CN109900199B - 一种用于管道形变检测的弯曲传感器结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种弯曲传感器，特别是一种用于管道形变检测的弯曲传感器结构及方法,其特征是：至少包括柔性膜上的四个弯曲传感器,第一个弯曲传感器平行于柔性膜一个边缘，第二个弯曲传感器垂直于第一个弯曲传感器，第一个弯曲传感器和第二个弯曲传感器构成T字形，在T字形的两个直角分别固定第三个弯曲传感器和第四个弯曲传感器，第一个弯曲传感器、第二个弯曲传感器、第三个弯曲传感器、第四个弯曲传感器输出端分别与接口电连接。它提供了一种结构简单、监测方便，可长距离、连续式、实时在线监测管道形变的用于管道形变检测的弯曲传感器结构及方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种弯曲传感器，特别是一种用于管道形变检测的弯曲传感器结构及方法。
背景技术
随着我国国民经济的迅速发展,对能源的要求越来越迫切。油气资源作为重要的能源在生产和生活中起着至关重要的作用。在众多的运输方式中,管道运输可靠性高和运输成本低,已经在石油资源的运输中起到越来越重要的作用，并且已经成为石油的主要运输渠道。然而，随着我国输油管道的不断增加，输油管线日益延长，导致输油管道的事故发生情况也随之增多，因此必须在管道失效之前采取有效措施预防，减少事故的发生。过量变形是造成管道失效的形式之一，所以对油气管道形变进行监测成为本行业的研究方向之一。
管道变形的传统监测方法需要人工定期的对管道进行监测，此方法虽然容易施行，但这些技术在对采集的信号进行处理时难度较大，而且很容易受到外界的影响，最重要的是不能进行实时监测，这样很难反映管道的实际变形状态。
近些年，管道的变形应运光纤监测，可长距离、连续式、实时在线进行应变的测量，成为管道健康监测的新方法，但是它的评估能力比较差，而且光纤的费用也比较高，不适用于长输管道的监测。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、监测方便，可长距离、连续式、实时在线监测管道形变的用于管道形变检测的弯曲传感器结构及方法。
本发明的技术方案是：一种用于管道形变检测的弯曲传感器结构，其特征是：至少包括柔性膜上的四个弯曲传感器, 第一个弯曲传感器平行于柔性膜一个边缘，第二个弯曲传感器垂直于第一个弯曲传感器，第一个弯曲传感器和第二个弯曲传感器构成T字形，在T字形的两个直角分别固定第三个弯曲传感器和第四个弯曲传感器，第一个弯曲传感器、第二个弯曲传感器、第三个弯曲传感器、第四个弯曲传感器输出端分别与接口电连接。
所述的柔性膜上的四个弯曲传感器是在柔性膜上直接印刷的应变电阻器。
所述的柔性膜上的第一个弯曲传感器、第二个弯曲传感器、第三个弯曲传感器、第四个弯曲传感器是在柔性膜上固定的性能相同独立弯曲传感器，第一个弯曲传感器、第二个弯曲传感器、第三个弯曲传感器、第四个弯曲传感器四周有密封硅胶。
所述的在T字形的两个直角分别固定第三个弯曲传感器和第四个弯曲传感器是按30度至60度布置，其最佳的角度是45度。
所述的第一个弯曲传感器相垂直的柔性膜两个边有用于弯曲连接的魔术贴A\B面，当柔性膜缠绕在被测量的管道上时，通过魔术贴A\B面进行固定，使柔性膜下平面与被测量的管道面均匀进行面接触。
所述的第一个弯曲传感器、第二个弯曲传感器、第三个弯曲传感器、第四个弯曲传感器四个弯曲传感器具有相同的结构变化电阻特性值输出。
一种用于管道形变检测的弯曲传感器测量方法：其特征是：
至少包括柔性膜上的四个弯曲传感器, 第一个弯曲传感器平行于柔性膜一个边缘，第二个弯曲传感器垂直于第一个弯曲传感器，第一个弯曲传感器和第二个弯曲传感器构成T字形，在T字形的两个直角分别固定第三个弯曲传感器和第四个弯曲传感器，第一个弯曲传感器、第二个弯曲传感器、第三个弯曲传感器、第四个弯曲传感器输出端分别与接口电连接；将柔性膜及柔性膜上第一个弯曲传感器、第二个弯曲传感器、第三个弯曲传感器、第四个弯曲传感器缠绕在被测量的管道上进行固定，连接弯曲传感器的接口与采集节点电连接，采集节点将采集的四路弯曲传感器电阻值通过无线传送到处理中心，通过对四路弯曲传感器电阻分析，得到管道变形形式和变形状态；
管道发生的变形可以被分类为弯曲、扭转和胀径，在测量弯曲、扭转和胀径这三种变形时，需要得到平行于管道轴线的第二个弯曲传感器电阻变化值，与轴线呈45度的第三个弯曲传感器、第四个弯曲传感器电阻变化值和周向第一个弯曲传感器的变化值；
当管道没有发生形变时，第一个弯曲传感器、第二个弯曲传感器、第三个弯曲传感器、第四个弯曲传感器四个弯曲传感器的每一路输出一个初始电阻值；
当管道发生弯曲和扭转变形时，平行于管道轴线的第一个弯曲传感器和与轴线呈45度的第三个弯曲传感器、第四个弯曲传感器电阻会变化，而周向的第二个弯曲传感器电阻值不会发生改变；
当管道发生胀径变形时，只有周向的第二个弯曲传感器电阻值会发生改变，平行于管道轴线的第一个弯曲传感器和与轴线呈45度的第三个弯曲传感器、第四个弯曲传感器电阻不会变化；
当管道即发生弯曲和扭转变形又发生胀径变形时，第一个弯曲传感器、第二个弯曲传感器、第三个弯曲传感器、第四个弯曲传感器四个弯曲传感器的电阻值都会发生变化；
轴向第一个弯曲传感器和与轴线呈45度的第三个弯曲传感器、第四个弯曲传感器的电阻变化值的大小反应的是管道弯曲和扭转的程度；而周向第二个弯曲传感器的电阻变化值的大小反应的是管道胀径程度；
与柔性膜的接口电连接有采集节点微处理器，处理器获取弯曲传感器薄膜测量得到的第一个弯曲传感器、第二个弯曲传感器、第三个弯曲传感器、第四个弯曲传感器的电阻变化值，通过无线传输到汇聚节点，汇聚节点在通过无线公共网络4G模块将数据传送到服务器进行数据处理与分析。
本发明的优点：通过在柔性膜上分布四路弯曲传感器，将柔性膜缠绕在被测量的管道上时，通过两个固定边进行固定，使柔性膜下平面与被测量的管道面均匀进行接触。四路弯曲传感器与检测电路接后连接后，管道发生弯曲、扭转和胀径变形，四路弯曲传感器将以不同的电阻值变化输出进行对应，通过检测电路的数据处理和分析可以确准的得到管道状态，为管道管理和维护以及管道所在地理信息的特征获取提供依据。
附图说明
下面结合管道实例附图进一步说明本发明的具体结构及具体实施方式：
图1是本发明实施例1弯曲传感器结构示意图；
图2 是本发明实施例弯曲传感器使用状态说明；
图3是本发明实施例2弯曲传感器结构示意图。
图中，1、第一个弯曲传感器；2、第二个弯曲传感器；3、第三个弯曲传感器；4、第四个弯曲传感器；5、柔性膜；6、接口；7、管道；8、魔术贴A\B面；9、密封硅胶；10、采集节点；11、处理中心。
具体实施方式
实施例1
如图1和图2所示，一种用于管道形变检测的弯曲传感器结构，至少包括柔性膜5上的四个弯曲传感器, 第一个弯曲传感器1平行于柔性膜一个边缘，第二个弯曲传感器2垂直于第一个弯曲传感器1，第一个弯曲传感器1和第二个弯曲传感器2构成T字形，在T字形的两个直角分别固定第三个弯曲传感器3和第四个弯曲传感器4，第一个弯曲传感器1、第二个弯曲传感器2、第三个弯曲传感器3、第四个弯曲传感器4输出端分别与接口6电连接；所述的柔性膜上的四个弯曲传感器是在柔性膜5上直接印刷的应变电阻器。在T字形的两个直角分别固定第三个弯曲传感器3和第四个弯曲传感器4是按30度至60度布置，其最佳的角度是45度。
所述的第一个弯曲传感器1相垂直的柔性膜5两个边有用于连接的魔术贴A\B面8，当柔性膜缠绕在被测量的管道7上时，通过魔术贴A\B面8进行固定，使柔性膜5下平面与被测量的管道面均匀进行面接触。
所述的第一个弯曲传感器1、第二个弯曲传感器2、第三个弯曲传感器3、第四个弯曲传感器4四个弯曲传感器具有相同的结构变化电阻特性值输出。
本发明的工作原理是：
将柔性膜5及柔性膜5上第一个弯曲传感器1、第二个弯曲传感器2、第三个弯曲传感器3、第四个弯曲传感器4缠绕在被测量的管道7上进行固定，连接弯曲传感器的接口6与采集节点10电连接，采集节点10将采集的四路弯曲传感器电阻值通过无线传送到处理中心11，通过对四路弯曲传感器电阻分析，得到管道7变形形式和变形状态。
管道发生的变形可以分类为弯曲、扭转和胀径，在测量弯曲、扭转和胀径这三种变形时，需要得到平行于管道轴线的第二个弯曲传感器2电阻变化值，与轴线呈45度的第三个弯曲传感器3、第四个弯曲传感器4电阻变化值和周向第一个弯曲传感器1的变化值。
当管道7没有发生形变时，第一个弯曲传感器1、第二个弯曲传感器2、第三个弯曲传感器3、第四个弯曲传感器4四个弯曲传感器的每一路输出一个初始电阻值；
当管道7发生弯曲和扭转变形时，平行于管道轴线的第一个弯曲传感器1和与轴线呈45度的第三个弯曲传感器3、第四个弯曲传感器4电阻会变化，而周向的第二个弯曲传感器2电阻值不会发生改变；
当管道7发生胀径变形时，只有周向的第二个弯曲传感器2电阻值会发生改变，平行于管道轴线的第一个弯曲传感器1和与轴线呈45度的第三个弯曲传感器3、第四个弯曲传感器4电阻不会变化；
当管道7即发生弯曲和扭转变形又发生胀径变形时，第一个弯曲传感器1、第二个弯曲传感器2、第三个弯曲传感器3、第四个弯曲传感器4四个弯曲传感器的电阻值都会发生变化；
轴向第一个弯曲传感器1和与轴线呈45度的第三个弯曲传感器3、第四个弯曲传感器4的电阻变化值的大小反应的是管道弯曲和扭转的程度；而周向第二个弯曲传感器2的电阻变化值的大小反应的是管道胀径程度。
与柔性膜5的接口6电连接有采集节点微处理器，处理器获取弯曲传感器薄膜测量得到的第一个弯曲传感器1、第二个弯曲传感器2、第三个弯曲传感器3、第四个弯曲传感器4的电阻变化值，通过无线传输到汇聚节点，汇聚节点在通过无线公共网络4G模块将数据传送到服务器进行数据处理与分析。
实施例2
如图3所示，一种用于管道形变检测的弯曲传感器结构，至少包括柔性膜5上的四个弯曲传感器, 第一个弯曲传感器1平行于柔性膜一个边缘，第二个弯曲传感器2垂直于第一个弯曲传感器1，第一个弯曲传感器1和第二个弯曲传感器2构成T字形，在T字形的两个直角分别固定第三个弯曲传感器3和第四个弯曲传感器4，第一个弯曲传感器1、第二个弯曲传感器2、第三个弯曲传感器3、第四个弯曲传感器4输出端分别与接口6电连接；所述的柔性膜上的第一个弯曲传感器1、第二个弯曲传感器2、第三个弯曲传感器3、第四个弯曲传感器4是在柔性膜上固定的性能相同独立弯曲传感器，第一个弯曲传感器1、第二个弯曲传感器2、第三个弯曲传感器3、第四个弯曲传感器4四周有密封硅胶9，在T字形的两个直角分别固定第三个弯曲传感器3和第四个弯曲传感器4是按30度布置。
所述的第一个弯曲传感器1相垂直的柔性膜5两个边有用于弯曲连接的魔术贴A\B面8，当柔性膜缠绕在被测量的管道7上时，通过魔术贴A\B面8进行固定，使柔性膜5下平面与被测量的管道面均匀进行面接触。
所述的第一个弯曲传感器1、第二个弯曲传感器2、第三个弯曲传感器3、第四个弯曲传感器4四个弯曲传感器具有相同的结构变化电阻特性值输出。
本发明中，实施例1和实施例2结构基本相同，前者将第一个弯曲传感器1、第二个弯曲传感器2、第三个弯曲传感器3、第四个弯曲传感器4直接设计在柔性PCB上。后者将工艺集成为独立产品的弯曲传感器通过502胶粘接，同时在每个弯曲传感器周边涂有密封硅胶9，保证产品的防潮、进水。影响检测效果。
实施例1和实施例2工艺过程不一样，但检测方法相同，因此，在实施例2中省略了方法说明。
本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。
Claims (1)
1.一种用于管道形变检测的弯曲传感器测量方法，其特征是：
至少包括柔性膜上的四个弯曲传感器, 第一个弯曲传感器平行于柔性膜一个边缘，第二个弯曲传感器垂直于第一个弯曲传感器，第一个弯曲传感器和第二个弯曲传感器构成T字形，在T字形的两个直角分别固定第三个弯曲传感器和第四个弯曲传感器，第一个弯曲传感器、第二个弯曲传感器、第三个弯曲传感器、第四个弯曲传感器输出端分别与接口电连接；将柔性膜及柔性膜上第一个弯曲传感器、第二个弯曲传感器、第三个弯曲传感器、第四个弯曲传感器缠绕在被测量的管道上进行固定，连接弯曲传感器的接口与采集节点电连接，采集节点将采集的四路弯曲传感器电阻值通过无线传送到处理中心，通过对四路弯曲传感器电阻分析，得到管道形变形式和形变状态；
管道发生的形变可以被分类为弯曲、扭转和胀径，在测量弯曲、扭转和胀径这三种形变时，需要得到平行于管道轴线的第二个弯曲传感器电阻变化值，与轴线呈45度的第三个弯曲传感器、第四个弯曲传感器电阻变化值和周向第一个弯曲传感器的变化值；
当管道没有发生形变时，第一个弯曲传感器、第二个弯曲传感器、第三个弯曲传感器、第四个弯曲传感器四个弯曲传感器的每一路输出一个初始电阻值；
当管道发生弯曲和扭转形变时，平行于管道轴线的第二个弯曲传感器和与轴线呈45度的第三个弯曲传感器、第四个弯曲传感器电阻会变化，而周向的第一个弯曲传感器电阻值不会发生改变；
当管道发生胀径形变时，只有周向的第一个弯曲传感器电阻值会发生改变，平行于管道轴线的第二个弯曲传感器和与轴线呈45度的第三个弯曲传感器、第四个弯曲传感器电阻不会变化；
当管道既发生弯曲和扭转形变又发生胀径形变时，第一个弯曲传感器、第二个弯曲传感器、第三个弯曲传感器、第四个弯曲传感器四个弯曲传感器的电阻值都会发生变化；
平行于管道轴线的第二个弯曲传感器和与轴线呈45度的第三个弯曲传感器、第四个弯曲传感器的电阻变化值的大小反应的是管道弯曲和扭转的程度；而周向第一个弯曲传感器的电阻变化值的大小反应的是管道胀径程度；
与柔性膜的接口电连接有微处理器，微处理器获取弯曲传感器测量得到的第一个弯曲传感器、第二个弯曲传感器、第三个弯曲传感器、第四个弯曲传感器的电阻变化值，通过无线传输到采集节点，采集节点再通过无线公共网络4G模块将数据传送到处理中心进行数据处理与分析。
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