CN113030242A - 一种地铁埋地金属管道腐蚀光纤监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本专利涉及一种地铁埋地金属管道腐蚀光纤监测装置及方法,监测装置包括激励单元、传感单元、预紧单元、支撑单元和控制单元,并提出一种地铁金属管道腐蚀监测方法,具体为:激励单元沿埋地金属管道的一端向另一端输出激励电流,激励电流激发产生的磁场沿传感单元的导磁体传导到预紧后的磁致伸缩复合材料,磁致伸缩复合材料因此产生形变并导致粘贴其上的光纤光栅产生成比例形变,光纤光栅将形变信号传送给控制单元,经控制单元计算后得到此处传感单元布设位置金属管道上的流通电流,当相邻两个传感单元所监测到的激励电流值不同且差值超过所设阈值,则控制单元认为这两个传感单元之间的金属管道发生腐蚀并发出警报。
Description
技术领域
本发明涉及地铁埋地金属管道腐蚀监测,尤其涉及一种地铁埋地金属管道腐蚀光纤监测装置及方法。
背景技术
目前,地铁供电***大多采用直流牵引供电模式,地铁机车通过接触网向牵引变电所获取牵引电流,牵引电流沿走行轨返回牵引变电所,随着地铁投入运营时间的增长,地铁走行轨与道床之间的绝缘性能逐渐降低,部分牵引电流将从走行轨泄漏到周边介质,形成杂散电流。杂散电流不仅会对地铁***主体钢筋结构造成电化学腐蚀,还会对地铁埋地金属管道等造成腐蚀危害,降低埋地金属管道的使用寿命和耐久性,严重情况下将引起灾难性的后果,由于埋地金属管道通常处于地下深处,常年处于潮湿腐蚀环境中,目前罕见可用于埋地金属管道腐蚀监测的在线可靠准确方法。
发明内容
发明目的:针对以上问题,本发明提出一种地铁埋地金属管道腐蚀光纤监测装置及方法,该装置便于安装和拆卸,检测原理简单,易操作。
技术方案:为实现本发明的目的,本发明所采用的技术方案是:一种地铁埋地金属管道腐蚀光纤监测装置,该装置包括由激励单元(1)、支撑单元(2)、传感单元(3)、预紧单元(4)、和控制单元(5);
所述支撑单元(2)包括支撑扣件(21)和导磁体插槽(22),支撑扣件(21)为两个对称的第一半圆弧型钢结构(211)和第二半圆弧型钢结构(212),所述第一半圆弧型钢结构(211)和第二半圆弧型钢结构(212)两端分别通过第一螺栓(213)和第二螺栓(214)连接而成钢环,两个导磁体插槽(22)对称设置在半圆弧型钢结构(211)和(212)的外侧;
所述传感单元(3)由永磁体(31)、磁致伸缩复合材料(32)、导磁体(33)和光纤光栅(34)构成,其中,永磁体(31)的数量为2个,分别为第一永磁体(311)和第二永磁体(312),为磁致伸缩复合材料(32)提供恒定偏置磁场;导磁体(33)包括对称的第一3/8圆弧型钢结构(331)和第二3/8圆弧型钢结构(332);所述第一3/8圆弧型钢结构(331)和第二3/8圆弧型钢结构(332)分别穿过两个导磁体插槽(22);第一永磁体(311)和第二永磁体(312)分别与第一3/8圆弧型钢结构(331)和第二3/8圆弧型钢结构(332)的一端连接;磁致伸缩复合材料(32)的两端分别与第一3/8圆弧型钢结构(321)和第二3/8圆弧型钢结构(322)的另一端连接;
光纤光栅(34)的一端埋设在磁致伸缩复合材料(32)内部,另一端连接控制单元(5);
所述预紧单元(4)包括壳体(41)、内滑槽(42)、滑块(43)、弹簧(44)、和预紧螺栓(45),其中,所述壳体(41)焊接在支撑扣件(21)外侧,并且内部设有内滑槽(42);所述滑块(43)与内滑槽(42)配合,所述滑块(43)上端设有内螺纹,弹簧(44)一侧与内螺纹配合连接,另一侧与永磁体(31)配合,所述预紧螺栓(45)通过螺纹孔安装在壳体(41)底部;
所述激励单元(1)与金属管道(6)的一端连接,激励单元(1)沿金属管道(6)的一端向另一端输出激励电流;所述支撑单元(2)通过所述钢环固定在金属管道(6)上,并且等间距布设;
传感单元(3)监测流经其布设位置的激励电流;传感单元(3)的永磁体(31)与预紧单元(4)的弹簧(44)连接,通过旋转预紧螺栓(45)推动滑块(43)沿内滑槽(42)压缩弹簧(44)产生预紧力使得第一永磁体(311)、第二永磁体(312)分别于与其连接的预紧单元(4)的弹簧(44)压紧;该预紧力依次通过与弹簧(44)连接的永磁体(31)、与永磁体(31)连接的导磁体(33)作用到与导磁体(33)连接的磁致伸缩复合材料(32),提高磁致伸缩复合材料(32)的测量灵敏度;控制单元(5)接收传感单元(3)返回信号并进行计算、存储及报警。
本发明还提出根据所述一种地铁埋地金属管道腐蚀光纤监测装置实现的一种地铁埋地金属管道腐蚀光纤监测方法包括如下步骤:
S1:激励单元(1)沿金属管道(6)的一端向另一端输出激励电流,激励电流沿着金属管道(6)形成环形磁场;
S2:传感单元(3)的导磁体(33)将其布设位置的金属管道磁场汇聚后传递给磁致伸缩复合材料(32),磁致伸缩复合材料(32)在磁场的作用下产生应变,磁致伸缩复合材料(32)产生的应变导致埋设其内部的光纤光栅(34)的中心波长发生成比例变化,控制单元(5)根据光纤光栅(34)返回的信号特征换算出该处金属管道(6)的激励电流;
S3:控制单元(5)按顺序存储不同位置传感单元(3)的监测结果,当相邻两个传感单元(3)的监测结果差值不大于10mA,则控制单元(5)判定这两个传感单元(3)之间的金属管道没有腐蚀;当相邻两个传感单元(3)的监测结果差值大于10mA,则控制单元(5)判定这两个传感单元(3)之间的金属管道发生腐蚀,并进行报警。
有益效果:与现有技术相比,本发明的技术方案具有以下有益技术效果:
可实现地铁埋地金属管线腐蚀的高精度监测,成本低,可现场拆装,使用便捷。
附图说明
图1为光纤监测装置;
图2为支撑单元;
图3为传感单元;
图4为预紧单元;
图中:1、激励单元,2、支撑单元,3、传感单元,4、预紧单元,5、控制单元,21、支撑扣件,22、导磁体插槽,211、第一半圆弧型钢结构,212、第二半圆弧型钢结构,213、第一螺栓,214、第二螺栓,31、永磁体、32、磁致伸缩复合材料、33、导磁体,34、光纤光栅,311、第一永磁体,312、第二永磁体,331、第一3/8圆弧型钢结构,332、第二3/8圆弧型钢结构,41、壳体,42、内滑槽,43、滑块,44、弹簧,45、预紧螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本专利的具体实施方式作进一步的说明。
本发明提出一种地铁埋地金属管道腐蚀光纤监测装置,该装置包括由激励单元(1)、支撑单元(2)、传感单元(3)、预紧单元(4)、和控制单元(5);
所述支撑单元(2)包括支撑扣件(21)和导磁体插槽(22),支撑扣件(21)为两个对称的第一半圆弧型钢结构(211)和第二半圆弧型钢结构(212),所述第一半圆弧型钢结构(211)和第二半圆弧型钢结构(212)两端分别通过第一螺栓(213)和第二螺栓(214)连接而成钢环,两个导磁体插槽(22)对称设置在半圆弧型钢结构(211)和(212)的外侧;
所述传感单元(3)由永磁体(31)、磁致伸缩复合材料(32)、导磁体(33)和光纤光栅(34)构成,其中,永磁体(31)的数量为2个,分别为第一永磁体(311)和第二永磁体(312),为磁致伸缩复合材料(32)提供恒定偏置磁场;导磁体(33)包括对称的第一3/8圆弧型钢结构(331)和第二3/8圆弧型钢结构(332);所述第一3/8圆弧型钢结构(331)和第二3/8圆弧型钢结构(332)分别穿过两个导磁体插槽(22);第一永磁体(311)和第二永磁体(312)分别与第一3/8圆弧型钢结构(331)和第二3/8圆弧型钢结构(332)的一端连接;磁致伸缩复合材料(32)的两端分别与第一3/8圆弧型钢结构(321)和第二3/8圆弧型钢结构(322)的另一端连接;
光纤光栅(34)的一端埋设在磁致伸缩复合材料(32)内部,另一端连接控制单元(5);
所述预紧单元(4)包括壳体(41)、内滑槽(42)、滑块(43)、弹簧(44)、和预紧螺栓(45),其中,所述壳体(41)焊接在支撑扣件(21)外侧,并且内部设有内滑槽(42);所述滑块(43)与内滑槽(42)配合,所述滑块(43)上端设有内螺纹,弹簧(44)一侧与内螺纹配合连接,另一侧与永磁体(31)配合,所述预紧螺栓(45)通过螺纹孔安装在壳体(41)底部;
所述激励单元(1)与金属管道(6)的一端连接,激励单元(1)沿金属管道(6)的一端向另一端输出激励电流;所述支撑单元(2)通过所述钢环固定在金属管道(6)上,并且等间距布设;
传感单元(3)监测流经其布设位置的激励电流;通过旋转预紧螺栓(45)推动滑块(43)沿内滑槽(42)压缩弹簧(44)产生预紧力使得第一永磁体(311)、第二永磁体(312)分别于与其连接的预紧单元(4)的弹簧(44)压紧;该预紧力依次通过与弹簧(44)连接的永磁体(31)、与永磁体(31)连接的导磁体(33)作用到与导磁体(33)连接的磁致伸缩复合材料(32),提高磁致伸缩复合材料(32)的测量灵敏度;控制单元(5)接收传感单元(3)返回信号并进行计算、存储及报警。
本发明还提出根据所述一种地铁埋地金属管道腐蚀光纤监测装置实现的一种地铁埋地金属管道腐蚀光纤监测方法包括如下步骤:
S1:激励单元(1)沿金属管道(6)的一端向另一端输出激励电流,激励电流沿着金属管道(6)形成环形磁场;
S2:传感单元(3)的导磁体(33)将其布设位置的金属管道磁场汇聚后传递给磁致伸缩复合材料(32),磁致伸缩复合材料(32)在磁场的作用下产生应变,磁致伸缩复合材料(32)产生的应变导致埋设其内部的光纤光栅(34)的中心波长发生成比例变化,控制单元(5)根据光纤光栅(34)返回的信号特征换算出该处金属管道(6)的激励电流;
S3:控制单元(5)按顺序存储不同位置传感单元(3)的监测结果,当相邻两个传感单元(3)的监测结果差值不大于10mA,则控制单元(5)判定这两个传感单元(3)之间的金属管道没有腐蚀;当相邻两个传感单元(3)的监测结果差值大于10mA,则控制单元(5)判定这两个传感单元(3)之间的金属管道发生腐蚀,并进行报警。
所述磁致伸缩复合材料(32)是由Terfenol-D粉末、环氧树脂、固化剂和偶联剂按比例均匀混合制作的,其中Terfenol-D粉末与环氧树脂的比例为5:1,环氧树脂与固化剂的比例为3:1,偶联剂占整个混合物的2%。环氧树脂的作用是用来粘结Terfenol-D粉末颗粒,偶联剂的作用是增强Terfenol-D粉末颗粒与环氧树脂的粘结力。偶联剂处理Terfenol-D粉末采用的是整体混掺法,比表面处理法简单易操作。
Claims (2)
1.一种地铁埋地金属管道腐蚀光纤监测装置,其特征在于,该装置包括由激励单元(1)、支撑单元(2)、传感单元(3)、预紧单元(4)、和控制单元(5);
所述支撑单元(2)包括支撑扣件(21)和导磁体插槽(22),支撑扣件(21)为两个对称的第一半圆弧型钢结构(211)和第二半圆弧型钢结构(212),所述第一半圆弧型钢结构(211)和第二半圆弧型钢结构(212)两端分别通过第一螺栓(213)和第二螺栓(214)连接而成钢环,两个导磁体插槽(22)对称设置在半圆弧型钢结构(211)和(212)的外侧;
所述预紧单元(4)包括壳体(41)、内滑槽(42)、滑块(43)、弹簧(44)、和预紧螺栓(45),其中,所述壳体(41)焊接在支撑扣件(21)外侧,并且内部设有内滑槽(42);所述滑块(43)与内滑槽(42)配合,所述滑块(43)上端设有内螺纹,弹簧(44)一侧与内螺纹配合连接,所述预紧螺栓(45)通过螺纹孔安装在壳体(41)底部;
所述传感单元(3)由永磁体(31)、磁致伸缩复合材料(32)、导磁体(33)和光纤光栅(34)构成,其中,永磁体(31)的数量为2个,分别为第一永磁体(311)和第二永磁体(312),为磁致伸缩复合材料(32)提供恒定偏置磁场;导磁体(33)包括对称的第一3/8圆弧型钢结构(331)和第二3/8圆弧型钢结构(332);所述第一3/8圆弧型钢结构(331)和第二3/8圆弧型钢结构(332)分别穿过两个导磁体插槽(22);第一永磁体(311)和第二永磁体(312)分别与第一3/8圆弧型钢结构(331)和第二3/8圆弧型钢结构(332)的一端连接;磁致伸缩复合材料(32)的两端分别与第一3/8圆弧型钢结构(321)和第二3/8圆弧型钢结构(322)的另一端连接;光纤光栅(34)的一端埋设在磁致伸缩复合材料(32)内部,另一端连接控制单元(5);
所述第一永磁体(311)通过弹簧(44)连接一个预紧单元(4),所述第二永磁体(312)通过弹簧(44)连接另一个预紧单元(4);
所述激励单元(1)与金属管道(6)的一端连接,激励单元(1)沿金属管道(6)的一端向另一端输出激励电流;所述支撑单元(2)通过所述钢环固定在金属管道(6)上,并且等间距布设;
通过旋转预紧螺栓(45)推动滑块(43)沿内滑槽(42)压缩弹簧(44)产生预紧力使得第一永磁体(311)、第二永磁体(312)分别于与其连接的预紧单元(4)的弹簧(44)压紧;该预紧力依次通过与弹簧(44)连接的永磁体(31)、与永磁体(31)连接的导磁体(33)作用到与导磁体(33)连接的磁致伸缩复合材料(32),提高磁致伸缩复合材料(32)的测量灵敏度;控制单元(5)接收传感单元(3)返回信号并进行计算、存储及报警。
2.根据所述一种地铁埋地金属管道腐蚀光纤监测装置实现的一种地铁埋地金属管道腐蚀光纤监测方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
S1:激励单元(1)沿金属管道(6)的一端向另一端输出激励电流,激励电流沿着金属管道(6)形成环形磁场;
S2:传感单元(3)的导磁体(33)将其布设位置的金属管道磁场汇聚后传递给磁致伸缩复合材料(32),磁致伸缩复合材料(32)在磁场的作用下产生应变,磁致伸缩复合材料(32)产生的应变导致埋设其内部的光纤光栅(34)的中心波长发生成比例变化,控制单元(5)根据光纤光栅(34)返回的信号特征换算出该处金属管道(6)的激励电流;
S3:控制单元(5)按顺序存储不同位置传感单元(3)的监测结果,当相邻两个传感单元(3)的监测结果差值不大于10mA,则控制单元(5)判定这两个传感单元(3)之间的金属管道没有腐蚀;当相邻两个传感单元(3)的监测结果差值大于10mA,则控制单元(5)判定这两个传感单元(3)之间的金属管道发生腐蚀,并进行报警。
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