基于光纖光柵的管道應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng).pdf

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1、化工自動(dòng)化及儀表第39卷基于光纖光柵的管道應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)冷建成’苗秀杰2周國(guó)強(qiáng)。吳澤民‘閆天紅(1．東北石油大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江大慶163318；2．大慶醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校，黑龍江大慶163312)摘要提出了一種基于光纖光柵傳感技術(shù)的管道應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在分析硬件和軟件兩大系統(tǒng)組成的基礎(chǔ)上，開發(fā)了基于應(yīng)力在線預(yù)警和離線數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的綜合分析方法。重點(diǎn)介紹了在線預(yù)警軟件的功能及關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置方法，離線評(píng)估軟件將實(shí)時(shí)保存的文本數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為SQLServer數(shù)據(jù)庫，并具有曲線顯示、統(tǒng)計(jì)分析等功能模塊。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)管道運(yùn)行時(shí)全

2、天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)及后續(xù)趨勢(shì)分析等要求，可推廣應(yīng)用到其他重要結(jié)構(gòu)的應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)。關(guān)鍵詞管道應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)光纖光柵在線預(yù)警離線評(píng)估中圖分類號(hào)TH823．3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B文章編號(hào)1000—3932(2012)11．1504-03無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)于保障油氣管道的安全穩(wěn)定運(yùn)輸具有重要意義?。隨著服役時(shí)間的推移，許多管道正日益趨于老化，因而不停產(chǎn)條件下的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)于預(yù)防突發(fā)性故障就顯得尤為重要。作為新一代的光傳感元件，光纖光柵傳感器在各種大型工程結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，尤其是在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)和應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)方面極具優(yōu)勢(shì)¨1。目前，光

3、纖光柵傳感技術(shù)已成功應(yīng)用于管道的泄露檢測(cè)、滑坡監(jiān)測(cè)及應(yīng)力變形監(jiān)測(cè)等不同場(chǎng)合一。。；建立一個(gè)長(zhǎng)久可靠的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，除了要求硬件系統(tǒng)尤其是傳感器能夠經(jīng)久耐用之???????????-S1S2SIISl2·1外，開發(fā)高效實(shí)用的軟件系統(tǒng)也是一個(gè)關(guān)鍵。筆者的目的就是以某管道應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)為例，在研究應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成的基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于應(yīng)力在線預(yù)警和離線數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的軟件開發(fā)模式。1應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成光纖光柵管道應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分，如圖1所示，其中硬件由傳感器子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)組成，主要用于獲取管道上關(guān)鍵部位的

4、應(yīng)力信息，并將傳感器的信號(hào)送到數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)；軟件包括數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析處理子系統(tǒng)，主要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次預(yù)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫圖l光纖光柵應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成sl—S2——光纖光柵應(yīng)變傳感器；tl——纖光柵溫度傳感器r]■．■—lJI軟件系統(tǒng)收稿日期：2012-08．30(修改稿)基金項(xiàng)目：中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司十二五項(xiàng)目資助(201IB-438)第11期冷建成等．基于光纖光柵的管道應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)處理、結(jié)果顯示、存檔及入庫等操作，具有在線評(píng)估和離線評(píng)估功能，前者對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)安全性預(yù)警并進(jìn)行初步評(píng)估，后者可進(jìn)行信息提取和挖掘、損

5、傷識(shí)別，實(shí)現(xiàn)安全性、耐久性評(píng)估等。2在線預(yù)警軟件在本監(jiān)測(cè)方案中，解調(diào)系統(tǒng)選用美國(guó)MicroOptics公司的sml25．500低速光纖光柵傳感解調(diào)儀，并配備sm04l一416光開關(guān)擴(kuò)展模塊，以實(shí)現(xiàn)上百點(diǎn)的應(yīng)變監(jiān)測(cè)；監(jiān)測(cè)軟件為MicroOptics公司的ENLIGHT軟件。MOI．ENLIGHT軟件基于強(qiáng)大的．net開發(fā)環(huán)境，可把光學(xué)波長(zhǎng)參數(shù)轉(zhuǎn)換成應(yīng)變、溫度等實(shí)際的物理量，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理和分析功能，其采集標(biāo)簽頁(Acquisition)如圖2所示。一‘‘：．麓‘=-：7．慧?=．’～．～．：”斟“‘‘’’～’。?！痩}墓弋

6、_‘-H。：ja蘭墨甕：：：=一』。二1豆虱胃鲼三二

7、翮圖2MOI-ENLIGHT軟件界面由于光纖光柵同時(shí)受到溫度和應(yīng)變作用，在工程實(shí)際應(yīng)用中通常串聯(lián)溫度傳感器，因而計(jì)算應(yīng)變時(shí)需要進(jìn)行測(cè)量結(jié)果補(bǔ)償，在軟件界面的傳感器標(biāo)簽頁(Sensors)上，經(jīng)溫度補(bǔ)償后的實(shí)際應(yīng)變值設(shè)置為：8=竺坐土半豎坐型(1)8=——————————————：■————————————一＼l，AT=T—To(2)式中占——待求應(yīng)變值；A——實(shí)測(cè)中心波長(zhǎng)；A廣初始中心波長(zhǎng)；K，——溫度靈敏度系數(shù)；K_-～應(yīng)變靈敏度系數(shù)；r——傳感器實(shí)測(cè)溫度；R一出廠時(shí)標(biāo)

8、定或初次安裝時(shí)提供的傳感器初始溫度。具體的設(shè)置界面如圖3所示，在曲線顯示標(biāo)簽頁(Chaas)中將實(shí)時(shí)顯示補(bǔ)償后的實(shí)際應(yīng)變變化，并通過保存標(biāo)簽頁(Save)可以連續(xù)或定時(shí)存儲(chǔ)傳感器或譜響應(yīng)的實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)。同時(shí)，可以設(shè)定傳感器的報(bào)警閾值，進(jìn)而在圖形顯示標(biāo)簽頁(Image)中分別用綠色、黃色、紅色的標(biāo)記顯示監(jiān)測(cè)部位是否安全、超出預(yù)警及超出極限值等信息以提醒用戶。另外，通過設(shè)置標(biāo)簽頁(Settings)，一旦超過閾值，可以在預(yù)警提示標(biāo)簽頁(Aleas)中給出具體的提示信息、警告信息和報(bào)警信息，或觸發(fā)的報(bào)警信號(hào)可經(jīng)Email通知用戶。

9、圖3傳感器設(shè)置界面3離線評(píng)估軟件上述的在線實(shí)時(shí)采集為管道提供了大量的、全面的應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。MOI—ENLIGHT軟件自動(dòng)保存監(jiān)測(cè)點(diǎn)的譜峰波長(zhǎng)或傳感器應(yīng)變數(shù)據(jù)，并自動(dòng)追加詳細(xì)時(shí)間及文件擴(kuò)展名．TXT，這些文本數(shù)據(jù)利用“記事本”或“WORD”均可打開。由于每個(gè)文件記錄的僅是某一時(shí)刻的采集信息，