压阻式贴片传感器、用于监测管道所处环境的至少一个环境参量传感器和传感器数据采集装置；

所述压阻式贴片传感器为矩形薄片结构，所述矩形薄片结构上设置多个、不同位置的电极对，通过将任意电极对连接起来实现在同一监测区域内不同位置或者不同功能的检测；

所述环境参量传感器至少包括风速传感器、风压传感器、加速度传感器、温湿度传感器、红外照相机；

所述监控终端通过传感器数据采集装置实时汇总采集到的压阻式贴片传感器和环境参量传感器的信号，对至少一路的贴片传感器信号进行环境参量补偿，得到管道的实际应力变化，根据其应力应变状态进行管道或管网的整体性健康监测与评价；

所述结构关键点至少包括连续管与连续管的对接点区域，采用完全覆盖或者不完全覆盖的方式将压阻式贴片传感器贴附在两根连续管段靠近对接位置的外表面，至少进行轴向应变、扭转应变、环向应变和管道连接状态监测；

所述结构关键点至少包括U型管段，在弯管和连接的两个直管的外表面分别采用完全覆盖或者不完全覆盖的方式贴附有压阻式贴片传感器，至少进行直管段轴向应变、直管段环向应变、弯管段环向应变、弯管段外曲面应变、弯管段内曲面应变监测、弯-直区域连接状态监测；

压阻式贴片传感器被分布在管道结构的关键点上形成一个分布式传感网络，在连续管段、管-管对接部位、管-管T型连接部位、管-管斜接部位、管-管L型直角连接部位、管-管L型斜接部位和U型管段分别进行特定的贴片传感器的贴附形式设置和监测形式设置，在长距离管道结构上的所有关键区域和关键点全部由分布式压阻贴片传感器覆盖。

2.如权利要求1所述的管道结构分布式实时健康监测系统，其特征在于，所述结构关键点至少包括连续管段，采用完全覆盖或者不完全覆盖的方式将压阻式贴片传感器贴附在连续管段的外表面，至少对连续管段进行弯矩应变、轴向应变、扭转应变和环向应变监测。

3.如权利要求1所述的管道结构分布式实时健康监测系统，其特征在于，所述结构关键点至少包括管-管T型连接点区域，T型连接点的三个方向的管壁外表面靠近连接点的位置采用完全覆盖或者不完全覆盖的方式贴附有压阻式贴片传感器，至少进行轴向应变、扭转应变、环向应变和管道连接状态监测。

4.如权利要求1所述的管道结构分布式实时健康监测系统，其特征在于，所述结构关键点至少包括管-管斜T型连接点区域，斜T型连接点的三个方向的管壁外表面靠近连接点的位置采用完全覆盖或者不完全覆盖的方式贴附有压阻式贴片传感器，至少进行轴向应变、扭转应变、环向应变和管道连接状态监测。

5.如权利要求1所述的管道结构分布式实时健康监测系统，其特征在于，所述结构关键点至少包括管-管L型直角连接点区域，L型直角连接点的两个管壁外表面靠近连接点的位置采用完全覆盖或者不完全覆盖的方式贴附有压阻式贴片传感器，至少进行轴向应变、扭转应变、环向应变、管道与管道连接状态、管道与管封连接状态监测。

6.如权利要求1所述的管道结构分布式实时健康监测系统，其特征在于，所述结构关键点至少包括管-管L型斜接点区域，L型斜接点的两个管壁外表面靠近连接点的位置采用完全覆盖或者不完全覆盖的方式贴附有压阻式贴片传感器，至少进行轴向应变、扭转应变、环向应变、管道与管道连接状态、管道与管封连接状态监测。

7.一种基于权利要求1-6中任一项所述的管道结构分布式实时健康监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

确定被监测管道的位置、长度和结构设计参数；

将整个管道划分为连续的多个结构关键区域；

确定每个管道结构区域中所包含的多个结构关键点；

根据结构关键点的结构属性，在关键点的位置采用完全覆盖或者不完全覆盖的方式布设至少一个压阻式贴片传感器；

实时采集各个压阻式贴片传感器的数据，与每个压阻式贴片传感器的预设阈值进行对比，结合采集到的关键点所在的结构关键区域的环境数据，进行管道结构的实时健康监测。

8.如权利要求7所述的监测方法，其特征在于，管道结构的实时健康监测，至少包括：

标记和定位监测到的管道的瞬时突变响应，结合实时的环境参量变化，确定瞬时突变信号产生的原因，判定管段是否产生大尺度形变；

对比管道的时域数据与其弹性应变阈值的大小，分析被监测管段是否产生塑性应变；

根据分布的贴片传感器的弹性响应阈值及损伤极限，确定被监测管道结构在不同方向的应力应变状态，判断是否产生机械损伤，并对管道结构异常区域定位；

对比管道的阶段性监测数据与预设参数，分析被监测管段是否产生结构蠕变、疲劳应变及损伤，评价管道结构的周期性状态。