CN109060204B - 一种光纤压力监测*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光纤压力监测***，解决现有测量手段精度和安全性较差的技术问题。***包括：压力传导单元，用于将相互连接的测量光纤预张力段和压力感应表面稳定固定；光信号解调器，用于采集所述测量光纤传导反射的光信号并形成光信号量化数据；数据处理终端，用于根据内置测量模型将所述光信号量化数据转换为压力数据。通过优化刚性连接结构，使得负面效果的蠕变和应力形变转换为能够高效测量的压力感应表面，实现了机械压力监测向高精度光电量程的测量。优化的刚性连接结构在消除了潜在泄露的结构因素同时，使得刚性连接结构与压力管路和容器的结合更加灵活可靠。
Description
技术领域
本发明涉及压力监测技术领域，具体涉及一种光纤压力监测***。
背景技术
现有技术中，对于管道中的流体压力测量通常采用机械压力表，在测量时在机械压力表与管道测量孔位间通过若干顺序连接的支管管件、手动阀门和接口转换法兰形成测量管路，测量管路各部件间的衔接密封处往往是发生泄漏的高风险区，一旦泄露会造成经济损失和潜在的人身伤害。同时机械压力表的测量误差较大测量实时性较差。
发明内容
鉴于上述问题，本发明实施例提供一种光纤压力监测***，解决现有测量手段精度和安全性较差的技术问题。
本发明实施例的光纤压力监测***，包括：
压力传导单元，用于将相互连接的测量光纤预张力段和压力感应表面稳定固定；
光信号解调器，用于采集所述测量光纤传导反射的光信号并形成光信号量化数据；
数据处理终端，用于根据内置测量模型将所述光信号量化数据转换为压力数据。
本发明一实施例中，所述光信号量化数据通过物联网数据通道传送至所述数据处理终端。
本发明一实施例中，所述压力传导单元包括：
基体，用于与压力管路刚性连接，形成与压力管路连通的基体腔体；
压力导体，用于顺序形成容纳腔体、所述压力感应表面和所述测量光纤预张力段固定结构，使所述容纳腔体与所述基体腔体刚性连通。
本发明一实施例中，所述基体包括一体成型的第一柱体和第一圆管，所述第一圆管固定在所述第一柱体的顶部，所述第一圆管与所述第一柱体共轴线，在所述第一圆管侧壁内侧在所述第一柱体的顶部开设流体贯通孔，流体贯通孔贯穿所述第一柱体的顶部和底部，所述流体贯通孔与所述第一圆管形成所述基体腔体。
本发明一实施例中，环绕所述第一圆管侧壁外侧在所述第一柱体的顶部均匀布设固定通孔，所述固定通孔垂直贯穿所述第一柱体的顶部和底部，所述第一圆管130侧壁外面形成连接螺纹。
本发明一实施例中，在所述第一柱体的侧壁上开设与所述流体贯通孔相同数量的导流通孔，所述导流通孔的轴线与所述流体贯通孔的轴线垂直，所述导流通孔与所述流体贯通孔一对一贯通。
本发明一实施例中，所述压力导体包括一体成型的第二圆管和密封膜片，所述第二圆管的外径等于或小于所述第一柱体外径且所述第二圆管的内径等于所述所述第一圆管的外径，所述密封膜片覆盖所述第二圆管顶部使所述第二圆管形成一端密封的所述容纳腔体，所述第一圆管部分***所述，使得所述容纳腔体与所述基体腔体部分融合，所述密封膜片作为压力感应表面的厚度小于所述第一圆管和所述第二圆管的厚度。
本发明一实施例中，所述第二圆管的底部端面上沿周向均匀布设固定盲孔，所述第二圆管160侧壁内面形成适配螺纹。
本发明一实施例中，所述压力导体还包括第一固定结构、第二固定结构和一体成型的固定龙门架，所述固定龙门架包括轴线位于同一平面的矩形横梁、第一立柱和第二立柱，所述第一立柱的顶部固定在所述矩形横梁的一端，所述第一立柱的底部固定在所述第二圆管的顶端端面上，所述第二立柱的顶部固定在所述矩形横梁的另一端，所述第二立柱的底部固定在所述第二圆管的顶端端面上，所述矩形横梁与所述密封膜片平行，所述矩形横梁的轴线沿所述第二圆管的确定直径方向延伸，所述矩形横梁延伸方向上的一对延伸侧壁与所述密封膜片基本平行，另一对延伸侧壁与所述密封膜片垂直作为垂直延伸侧壁，一个所述垂直延伸侧壁与所述确定直径平齐形成固定延伸侧壁，所述第一固定结构为与所述固定延伸侧壁位于同一平面的平板，所述平板中部开设与所述密封膜片垂直的第一组平行通槽，所述第一固定结构位于所述密封膜片中心，所述第二固定结构为垂直于所述密封膜片顶部的第二组平行通槽，所述第二组平行通槽位于所述固定延伸侧壁上与所述第一组平行通槽对应，所述第一组平行通槽与所述第二组平行通槽中对应的通槽分别用于固定所述测量光纤的一个所述预张力段的一个端部，所述第二圆管、所述密封膜片、所述固定龙门架、所述第一固定结构和所述第二固定结构作为所述固定结构。
本发明一实施例中，所述密封膜片的端面采用非平整表面。
本发明实施例的光纤压力监测***通过优化刚性连接结构，使得测量单元中负面效果的蠕变和应力形变转换为能够高效测量的压力感应表面，实现了机械压力监测向高精度光电量程的测量。优化的刚性连接结构在消除了潜在泄露的结构因素同时，使得刚性连接结构与压力管路和容器的结合更加灵活可靠。
附图说明
图1所示为本发明实施例光纤压力监测***的架构示意图。
图2所示为本发明实施例光纤压力监测***中一种压力传导单元的部件组成轴侧示意图。
图3所示为本发明实施例光纤压力监测***中一种压力传导单元基体的主视示意图。
图4所示为本发明实施例光纤压力监测***中一种压力传导单元基体的俯视示意图。
图5所示为本发明实施例光纤压力监测***中一种压力传导单元压力导体的主视示意图。
图6所示为本发明实施例光纤压力监测***中一种压力传导单元压力导体的俯视示意图。
图7所示为本发明实施例光纤压力监测***中一种压力传导单元压力导体的局部主视剖视示意图。
图8所示为本发明实施例光纤压力监测***中一种压力传导单元压力导体的局部主视剖视示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例的光纤压力监测***包括压力感应表面和测量光纤，测量光纤形成预张力段，预张力段形成稳固稳定的同时与压力感应表面固定连接。
压力感应表面承载管路压力，位于压力管路局部或压力管路分支局部。
预张力段通过拉伸测量光纤局部并在拉伸局部的两端设置保持固定间距的结构形成。
本发明实施例的光纤压力监测***中压力感应表面对测量光纤的预张力有相关性影响，压力感应表面的形变与压力管路中流体压力相关，本领域技术人员可以理解光纤预张力的变化会造成光纤传导光信号的传输特性产生高精度定量变化，通过采集和处理这种定量变化可以获得高精度的压力变化信号。本发明实施例的光纤压力监测***通过优化刚性连接结构，使得负面效果的蠕变和应力形变转换为能够高效测量的压力感应表面(密封膜片)，实现了机械压力监测向高精度光电量程的测量。优化的刚性连接结构在消除了潜在泄露的结构因素同时，使得刚性连接结构与压力管路和容器的结合更加灵活可靠。
本发明实施例光纤压力监测***如图1所示。在图1中，包括：
压力传导单元100，用于将相互连接的测量光纤预张力段和压力感应表面稳定固定；
光信号解调器200，用于采集测量光纤传导反射的光信号并形成光信号量化数据；
数据处理终端300，用于根据内置测量模型将光信号量化数据转换为压力数据。
本发明实施例的光纤压力监测***将压力传导、光信号测量和压力量化功能形成独立的***组成模块，使得光纤压力监测***各模块可以独立升级和维护，降低了***采购成本。
如图1所示，在本发明一实施例中，光信号量化数据通过物联网数据通道400传送至数据处理终端300。
本发明实施例的光纤压力监测***与物联网传输技术相结合实现压力信号的实时分布式采集和光信号量化数据的集中转换和管路压力集中监控。
本发明实施例的光纤压力监测***的压力传导单元如图2所示。在图2中，压力传导单元100包括基体110和压力导体150，其中：
基体110，用于与压力管路刚性连接，形成与压力管路连通的基体腔体111；
压力导体150，用于顺序形成容纳腔体151、压力感应表面152和测量光纤预张力段的固定结构153，使容纳腔体151与基体腔体111刚性连通。
容纳腔体151基体110和压力导体150沿轴线方向刚性固定，压力管路、基体腔体与容纳腔体密封连接。
本发明实施例的压力传导单元100通过优化部件数量保证部件连接的整体刚性强度和密闭性，同时又使得具有可替换性，大大降低了现场维护难度，提高了***可用性。
基体110的结构如图3所示。结合图3和图4所示，基体110包括一体成型的第一柱体120和第一圆管130，第一圆管130固定在第一柱体120的顶部，第一圆管130与第一柱体120共轴线。环绕第一圆管130侧壁外侧在第一柱体120的顶部均匀布设固定通孔121，固定通孔121垂直贯穿第一柱体120的顶部和底部。在第一圆管130侧壁内侧在第一柱体120的顶部开设流体贯通孔122，流体贯通孔122贯穿第一柱体120的顶部和底部。
流体贯通孔122与第一圆管130形成基体腔体111。
本发明实施例的基体110采用整体材料均匀加工而成，材料选择上保证了基体的结构强度可以承受连通后的流体压强，基体承压后均匀受力并产生均匀蠕变不会对整体结构稳定性造成不良影响。同时，基体110的结构稳定性保证了基体110与压力管路(或压力容器)形成刚性连接完成可靠的密闭连通时可以采用多样性的焊接方式。
在本发明一实施例中，环绕第一圆管130侧壁外侧在第一柱体120的顶部均匀布设固定通孔121，固定通孔121垂直贯穿第一柱体120的顶部和底部。
在本发明一实施例中，第一圆管130侧壁外面形成连接螺纹131。
本发明实施例的基体110可以与压力管路的现有测试孔位上的转换结构进行螺栓连接，配合密封材料形成可靠的刚性密封连接。同时连接螺纹131为后续压力导体150的连接提供了额外的加固结构和平稳对位结构。
在本发明一实施例中，第一柱体120包括两个流体贯通孔122，在第一柱体120的侧壁上开设与流体贯通孔122相同数量的导流通孔123，导流通孔123的轴线与流体贯通孔122的轴线垂直，导流通孔123与流体贯通孔122一对一贯通。
本发明实施例的基体110利用导流通孔123形成了必要的泄压通道，导流通孔123可以连接泄压阀以保护压力敏感器件的意外损害。导流通孔123还可以作为其他测量器具的测量信号接续通道。
压力导体150的结构如图5所示。结合图5和图6所示，压力导体150包括一体成型的第二圆管160和密封膜片170，第二圆管160的外径等于或小于第一柱体120外径且第二圆管160的内径等于第一圆管130的外径。密封膜片170覆盖第二圆管160顶部使第二圆管160形成一端密封的容纳腔体151。第一圆管130部分***第二圆管160，使得容纳腔体151与基体110的基体腔体111部分融合。
密封膜片170作为压力感应表面152，密封膜片170厚度小于其他圆管和柱体的壁厚。密封膜片170与其他圆管和柱体相同的材料厚度之比小于1：8。
本发明实施例的压力导体150采用整体材料均匀加工而成，材料选择上保证了压力导体150的结构强度可以承受连通后的流体压强，压力导体150主体承压后均匀受力并产生均匀蠕变不会对整体结构稳定性造成不良影响。同时，压力导体150的结构稳定性保证了基体110与压力导体150形成刚性连接完成可靠的腔体密闭连通时可以采用多样性的焊接方式。而密封膜片170的较小厚度保证了相同的蠕变和应力形变效果可以在密封膜片170上反映出较强的弹性形变。
本发明一实施例中，第二圆管160的底部端面上沿周向均匀布设固定盲孔161，固定盲孔161与基体110的固定通孔121对应。
在本发明一实施例中，第二圆管160侧壁内面形成适配螺纹(附图中未示出)。
本发明实施例的压力导体150利用固定盲孔161与基体110的固定通孔121可以进行螺栓连接，配合密封材料形成可靠的刚性密封连接。同时适配螺纹为与基体110的连接螺纹131对应连接提供了额外的加固结构和平稳对位结构。
结合图5和图6所示，压力导体150还包括与第二圆管160和密封膜片170一体成型的固定龙门架180、第一固定结构190和第二固定结构195，固定龙门架180包括轴线位于同一平面的矩形横梁181、第一立柱182和第二立柱183，第一立柱182的顶部固定在矩形横梁181的一端，第一立柱182的底部固定在第二圆管160的顶端端面上，第二立柱183的顶部固定在矩形横梁181的另一端，第二立柱183的底部固定在第二圆管160的顶端端面上，矩形横梁181与密封膜片170基本平行，矩形横梁181的轴线沿第二圆管160的确定直径方向延伸。矩形横梁181延伸方向上的的一对延伸侧壁与密封膜片170基本平行，另一对延伸侧壁与密封膜片170基本垂直作为垂直延伸侧壁，其中一个垂直延伸侧壁与确定矩形横梁181延伸方向的确定直径平齐(位于同一平面)形成固定延伸侧壁184。
第一固定结构190为一平板，平板与固定延伸侧壁184位于同一平面，平板中部开设第一组平行通槽191，第一组平行通槽191与密封膜片170垂直，第一固定结构190位于密封膜片170中心。
第二固定结构195为第二组平行通槽196，第二组平行通槽196位于固定延伸侧壁184上与第一组平行通槽191对应。
第一组平行通槽191与第二组平行通槽196中对应的通槽分别用于固定测量光纤的一个预张力段的一个端部。
第二圆管160、密封膜片170、固定龙门架180、第一固定结构190和第二固定结构195作为固定结构。
本发明实施例的压力导体150利用第一固定结构190和第二固定结构195形成了测量光纤的预张力段固定结构，使得预张力段与压力感应表面152形成刚性连接，有效反馈压力感应表面152的压力形变变化。
在上述实施例的基本结构不变的基础上，本发明一实施例的光纤压力监测***的压力导体如图7所示。在图7中，密封膜片170的底部形成平滑过渡的环形突起171，以密封膜片170中心位置沿径向间隔分布。
本发明实施例的光纤压力监测***利用环形突起171可以使得密封膜片170在承受压力产生的蠕变变形和应力形变时，保证变形时的各向同性，避免密封膜片170受内应力不均衡导致使用寿命缩短。
在上述实施例的基本结构不变的基础上，本发明一实施例的光纤压力监测***的压力导体如图8所示。在图8中，密封膜片170为一圆板状，自密封膜片170边缘向中心，自密封膜片的顶部表面逐渐平滑向下形成顶部弧面172，自密封膜片170边缘向中心，自密封膜片的底部表面逐渐平滑向上形成底部弧面173。
本发明实施例的光纤压力监测***利用顶部弧面172和底部弧面173形成较强的相持结构，通过调整顶部弧面172和底部弧面173的弧度差别可以有效增强密封膜片170对流体压力的有效测量量程，可以更好的适配预张力段的大张力结构。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种光纤压力监测***，其特征在于，包括：
压力传导单元，用于将相互连接的测量光纤预张力段和压力感应表面稳定固定；
光信号解调器，用于采集所述测量光纤传导反射的光信号并形成光信号量化数据；
数据处理终端，用于根据内置测量模型将所述光信号量化数据转换为压力数据；
所述压力传导单元包括：
基体，用于与压力管路刚性连接，形成与压力管路连通的基体腔体；
压力导体，用于顺序形成容纳腔体、所述压力感应表面和所述测量光纤预张力段固定结构，使所述容纳腔体与所述基体腔体刚性连通；
所述基体包括一体成型的第一柱体和第一圆管，所述第一圆管固定在所述第一柱体的顶部，所述第一圆管与所述第一柱体共轴线，在所述第一圆管侧壁内侧在所述第一柱体的顶部开设流体贯通孔，流体贯通孔贯穿所述第一柱体的顶部和底部，所述流体贯通孔与所述第一圆管形成所述基体腔体；环绕所述第一圆管侧壁外侧在所述第一柱体的顶部均匀布设固定通孔，所述固定通孔垂直贯穿所述第一柱体的顶部和底部，所述第一圆管130侧壁外面形成连接螺纹；
所述压力导体包括一体成型的第二圆管和密封膜片，所述第二圆管的外径等于或小于所述第一柱体外径且所述第二圆管的内径等于所述所述第一圆管的外径，所述密封膜片覆盖所述第二圆管顶部使所述第二圆管形成一端密封的所述容纳腔体，所述第一圆管部分***所述，使得所述容纳腔体与所述基体腔体部分融合，所述密封膜片作为压力感应表面的厚度小于所述第一圆管和所述第二圆管的厚度；所述第二圆管的底部端面上沿周向均匀布设固定盲孔，所述第二圆管160侧壁内面形成适配螺纹；
所述固定盲孔与所述固定通孔进行螺栓连接，所述适配螺纹与所述连接螺纹对应连接。
2.如权利要求1所述的光纤压力监测***，其特征在于，所述光信号量化数据通过物联网数据通道传送至所述数据处理终端。
3.如权利要求1所述的光纤压力监测***，其特征在于，在所述第一柱体的侧壁上开设与所述流体贯通孔相同数量的导流通孔，所述导流通孔的轴线与所述流体贯通孔的轴线垂直，所述导流通孔与所述流体贯通孔一对一贯通。
4.如权利要求1所述的光纤压力监测***，其特征在于，所述压力导体还包括第一固定结构、第二固定结构和一体成型的固定龙门架，所述固定龙门架包括轴线位于同一平面的矩形横梁、第一立柱和第二立柱，所述第一立柱的顶部固定在所述矩形横梁的一端，所述第一立柱的底部固定在所述第二圆管的顶端端面上，所述第二立柱的顶部固定在所述矩形横梁的另一端，所述第二立柱的底部固定在所述第二圆管的顶端端面上，所述矩形横梁与所述密封膜片平行，所述矩形横梁的轴线沿所述第二圆管的确定直径方向延伸，所述矩形横梁延伸方向上的一对延伸侧壁与所述密封膜片基本平行，另一对延伸侧壁与所述密封膜片垂直作为垂直延伸侧壁，一个所述垂直延伸侧壁与所述确定直径平齐形成固定延伸侧壁，所述第一固定结构为与所述固定延伸侧壁位于同一平面的平板，所述平板中部开设与所述密封膜片垂直的第一组平行通槽，所述第一固定结构位于所述密封膜片中心，所述第二固定结构为垂直于所述密封膜片顶部的第二组平行通槽，所述第二组平行通槽位于所述固定延伸侧壁上与所述第一组平行通槽对应，所述第一组平行通槽与所述第二组平行通槽中对应的通槽分别用于固定所述测量光纤的一个所述预张力段的一个端部，所述第二圆管、所述密封膜片、所述固定龙门架、所述第一固定结构和所述第二固定结构作为所述固定结构。
5.如权利要求1所述的光纤压力监测***，其特征在于，所述密封膜片的端面采用非平整表面。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2018
- 2018-09-14 CN CN201811079206.2A patent/CN109060204B/zh active Active
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