[發(fā)明專利]一種適用于高溫環(huán)境的管道應(yīng)變實時檢測器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410181937.3
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103968775A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張銘;田維堅
• 申請（專利權(quán)）人: 青島市光電工程技術(shù)研究院
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 北京科億知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖傳感設(shè)備部件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于高溫環(huán)境的光纖光柵式管道應(yīng)變實時檢測器。

背景技術(shù)

隨著能源開采規(guī)模的不斷擴大，高溫管道已廣泛應(yīng)用于石油化工、航空航天、鋼鐵能源、環(huán)境保護、制藥等與國家經(jīng)濟命脈緊密聯(lián)系的行業(yè)。而每年都會有高溫管道爆炸和泄漏事故發(fā)生，防止爆管發(fā)生成為關(guān)注焦點。大量事故統(tǒng)計顯示，造成高溫管道泄漏和爆炸的主要原因是管壁腐蝕減薄和高溫蠕變。而且高溫管道的外壁失效應(yīng)變是一個非線性過程，即管道越接近失效爆裂，其外壁的應(yīng)變量越大。因此如果能夠獲取高溫管道的動態(tài)、實時、在線的應(yīng)變檢測數(shù)據(jù)，就可以預(yù)判管道的蠕變和爆裂的可能性，從而確保壓力管道安全運行，避免爆管傷人事故的發(fā)生。因此建立一套高溫管道外壁應(yīng)變的實時檢測系統(tǒng)具有重要意義。

我國對超期服役高溫管道的失效檢測通常采用在停機年檢時對管道的蠕變程度進行人工千分尺測量；或者從高溫管道上割取一段壓力管道進行高溫蠕變測試試驗，從而對管道的安全運行狀況進行測試。但這兩種方法存在缺點：首先，上述兩種方法均需要停機才可以進行檢測；其次，兩種方法均需要人工長時間對管道的性能進行測量并記錄數(shù)據(jù)，這樣不但工作量大、代價高、精度不高、試驗周期長；最為重要的是，兩種方法均不能對運行中的管道進行測試。

對高溫管道進行實時檢測的方法目前主要采用電學(xué)傳感器檢測方法、紅外熱成像檢測方法和超聲波檢測方法。

利用高溫電容式傳感器可以進行壓力管道的應(yīng)變檢測，但是一般電容傳感器無法在高溫下長期工作，而且使用的高溫電容傳感器或者高溫應(yīng)變片都價格昂貴，抗電磁干擾性能差，但在化工企業(yè)和石油企業(yè)高溫管道內(nèi)部通常為易燃易爆的危險品，任何微弱的電磁信號、電火花都會引發(fā)燃爆，因而無法使用；采用紅外熱成像方法檢測高溫壓力管道內(nèi)部缺陷，建立一個大型管道試驗裝置，對不同壁厚的不銹鋼和碳鋼管道壁厚減薄缺陷進行了加溫或降溫過程的紅外熱成像檢測試驗，該方法缺陷在于成像質(zhì)量受太陽光及背景反射、管道表面狀態(tài)等因素的影響；采用超聲波檢測高溫壓力管道的應(yīng)變，主要研究材料的高溫檢測，如熱鋼板、高溫鍛件的超聲波檢測，所做的工作主要是高溫狀態(tài)下的壁厚測試。而不同的溫度下，材料中超聲波的聲速、聲壓發(fā)生變化，隨著溫度的升高，超聲波的速度降低，聲波幅度衰減顯著變大，對超聲波探測影響很大。

綜上所述，目前所用的實時檢測方法都不能滿足高溫管道的實時檢測，高溫管道應(yīng)變實時檢測急需開發(fā)更加合適的技術(shù)裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種適用于高溫環(huán)境的光纖光柵式管道應(yīng)變實時檢測器，即一種安裝方便、結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高，能對高溫管道外壁二維應(yīng)變狀態(tài)同時進行準確有效實時檢測，且在傳感系統(tǒng)內(nèi)部進行溫度補償?shù)墓饫w光柵式的高溫管道應(yīng)變實時檢測器，以及應(yīng)用該檢測器的檢測系統(tǒng)及使用方法。

本發(fā)明首先提供一種適用于高溫環(huán)境的光纖光柵式管道應(yīng)變實時檢測器，包括有敏感膜板和固定在敏感膜板上的高溫光纖光柵傳感器，其中所述的高溫光纖光柵傳感器包含有安裝方向彼此垂直的、兩端固定安裝在敏感膜板表面上的高溫光纖光柵軸向應(yīng)變傳感器和高溫光纖光柵橫向應(yīng)變傳感器；且還包含有非兩端固定方式安裝在敏感膜板表面上的高溫光纖光柵溫度傳感器；其中高溫光纖光柵橫向應(yīng)變傳感器距高溫光纖光柵軸向傳感器和高溫光纖光柵溫度傳感器所成直線的最小直線距離不小于10cm。

上述的高溫光纖光柵軸向應(yīng)變傳感器的兩端平行固定在軸向應(yīng)變敏感膜板的長軸方向中軸線的中心位置上，高溫光纖光柵橫向應(yīng)變傳感器的兩端平行固定在橫向應(yīng)變敏感膜板的長軸方向中軸線上，高溫光纖光柵溫度傳感器以非兩端固定方式安裝在溫度敏感膜板的長軸方向中軸線的中心位置上；

上述的高溫光纖光柵軸向應(yīng)變傳感器、高溫光纖光柵橫向應(yīng)變傳感器和高溫光纖光柵溫度傳感器通過光纖串行連接。

所述高溫光纖光柵傳感器為高溫光纖布拉格光柵傳感器或高溫長周期光纖光柵傳感器。

所述的敏感膜板的一種優(yōu)選尺寸如下：橫向長度為40cm，縱向長度為30cm，其中，軸向應(yīng)變敏感膜板的橫向長度為15cm，縱向長度為10cm；溫度敏感膜板的橫向長度為15cm，縱向長度為10cm；橫向應(yīng)變敏感膜板的橫向長度為10cm，縱向長度為30cm。

本發(fā)明還提供一種適用于高溫環(huán)境的檢測管道應(yīng)變的系統(tǒng)，包括有寬帶光源、光纖環(huán)形器、光開關(guān)、光纖光柵式管道應(yīng)變實時檢測器、計算機和光纖光柵解調(diào)儀；