[发明专利]一种埋地管道应力无损监测测量装置及监测方法

权利要求书

1.一种埋地管道应力无损监测测量装置，其特征在于：包括磁通量传感器(1)、数据采集仪(5)、计算机(9)和太阳能供电系统(11)，磁通量传感器(1)设置在被测埋地管道(2)表面，磁通量传感器(1)与数据采集仪(5)连接，数据采集仪(5)与计算机(9)连接，数据采集仪(5)外接太阳能供电系统(11)。

2.根据权利要求1所述埋地管道应力无损监测测量装置，其特征在于：还包括无线发射/接收器(6)，数据采集仪(5)通过无线发射/接收器(6)与计算机(9)无线连接。

3.根据权利要求1或2所述埋地管道应力无损监测测量装置，其特征在于：磁通量传感器(1)包括温度传感器(12)、保护壳(13)、激磁线圈(14)、测量线圈(15)和数据传输接口(16)，温度传感器(12)和测量线圈(15)均设置在激磁线圈(14)的内侧，激磁线圈(14)外侧设置保护壳(13)，数据传输接口(16)穿过保护壳(13)的侧端面，温度传感器(12)、激磁线圈(14)和测量线圈(15)均与数据传输接口(16)连接，数据采集仪(5)通过信号传输线(3)与数据传输接口(16)连接。

4.根据权利要求3所述埋地管道应力无损监测测量装置，其特征在于：数据采集仪(5)设置有传感器接口(4)、远程数据接口(7)和电源接口(8)，传感器接口(4)通过信号传输线(3)与磁通量传感器(1)的数据传输接口(16)连接，远程数据接口(7)与计算机(9)连接，电源接口(8)外接太阳能供电系统(11)。

5.根据权利要求1所述埋地管道应力无损监测测量装置，其特征在于：太阳能供电系统(11)包括太阳能电池板(17)、太阳能充放电控制器(19)、蓄电池(18)和直/交流逆变器(20)，太阳能电池板(17)、蓄电池(18)、直/交流逆变器(20)均与太阳能充放电控制器(19)连接，数据采集仪(5)外接太阳能供电系统(11)的直/交流逆变器(20)。

6.埋地管道应力无损监测方法，其特征在于：采用权利要求1～5任一项埋地管道应力无损监测测量装置，具体步骤如下：

(1)铁磁性材料磁导率变化Δμ与应力σ关系的数学模型为

其中λ_m为磁化饱和状态铁磁材料磁致伸系数，μ₁为没有外力作用下铁磁材料的磁导率，B_m为磁化饱和状态的磁感应强度，即当铁磁材料的λ_m和B_m对应力不太敏感时，Δμ与应力σ为线性关系；即

通过测量埋地管道的磁导率变化量计算应力值；

(2)在磁通量传感器初级线圈的两端加交流激励信号，使其产生随时间变化的交变磁场，在次级线圈中将产生感应电压V_ind(t)，

(3)通过线圈的磁通量沿着被测试件的方向，测试过程中，总的磁通量由通过空气的磁通量和通过钢管的磁通量组成，感应电压V_ind(t)为

式中μ₀为管内介质的磁导率；为线圈中管内介质的表面积，S_μ为钢管被占部分的表面积；将感应电压对时间进行积分，得到平均时间的输出电压为

式中，ΔH为磁场强度在时间间隔t₂-t₁中所发生的变化，ΔB为磁场强度和磁通量密度在时间间隔t₂-t₁中所发生的变化，线圈的匝数较多且排列紧密，则磁场均与分布，故

式中S₀为线圈总的截面面积；S_f为钢管的截面面积；T为RC电路的时间常数；在线圈中未放钢管的情况下，随时间变化的输出电压的积分为

故，

通过磁通量传感器测定某时间段的积分电压V_out和V₀计算出变化的磁导率，再计算出管道应力σ。