[发明专利]一种管道弯曲应力检测装置

说明书

本发明公开了一种管道弯曲应力检测装置，所述装置包括：圆柱形管道内检测器，管道内检测器的中心孔上延伸出四根长度相等的支架，相邻支架之间的角度为90°，支架的末端均安装一个磁传感器用于检测管道附近的磁场信号；管道内检测器在前进过程中四个磁传感器始终与管道内壁贴合，扫描采集管道轴向路径上的上侧、下侧、左侧和右侧管壁处的磁信号；通过分析四个磁传感器采集到的磁信号之间的差异，判断出管壁上的应力分布，从而实现管道弯曲检测。本发明可对内检测器运行路径上采集到的磁场信号进行特征分析，由分析结果即可判断出管道弯曲状态，从而实现管道弯曲应力的无损检测。

技术领域

本发明涉及应力检测领域，尤其涉及一种管道弯曲应力检测装置。

背景技术

随着世界经济的持续发展，各国对于油气资源的需求日益增长。管道运输作为油气资源的一种特殊运输方式，在国内外已经得到了广泛应用。管道运输长度不断增加的同时，也带来了诸多安全问题。由于管道跨地域广，周围工况复杂，因此管道在运输油气过程中极易产生弯曲变形，从而引发管体疲劳失效甚至破裂，进而缩短管道服役年限。管道产生弯曲变形时，管壁上会存在特殊的应力分布，因此，为了确保油气运输管道服役期间能够安全工作，有必要对管壁应力进行定期检测，及时发现管道弯曲变形并进行维修加固，避免管道由于弯曲而造成破裂损失。

目前常见的应力检测方法包括：电阻应变片法、光纤光栅法、超声波法、射线衍射法和磁弹效应法等。

电阻应变片法：电阻应变片法测量应力的基本原理是“应变效应”，即导体或半导体的电阻值会随其受力所产生机械变形的大小而发生变化。检测管道弯曲应力时，将应变片通过胶水粘贴在管壁表面，管壁发生弯曲形变时应变片的电阻值也会发生改变，从而计算出管壁弯曲应力的大小。电阻应变传感器的优点在于其小巧轻便、价格低廉，且输出线性度好、精度高。缺点在于其容易受环境影响，操作复杂，使用时需要将传感器粘贴在管壁上，只能用于管道某一位置处的弯曲应力检测，不能用于移动式的管道弯曲应力检测。

光纤光栅法：光纤光栅法检测应力的基本原理是利用光纤材料的光敏性，即光纤内部光的有效折射率和光栅周期会跟随管壁应力的变化而改变，因此可以通过检测反射光谱的波长完成管壁弯曲应力测量。光纤光栅法可以实时测量管壁应力，且精度较高，但使用时需要事先将光纤光栅传感器粘贴在管壁上，操作较复杂，只能用于检测某一位置处的弯曲状态，且实际工程应用中可能会出现稳定性差、易断裂等问题。

超声波法：超声波法需要将声波发射模块和接收模块贴附在管道表面，通过测量超声波在管壁内的传播时间从而实现管壁应力检测。超声波法的优点在于其装置轻便，检测速度快。缺点在于使用时需要在超声模块和管壁接触面上涂覆耦合剂，且对超声模块的安装精度要求较高，应力检测的精确性易受到外界影响。

X射线衍射法：X射线衍射法测量应力的基本原理是基于弹性力学以及X射线晶体学理论，即管道产生弯曲应力时其内部晶体间距会发生变化，进而导致X射线衍射谱线发生位偏移，通过检测该偏移量可以计算出管壁应力大小。该方法的优点在于其理论推导严格成熟，测量的准确性高、可靠性高。缺点是其对被测材料的均匀连续性要求较高，X射线衍射仪价格昂贵，对人体健康有一定危害风险。

磁弹效应法：磁弹效应是指管壁产生弯曲应力时，其表面磁性会跟随应力的变化而改变，因此可以通过测量管壁附近磁场变化实现管道弯曲检测。该方法具有装置小巧，操作简便，检测速度快，灵敏度高等优点，且可用于移动式的管道弯曲检测。

发明内容

本发明提供了一种管道弯曲应力检测装置，本发明利用磁传感器设计了一种管道内检测器，将该内检测器放置在待测管道中并使其平稳运行，内检测器运行过程中同步采集管壁附近磁场信号。若管道存在弯曲部分，由磁弹效应可知弯曲管段附近磁场信号会产生异常变化，因此可对内检测器运行路径上采集到的磁场信号进行特征分析，由分析结果即可判断出管道弯曲状态，从而实现管道弯曲应力的无损检测。

一种管道弯曲应力检测装置，所述装置包括：圆柱形管道内检测器，