[發(fā)明專(zhuān)利]一種海底管道豎向彎曲檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911385356.0
• 申請(qǐng)日: 2019-12-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111060058B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃新敬;李贊;封皓;李健;郭霖
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01B21/20
• 分類(lèi)號(hào): G01B21/20;G01B5/20
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專(zhuān)利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 潘俊達(dá)

1.一種海底管道豎向彎曲檢測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、準(zhǔn)備球形檢測(cè)器，球形檢測(cè)器中包括固定板以及固定在固定板上的電路板和加速度傳感器，加速度傳感器固定在靠近球形檢測(cè)器半徑中點(diǎn)的位置；

S2、使得球形檢測(cè)器在管道中做定軸滾動(dòng)；

S3、記管道的坐標(biāo)系為O₁-X₁Y₁Z₁，加速度計(jì)的坐標(biāo)系為O₂-X₂Y₂Z₂，球形檢測(cè)器的坐標(biāo)系為O₃-X₃Y₃Z₃；坐標(biāo)系O₁-X₁Y₁Z₁的原點(diǎn)O₁固定在球心O₃處，坐標(biāo)系O₁-X₁Y₁Z₁不隨球形檢測(cè)器旋轉(zhuǎn)；當(dāng)球形檢測(cè)器在管道中向前滾動(dòng)時(shí)，球形檢測(cè)器能夠穩(wěn)定地繞Y₂軸和Y₃軸做定軸滾動(dòng)；記加速度計(jì)Z₂軸和球形檢測(cè)器坐標(biāo)系Z₃軸的夾角為θ，也即是X₂軸和X₃軸的夾角；球形檢測(cè)器的旋轉(zhuǎn)角頻率為ω₁；加速度計(jì)與旋轉(zhuǎn)平面中心的距離為r₀；

S4、通過(guò)理論計(jì)算可知，與球形檢測(cè)器旋轉(zhuǎn)軸重合的敏感軸Y₂軸的加速度分量為0，信息將完全轉(zhuǎn)移到另外兩個(gè)敏感軸上；同時(shí)另外兩軸交流分量幅值相等，直流分量的值與θ、ω₁和r₀有關(guān)；當(dāng)球形檢測(cè)器經(jīng)過(guò)彎曲管道時(shí)，滾動(dòng)速度會(huì)發(fā)生變化，ω₁就會(huì)發(fā)生改變，引起加速度的交流成分的頻率和直流分量的改變；

S5、r₀取0.5r，即加速度傳感器在半徑中點(diǎn)處，θ取135°，從而保證加速度的直流分量足夠大，以提高彎曲檢測(cè)的靈敏度；

S6、利用X軸和Z軸加速度的交流成分的頻率或直流成分的幅值推測(cè)出管道彎曲的存在；

S7、利用算法識(shí)別管道彎曲的方向，假設(shè)球形檢測(cè)器內(nèi)加速度計(jì)獲得的X₂軸和Z₂軸的數(shù)據(jù)分別為a_X和a_Z，提取a_X和a_Z的直流分量并做差，可獲得差分直流分量，如果差分直流分量呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)表示管道向下彎曲，如果呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)則表示管道向上彎曲；假設(shè)球形檢測(cè)器內(nèi)加速度計(jì)獲得的X₂軸和Z₂軸的數(shù)據(jù)分別為a_X和a_Z，提取a_X和a_Z的交流分量即瞬時(shí)頻率，做差后可獲得差分瞬時(shí)頻率，如果差分瞬時(shí)頻率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)表示管道向下彎曲，如果呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)則表示管道向上彎曲；并且，采用峰谷識(shí)別的方法提取直流分量，首先提取a_X和a_Z所有的峰值a_{max 1}a_{max 2}…a_{max n}和谷值a_{min 1}a_{min 2}…a_{min n}，每一個(gè)峰值a_{max n}都與一個(gè)谷值a_{min n}相鄰；每對(duì)峰-谷值對(duì)應(yīng)的直流分量為(a_{max n}+a_{min n})/2；接下來(lái)使用中值濾波的方法對(duì)直流分量曲線進(jìn)行平滑處理，便可得到a_X和a_Z的直流分量曲線；將a_X和a_Z的直流分量做差后取絕對(duì)值，即可獲得差分直流分量；采用峰谷識(shí)別的方法提取瞬時(shí)頻率，假設(shè)峰值a_{max n}的位置為t₁，谷值a_{min n}的位置為t₂，則此對(duì)峰-谷值對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)周期為T(mén)＝2|t₁-t₂|，可得瞬時(shí)頻率為f＝1/T＝1/(2|t₁-t₂|)；接下來(lái)使用中值濾波的方法對(duì)瞬時(shí)頻率曲線進(jìn)行平滑處理，便可得到a_X和a_Z的瞬時(shí)頻率曲線；將a_X和a_Z的瞬時(shí)頻率取平均值，便可獲得差分瞬時(shí)頻率。