基于分布式光纖應(yīng)變傳感器的承插式管道接口變形測(cè)量裝置及其測(cè)量方法
【專利摘要】一種基于分布式光纖應(yīng)變傳感器的承插式管道接口變形測(cè)量裝置及其測(cè)量方法，屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。該測(cè)量裝置包括三個(gè)分布式光纖和三個(gè)弓形測(cè)量裝置，三個(gè)弓形測(cè)量裝置均布在承插式管道接口的周圍；弓形測(cè)量裝置的一端固定于插入頭的外壁上，另一端固定于承插頭的外壁上，分布式光纖依次固定于插入頭的外壁上、弓形光纖槽內(nèi)和承插頭的外壁上。弓形測(cè)量裝置的外側(cè)設(shè)有固定于承插式管上的保護(hù)外殼。該測(cè)量裝置保護(hù)其埋入地下后可正常運(yùn)行，可以使分布式光纖測(cè)量承插式管道接口的變形情況，拓寬分布式光纖在管道健康監(jiān)測(cè)的應(yīng)用范圍，且操作便捷，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用。通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析實(shí)際管道接口的變形狀態(tài)，當(dāng)承插接口出現(xiàn)危險(xiǎn)變形時(shí)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)。
【專利說(shuō)明】
基于分布式光纖應(yīng)變傳感器的承插式管道接口變形測(cè)量裝置 及其測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于分布式光纖應(yīng)變傳感器的承插式管道接口變形測(cè)量裝置及 其測(cè)量方法，屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著中國(guó)城市化的不斷發(fā)展，城市供水系統(tǒng)越來(lái)越成為一個(gè)現(xiàn)代化城市建設(shè)與發(fā)展必 不可少的基礎(chǔ)工程。其中，供水管道的結(jié)構(gòu)安全尤為關(guān)鍵。供水管道的變形、破壞所導(dǎo)致的 自來(lái)水污染、路面積水與部分地區(qū)暫停供水等緊急情況將給城市居民的日常生活帶來(lái)許多 不便。因此，如何準(zhǔn)確了解地下供水管道的運(yùn)行情況，及時(shí)知曉供水管道的結(jié)構(gòu)狀態(tài)成為當(dāng) 下既艱難而又富有挑戰(zhàn)性的工作。
[0003] 在各類供水管道之中，承插式管道最為常見(jiàn)。由于各段承插式管道之間的連接是 通過(guò)T型橡膠圈來(lái)完成，為柔性連接，故相對(duì)于管道的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度而言，其接口處強(qiáng)度明 顯薄弱。大量資料顯示，地下管道破壞大多發(fā)生在管道接口處。管道接口處的破壞主要表現(xiàn) 為兩種形式，一種是橫向彎曲破壞;另外一種是軸向拉伸破壞。故在承插式管道整體結(jié)構(gòu)的 健康監(jiān)測(cè)中，其接口處的監(jiān)測(cè)尤為重要， 由于柔性供水管道具有長(zhǎng)距離、埋地環(huán)境復(fù)雜等特性，所以在眾多管道健康安全監(jiān)測(cè) 方法當(dāng)中，光纖傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)憑借其具有分布式、長(zhǎng)距離、實(shí)時(shí)性、耐腐蝕、抗電磁干擾等特 點(diǎn)，成為管道健康安全監(jiān)測(cè)的新熱點(diǎn)。分布式光纖的工作原理是同時(shí)利用光纖作為傳感敏 感元件和傳輸信號(hào)介質(zhì)，并基于布里淵散射原理，結(jié)合光時(shí)域反射技術(shù)、光時(shí)域分析技術(shù)或 光頻域分析技術(shù)，可探測(cè)出沿光纖傳播路徑的不同位置的應(yīng)變與溫度變化，實(shí)現(xiàn)真正的分 布式測(cè)量。其傳輸傳感一體，測(cè)試費(fèi)用低廉，故現(xiàn)已成為近些年發(fā)展最為迅速，應(yīng)用最為廣 泛的管道安全監(jiān)測(cè)技術(shù)之一。
[0004] 近些年，管道健康監(jiān)測(cè)技術(shù)向著多元化、整體化、即時(shí)化的方向發(fā)展。申請(qǐng)公布號(hào) 〇附0373304(^，申請(qǐng)公布日2014.04.16，用光纖分布式聲傳感器，通過(guò)監(jiān)測(cè)到管道不同位置 的聲信號(hào)對(duì)管道進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)；中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公布號(hào)CN103968257A，申請(qǐng)公布日 2014.08.06,發(fā)明了一種基于網(wǎng)格化的光纖傳感器，對(duì)地下管道進(jìn)行整體監(jiān)測(cè)的方法。
[0005] 光纖傳感技術(shù)在實(shí)際柔性管道安全健康監(jiān)測(cè)當(dāng)中，也越來(lái)越受到關(guān)注。申請(qǐng)公布 號(hào)CN103630265A，申請(qǐng)公布日2014.03.12，發(fā)明了一種基于分布式光纖的柔性管道溫度的 在線監(jiān)測(cè)方法；中國(guó)實(shí)用新型授權(quán)公告號(hào)CN204142402U，授權(quán)公告日2015.02.04，通過(guò)對(duì)分 布式光纖傳感器的設(shè)計(jì)、布置、傳輸、信號(hào)處理等方面設(shè)計(jì)與創(chuàng)新，全面的闡述了光纖在供 水管道安全監(jiān)測(cè)方面的一種實(shí)用方法。
[0006] 分布式光纖管道的健康監(jiān)測(cè)主要是針對(duì)管道的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而能對(duì)管道進(jìn)行長(zhǎng) 距離分布式監(jiān)測(cè)需要滿足兩個(gè)監(jiān)測(cè)環(huán)境條件:一是需要光纖貼附于管體表面，并保持光纖 的相對(duì)線性，不能有較大彎折，否則由彎折所導(dǎo)致的光損耗將使光纖測(cè)量的可用性與準(zhǔn)確 性大大降低。二是由于光纖的局部受拉性較弱，極值為20000個(gè)微應(yīng)變左右，故當(dāng)管道局部 出現(xiàn)較大應(yīng)變時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致光纖無(wú)法承受而斷裂。
[0007] 而在針對(duì)承插式供水管道時(shí)，由于承插式管道接口結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和上述光纖傳導(dǎo) 的特殊性，導(dǎo)致光纖監(jiān)測(cè)在承插式管道接口方面所使用的監(jiān)測(cè)方法、裝置的創(chuàng)新與應(yīng)用則 寥寥無(wú)幾。而本專利所設(shè)計(jì)的測(cè)量裝置與測(cè)量方法便主要針對(duì)承插式管道接口的健康狀態(tài) 進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析實(shí)際管道接口的變形狀態(tài)，當(dāng)承插接口出現(xiàn)危險(xiǎn)變形時(shí)可及 時(shí)發(fā)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供一種基于分布式光纖應(yīng)變傳感器的承插式管道接口變形測(cè)量裝置及 其測(cè)量方法，由于承插式管道接口結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和上述光纖傳感的特殊性，該測(cè)量裝置主 要針對(duì)承插式管道接口的結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析實(shí)際管道接口的變形狀 態(tài)，當(dāng)承插接口出現(xiàn)危險(xiǎn)變形時(shí)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)。
[0009] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種基于分布式光纖應(yīng)變傳感器的承插式管道接口變 形測(cè)量裝置，它包括承插式管插入頭、T型密封橡膠圈和承插式管承插頭，T型密封橡膠圈置 于承插式管承插頭內(nèi)的密封槽中后，插入承插式管插入頭，它還包括三個(gè)分布式光纖和三 個(gè)弓形測(cè)量裝置，三個(gè)弓形測(cè)量裝置均布在承插式管道接口的周圍；所述弓形測(cè)量裝置的 一端用膠固定于承插式管插入頭的外壁上，另一端用膠固定于承插式管承插頭的外壁上， 所述分布式光纖（1)用膠依次固定于承插式管插入頭的外壁上、弓形測(cè)量裝置的弓形光纖 槽內(nèi)和承插式管承插頭的外壁上;所述弓形測(cè)量裝置的外側(cè)設(shè)有固定于承插式管插入頭外 壁上的左保護(hù)外殼和固定于承插式管承插頭外壁上的右保護(hù)外殼，所述左保護(hù)外殼與右保 護(hù)外殼緊靠在一起，左保護(hù)外殼的左端采用左側(cè)密封擋板封閉，右保護(hù)外殼的右端采用右 側(cè)密封擋板封閉。
[0010] 所述的一種基于分布式光纖應(yīng)變傳感器的承插式管道接口變形測(cè)量方法，采用下 列步驟： a、 弓形測(cè)量裝置的布設(shè) 在0°、120°、240°三個(gè)方向分別布置一個(gè)弓形測(cè)量裝置； b、 模型試驗(yàn) 弓形測(cè)量裝置變形時(shí)在〇°的頂部位置變形應(yīng)變的絕對(duì)值最大，故取所測(cè)量數(shù)據(jù)中最中 間位置的數(shù)據(jù)，即弓形測(cè)量裝置最頂部的數(shù)據(jù)作為特征數(shù)據(jù)； (1) 在模型的軸向拉伸試驗(yàn)中，當(dāng)管道接口沿軸向被拉伸X _時(shí)，三個(gè)弓形測(cè)量裝置由 于橫向位移相同，故特征數(shù)據(jù)相同，可將該特征數(shù)據(jù)稱為拉伸特征應(yīng)變％;當(dāng)材料處于彈性 階段，接口的拉伸長(zhǎng)度應(yīng)與拉伸特征應(yīng)變成正比，故可通過(guò)不同工況求出橫向位移與特征 應(yīng)變的關(guān)系系數(shù)a，其公式為： X=afe (1) (2) 在模型橫向彎曲試驗(yàn)中，當(dāng)管道沿某一弓形測(cè)量裝置方向彎曲Y(度)時(shí)，該方向弓 形測(cè)量裝置的特征應(yīng)變最大，將該弓形測(cè)量裝置所測(cè)得的特征數(shù)據(jù)稱為最大彎曲特征應(yīng)變 當(dāng)材料處于彈性階段，接口的彎曲角度與最大彎曲特征應(yīng)變成正比，通過(guò)不同工況求 出接口彎曲角度與特征應(yīng)變關(guān)系系數(shù)b，其公式為： Y=b_ (2) c、 數(shù)據(jù)推導(dǎo) 弓形測(cè)量裝置處于管道接口0°、120°、240°三個(gè)方向的位置的截面，位于三個(gè)方向的傳 感器的截面與管道截面的圓心之間的距離半徑相等;假設(shè)管道接口沿F彎曲方向，與0°弓形 測(cè)量裝置方向之間夾角為Θ(度）；當(dāng)管道接口即產(chǎn)生拉伸變形，又產(chǎn)生沿F方向的彎曲變形 時(shí)，在該工況下通過(guò)測(cè)量，得到三個(gè)弓形測(cè)量裝置所測(cè)得的特征應(yīng)變％與: gs;基于材 料力學(xué)平面假設(shè)，弓形測(cè)量裝置所測(cè)特征應(yīng)變應(yīng)與拉伸特征應(yīng)變備、最大彎曲特征應(yīng)變:? 與沿彎曲方向夾角Θ(度)之間的應(yīng)變關(guān)系理論公式為：
并帶入所測(cè)得的三個(gè)特征應(yīng)變Q、％與母，得：
通過(guò)推導(dǎo)，解得拉伸特征應(yīng)變:?、最大彎曲特征應(yīng)變％與沿彎曲方向夾角Θ(度)為：
此時(shí)求得的$(度）即為管道接口的彎曲方向，而拉伸距離X與彎曲角度Y(度)通過(guò)_ 與％求得； d、 危險(xiǎn)預(yù)警 通過(guò)管道接口的危險(xiǎn)彎曲角度與拉伸長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定一組危險(xiǎn)拉伸與彎曲的標(biāo)準(zhǔn)值 集^與_，通過(guò)弓形測(cè)量裝置的測(cè)量值所推導(dǎo)出拉伸距離X與彎曲角度Y(度)與危險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn) 行對(duì)比，進(jìn)而得知管道接口是否安全運(yùn)行。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是:這種承插式管道接口變形測(cè)量裝置包括三個(gè)分布式光纖和 三個(gè)弓形測(cè)量裝置，三個(gè)弓形測(cè)量裝置均布在承插式管道接口的周圍；弓形測(cè)量裝置的一 端用膠固定于承插式管插入頭的外壁上，另一端用膠固定于承插式管承插頭的外壁上，分 布式光纖用膠依次固定于承插式管插入頭的外壁上、弓形測(cè)量裝置的弓形光纖槽內(nèi)和承插 式管承插頭的外壁上。弓形測(cè)量裝置的外側(cè)設(shè)有固定于承插式管上的保護(hù)外殼。該測(cè)量裝 置保護(hù)其埋入地下后可正常運(yùn)行，可以使分布式光纖測(cè)量承插式管道接口的變形情況，拓 寬分布式光纖在管道健康監(jiān)測(cè)的應(yīng)用范圍，且操作便捷，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用。通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析 實(shí)際管道接口的變形狀態(tài)，當(dāng)承插接口出現(xiàn)危險(xiǎn)變形時(shí)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0013] 圖1是承插式管道接口變形測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)正視圖。
[0014] 圖2是圖1中的A-A視圖。
[0015]圖3是弓形測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)正視圖。
[0016] 圖4是圖3中的B-B視圖。
[0017]圖5是端蓋結(jié)構(gòu)圖。
[0018] 圖6是管道接口拉伸X _時(shí)管道的變形示意圖。
[0019] 圖7是管道接口彎曲Y(度)時(shí)管道的變形示意圖。
[0020] 圖8是與管道接口 0°偏:i(度）的F向變形示意圖。
[0021 ]圖中：1、分布式光纖，2、弓形測(cè)量裝置，2a、弓形光纖槽，3、左保護(hù)外殼，3a、左側(cè)密 封擋板，3b、光纖孔，4、右保護(hù)外殼，4a、右側(cè)密封擋板，5、承插式管插入頭，6、T型密封橡膠 圈，7、承插式管承插頭。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施的技術(shù)方案進(jìn)行詳盡、完整的描述。
[0023] 圖1、2示出了承插式管道接口變形測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖中，基于分布式光纖應(yīng)變 傳感器的承插式管道接口變形測(cè)量裝置包括承插式管插入頭5、Τ型密封橡膠圈6、承插式管 承插頭7、三個(gè)分布式光纖1和三個(gè)弓形測(cè)量裝置2, Τ型密封橡膠圈6置于承插式管承插頭7 內(nèi)的密封槽中后，插入承插式管插入頭5。三個(gè)弓形測(cè)量裝置2均布在承插式管道接口的周 圍，弓形測(cè)量裝置2的一端用膠固定于承插式管插入頭5的外壁上，另一端用膠固定于承插 式管承插頭7的外壁上，分布式光纖1用膠依次固定于承插式管插入頭5的外壁上、弓形測(cè)量 裝置2的弓形光纖槽2a內(nèi)和承插式管承插頭7的外壁上。弓形測(cè)量裝置2的外側(cè)設(shè)有固定于 承插式管插入頭5外壁上的左保護(hù)外殼3和固定于承插式管承插頭7外壁上的右保護(hù)外殼4， 左保護(hù)外殼3與右保護(hù)外殼4緊靠在一起，左保護(hù)外殼3的左端采用左側(cè)密封擋板3a封閉，右 保護(hù)外殼4的右端采用右側(cè)密封擋板4a封閉。
[0024] 弓形測(cè)量裝置主體采用超薄設(shè)計(jì)，厚度為1mm左右，寬度為15mm左右，其主要優(yōu)點(diǎn) 在于：由于結(jié)構(gòu)小巧將基本不影響所監(jiān)測(cè)管道接口的變形;并且由材料力學(xué)基本原理可知， 當(dāng)所監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大變形時(shí)，其超薄設(shè)計(jì)將使該監(jiān)測(cè)裝置的表面應(yīng)變最大值不超過(guò)分布 式光纖的最大監(jiān)測(cè)范圍（20000微應(yīng)變）；弓形測(cè)量裝置的粘貼足部下表面采用磨砂處理，這 樣可通過(guò)粘合劑使該裝置與所監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)粘合更加緊密；弓形測(cè)量裝置的上表面有兩條線性 凸起，高度為2mm左右，如圖3、4所示，其作用有兩點(diǎn):一、引導(dǎo)分布式光纖貼附于弓形測(cè)量裝 置的正確位置，使光纖形成一條順滑曲線;二、防止分布式光纖與弓形測(cè)量裝置之間的粘合 劑外流，保持粘合劑在凝固時(shí)形狀的一致性。而在確定裝置的三弧形中各弧形的半徑、裝置 的長(zhǎng)度以及高度方面等幾何參數(shù)時(shí)，應(yīng)與柔性供水管道的型號(hào)相匹配。例如用于DN200型承 插式柔性管道接口的弓形測(cè)量裝置，其中間弧形半徑為150mm，弧度為96°;兩側(cè)弧形半徑為 25mm，弧度為44° ;裝置總長(zhǎng)度285mm，高50mm。
[0025] 弓形測(cè)量裝置固定于接口兩側(cè)，并應(yīng)用環(huán)氧樹脂膠把分布式光纖貼附于弓形測(cè)量 裝置的上表面的兩條線性凸起之間，并使分布式光纖包裹于環(huán)氧樹脂膠中。若要準(zhǔn)確了解 管道接口彎曲、拉伸以及彎曲方向，其總體布設(shè)方法如圖2所示，在0°、120°、240°三個(gè)方向 分別布置一個(gè)弓形測(cè)量裝置。
[0026] 由于弓形測(cè)量裝置的測(cè)量需要一定的變形空間，故當(dāng)該裝置埋入地下后，需要一 種保護(hù)外殼即保證弓形測(cè)量裝置有一定活動(dòng)空間，又可將其密封并且沒(méi)有其他雜物進(jìn)入， 比如泥土等干擾該裝置變形。弓形測(cè)量裝置采用足夠剛度的左保護(hù)外殼、右保護(hù)外殼、左側(cè) 密封擋板和右側(cè)密封擋板封閉。
[0027] 推算接口變形的方法的主要步驟為:首先需進(jìn)行模型試驗(yàn)，所得出的管道接口拉 伸距離測(cè)量數(shù)據(jù)、管道接口彎曲角度與測(cè)量數(shù)據(jù)之間的關(guān)系;通過(guò)公式推導(dǎo)，總結(jié)出一整套 管道接口變形與所測(cè)數(shù)據(jù)之間的總體關(guān)系，通過(guò)埋地管道下所測(cè)得的數(shù)據(jù)反推出接口的實(shí) 際變形情況;通過(guò)建立危險(xiǎn)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)管道接口變形超過(guò)危險(xiǎn)拉伸與彎曲的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，可 通過(guò)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)第一時(shí)間得到警報(bào)。接下來(lái)，將對(duì)上述步驟加以詳細(xì)描述： (1) 模型試驗(yàn)：圖2所示，在模型管道接口處，即0°、120°、240°分別布置一個(gè)弓形測(cè)量裝 置。當(dāng)分布式光纖的采樣頻率為5cm時(shí)，如管道接口發(fā)生變形，此時(shí)貼附于每個(gè)弓形測(cè)量裝 置上的光纖可采集數(shù)個(gè)應(yīng)變數(shù)據(jù)（用于DN200型承插管道的弓形測(cè)量裝置為6至7個(gè)數(shù)據(jù)）。 弓形測(cè)量裝置變形時(shí)頂部位置變形應(yīng)變的絕對(duì)值最大，故取所測(cè)量數(shù)據(jù)中最中間位置的數(shù) 據(jù)，即弓形測(cè)量裝置最頂部的數(shù)據(jù)作為特征數(shù)據(jù)，即特征應(yīng)變。
[0028]圖6所示，在模型的軸向拉伸試驗(yàn)中，當(dāng)管道接口沿軸向被拉伸X mm時(shí)，三個(gè)弓形 測(cè)量裝置由于橫向位移相同，故特征數(shù)據(jù)相同，可將該特征數(shù)據(jù)稱為拉伸特征應(yīng)變:?。由 材料力學(xué)性質(zhì)可知，當(dāng)材料處于彈性階段，接口的拉伸長(zhǎng)度應(yīng)與拉伸特征應(yīng)變成正比，故可 通過(guò)不同工況求出橫向位移與特征應(yīng)變的關(guān)系系數(shù)a，其公式為： X=aec (1) 圖7所示，在模型橫向彎曲試驗(yàn)中，當(dāng)管道沿某一弓形測(cè)量裝置方向彎曲Y(度)時(shí)，此時(shí) 該方向弓形測(cè)量裝置的特征應(yīng)變最大，可將該弓形測(cè)量裝置所測(cè)得的特征數(shù)據(jù)稱為最大彎 曲特征應(yīng)變％。由材料力學(xué)性質(zhì)可知，當(dāng)材料處于彈性階段，接口的彎曲角度與最大彎曲 特征應(yīng)變成正比，可通過(guò)不同工況求出接口彎曲角度與特征應(yīng)變關(guān)系系數(shù)b，其公式為： Y=b￡b (2) (2) 數(shù)據(jù)推導(dǎo)：圖8為某一工況下管道接口橫截面彎曲示意圖，由圖可知位于三個(gè)方向 的傳感器的截面與管道截面的圓心之間的距離半徑相等。假設(shè)管道接口沿彎曲方向（圖中 假設(shè)為F方向）與0°弓形測(cè)量裝置方向之間夾角為Θ(度）。當(dāng)管道接口產(chǎn)生拉伸變形，又產(chǎn)生 沿F方向的彎曲變形時(shí)，在該工況下可以通過(guò)測(cè)量，得到三個(gè)弓形測(cè)量裝置所測(cè)得的特征應(yīng) 變h、％與％?；诓牧狭W(xué)平面假設(shè)，可知弓形測(cè)量裝置所測(cè)特征應(yīng)變應(yīng)與拉伸特征 應(yīng)變I、最大彎曲特征應(yīng)變輪與沿彎曲方向夾角Θ(度)之間的應(yīng)變關(guān)系理論公式為：
并帶入所測(cè)得的三個(gè)特征應(yīng)變％、％與給，得：
通過(guò)推導(dǎo)，扣觶得拉伸特祉應(yīng)變I:、最大芎曲特祉應(yīng)變S&與沿彎曲方向夾角Θ(度） 為：
此時(shí)求得的§(度）即為管道接口的彎曲方向，而拉伸距離X與彎曲角度Y(度)可通過(guò)l (公式1)與％(公式2)求得。
[0029] (3)危險(xiǎn)預(yù)警:可通過(guò)管道接口的危險(xiǎn)彎曲角度與拉伸長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定一組危險(xiǎn)拉 伸與彎曲的標(biāo)準(zhǔn)值又3與^(度），通過(guò)弓形測(cè)量裝置的測(cè)量值所推導(dǎo)出拉伸距離X與彎曲角 度Y(度)與危險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而得知管道接口是否安全運(yùn)行。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于分布式光纖應(yīng)變傳感器的承插式管道接口變形測(cè)量裝置，它包括承插式管 插入頭巧）、Τ型密封橡膠圈（6)和承插式管承插頭(7)，Τ型密封橡膠圈（6)置于承插式管承 插頭(7)內(nèi)的密封槽中后，插入承插式管插入頭巧），其特征在于:它還包括Ξ個(gè)分布式光纖 (1) 和Ξ個(gè)弓形測(cè)量裝置(2)，Ξ個(gè)弓形測(cè)量裝置(2)均布在承插式管道接口的周圍；所述弓 形測(cè)量裝置(2)的一端用膠固定于承插式管插入頭巧)的外壁上，另一端用膠固定于承插式 管承插頭(7)的外壁上，所述分布式光纖（1)用膠依次固定于承插式管插入頭巧)的外壁上、 弓形測(cè)量裝置(2)的弓形光纖槽(2a)內(nèi)和承插式管承插頭(7)的外壁上;所述弓形測(cè)量裝置 (2) 的外側(cè)設(shè)有固定于承插式管插入頭巧)外壁上的左保護(hù)外殼(3)和固定于承插式管承插 頭(7)外壁上的右保護(hù)外殼(4)，所述左保護(hù)外殼（3)與右保護(hù)外殼(4)緊靠在一起，左保護(hù) 外殼(3)的左端采用左側(cè)密封擋板(3a)封閉，右保護(hù)外殼(4)的右端采用右側(cè)密封擋板(4a) 封閉。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于分布式光纖應(yīng)變傳感器的承插式管道接口變形測(cè)量 方法，其特征在于:采用下列步驟： 曰、弓形測(cè)量裝置的布設(shè) 在0°、120°、240°Ξ個(gè)方向分別布置一個(gè)弓形測(cè)量裝置； b、模型試驗(yàn) 弓形測(cè)量裝置變形時(shí)在0°的頂部位置變形應(yīng)變的絕對(duì)值最大，故取所測(cè)量數(shù)據(jù)中最中 間位置的數(shù)據(jù)，即弓形測(cè)量裝置最頂部的數(shù)據(jù)作為特征數(shù)據(jù)； (1) 在模型的軸向拉伸試驗(yàn)中，當(dāng)管道接口沿軸向被拉伸X mm時(shí)，Ξ個(gè)弓形測(cè)量裝置由 于橫向位移相同，故特征數(shù)據(jù)相同，可將該特征數(shù)據(jù)稱為拉伸特征應(yīng)變每；當(dāng)材料處于彈性 階段，接口的拉伸長(zhǎng)度應(yīng)與拉伸特征應(yīng)變成正比，故可通過(guò)不同工況求出橫向位移與特征 應(yīng)變的關(guān)系系數(shù)a，其公式為： X=a^： (1) (2) 在模型橫向彎曲試驗(yàn)中，當(dāng)管道沿某一弓形測(cè)量裝置方向彎曲Y時(shí)，該方向弓形測(cè) 量裝置的特征應(yīng)變最大，將該弓形測(cè)量裝置所測(cè)得的特征數(shù)據(jù)稱為最大彎曲特征應(yīng)變％; 當(dāng)材料處于彈性階段，接口的彎曲角度與最大彎曲特征應(yīng)變成正比，通過(guò)不同工況求出接 口彎曲角度與特征應(yīng)變關(guān)系系數(shù)b，其公式為： Y部技 (2) C、數(shù)據(jù)推導(dǎo) 弓形測(cè)量裝置處于管道接口0°、120°、240°Ξ個(gè)方向的位置的截面，位于Ξ個(gè)方向的傳 感器的截面與管道截面的圓屯、之間的距離半徑相等;假設(shè)管道接口沿F彎曲方向，與0°弓形 測(cè)量裝置方向之間夾角為Θ;當(dāng)管道接口即產(chǎn)生拉伸變形，又產(chǎn)生沿F方向的彎曲變形時(shí)，在 該工況下通過(guò)測(cè)量，得到Ξ個(gè)弓形測(cè)量裝置所測(cè)得的特征應(yīng)變％與每;基于材料力 學(xué)平面假設(shè)，弓形測(cè)量裝置所測(cè)特征應(yīng)變應(yīng)與拉伸特征應(yīng)變接、最大彎曲特征應(yīng)變％與 沿彎曲方向夾角Θ之間的應(yīng)變關(guān)系理論公式為： 教秘為榮.:??:玻絞i:. (3) 并帶入所測(cè)得的Ξ個(gè)特征應(yīng)變叫、％與嗎，得： 為...'二鳥:孚魏：藥每技賽 (4)通過(guò)推導(dǎo)，解得拉伸特征應(yīng)變提、最大彎曲特征應(yīng)變殘與沿彎曲方向夾角θ為：此時(shí)求得的g即為管道接口的彎曲方向，而拉伸距離X與彎曲角度Υ通過(guò)綜與雜求得； d、危險(xiǎn)預(yù)警 通過(guò)管道接口的危險(xiǎn)彎曲角度與拉伸長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定一組危險(xiǎn)拉伸與彎曲的標(biāo)準(zhǔn)值 與殺，通過(guò)弓形測(cè)量裝置的測(cè)量值所推導(dǎo)出拉伸距離X與彎曲角度Y與危險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì) 比，進(jìn)而得知管道接口是否安全運(yùn)行。
【文檔編號(hào)】G01B11/16GK105973162SQ201610539308
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月11日
【發(fā)明人】馮新, 李興宇, 鐘勝, 盧正剛, 李昕
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)