基于光纤光栅的管道应力监测系统.pdf

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1、化工自动化及仪表第39卷基于光纤光栅的管道应力监测系统冷建成’苗秀杰2周国强。吴泽民‘闫天红(1．东北石油大学机械科学与工程学院，黑龙江大庆163318；2．大庆医学高等专科学校，黑龙江大庆163312)摘要提出了一种基于光纤光栅传感技术的管道应力监测系统，在分析硬件和软件两大系统组成的基础上，开发了基于应力在线预警和离线数据统计相结合的综合分析方法。重点介绍了在线预警软件的功能及关键参数设置方法，离线评估软件将实时保存的文本数据文件转换为SQLServer数据库，并具有曲线显示、统计分析等功能模块。系统能够实现管道运行时全

2、天候实时监测及后续趋势分析等要求，可推广应用到其他重要结构的应力在线监测。关键词管道应力监测系统光纤光栅在线预警离线评估中图分类号TH823．3文献标识码B文章编号1000—3932(2012)11．1504-03无损检测技术对于保障油气管道的安全稳定运输具有重要意义⋯。随着服役时间的推移，许多管道正日益趋于老化，因而不停产条件下的在线监测技术对于预防突发性故障就显得尤为重要。作为新一代的光传感元件，光纤光栅传感器在各种大型工程结构的长期安全监测领域得到了广泛应用，尤其是在地质灾害监测和应力应变监测方面极具优势¨1。目前，光

3、纤光栅传感技术已成功应用于管道的泄露检测、滑坡监测及应力变形监测等不同场合一。。；建立一个长久可靠的结构健康监测系统，除了要求硬件系统尤其是传感器能够经久耐用之⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-S1S2SIISl2·1外，开发高效实用的软件系统也是一个关键。笔者的目的就是以某管道应力应变监测为例，在研究应力监测系统组成的基础上，构建基于应力在线预警和离线数据统计相结合的软件开发模式。1应力监测系统组成光纤光栅管道应力监测系统包括硬件和软件两部分，如图1所示，其中硬件由传感器子系统和数据采集与传输子系统组成，主要用于获取管道上关键部位的

4、应力信息，并将传感器的信号送到数据处理和控制系统；软件包括数据管理子系统和数据分析处理子系统，主要对数据进行二次预后台数据库图l光纤光栅应力监测系统组成sl—S2——光纤光栅应变传感器；tl——纤光栅温度传感器r]■．■—lJI软件系统收稿日期：2012-08．30(修改稿)基金项目：中国石油天然气集团公司十二五项目资助(201IB-438)第11期冷建成等．基于光纤光栅的管道应力监测系统处理、结果显示、存档及入库等操作，具有在线评估和离线评估功能，前者对监测数据进行实时安全性预警并进行初步评估，后者可进行信息提取和挖掘、损

5、伤识别，实现安全性、耐久性评估等。2在线预警软件在本监测方案中，解调系统选用美国MicroOptics公司的sml25．500低速光纤光栅传感解调仪，并配备sm04l一416光开关扩展模块，以实现上百点的应变监测；监测软件为MicroOptics公司的ENLIGHT软件。MOI．ENLIGHT软件基于强大的．net开发环境，可把光学波长参数转换成应变、温度等实际的物理量，实现数据采集、处理和分析功能，其采集标签页(Acquisition)如图2所示。一‘‘：．麓‘=-：7．慧?=．’～．～．：”斟“‘‘’’～’。。’l}墓弋

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7、翮图2MOI-ENLIGHT软件界面由于光纤光栅同时受到温度和应变作用，在工程实际应用中通常串联温度传感器，因而计算应变时需要进行测量结果补偿，在软件界面的传感器标签页(Sensors)上，经温度补偿后的实际应变值设置为：8=竺坐土半竖坐型(1)8=——————————————：■————————————一＼l，AT=T—To(2)式中占——待求应变值；A——实测中心波长；A广初始中心波长；K，——温度灵敏度系数；K_-～应变灵敏度系数；r——传感器实测温度；R一出厂时标

8、定或初次安装时提供的传感器初始温度。具体的设置界面如图3所示，在曲线显示标签页(Chaas)中将实时显示补偿后的实际应变变化，并通过保存标签页(Save)可以连续或定时存储传感器或谱响应的实时采集数据。同时，可以设定传感器的报警阈值，进而在图形显示标签页(Image)中分别用绿色、黄色、红色的标记显示监测部位是否安全、超出预警及超出极限值等信息以提醒用户。另外，通过设置标签页(Settings)，一旦超过阈值，可以在预警提示标签页(Aleas)中给出具体的提示信息、警告信息和报警信息，或触发的报警信号可经Email通知用户。

9、图3传感器设置界面3离线评估软件上述的在线实时采集为管道提供了大量的、全面的应变监测数据。MOI—ENLIGHT软件自动保存监测点的谱峰波长或传感器应变数据，并自动追加详细时间及文件扩展名．TXT，这些文本数据利用“记事本”或“WORD”均可打开。由于每个文件记录的仅是某一时刻的采集信息，