[發(fā)明專利]一種埋地管道應(yīng)力無(wú)損監(jiān)測(cè)測(cè)量裝置及監(jiān)測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011014214.6
• 申請(qǐng)日: 2020-09-24
• 公開（公告）號(hào): CN111999176A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 焦鳳;姜子涵;周桂久;宋鵬云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/06
• 分類號(hào): G01N3/06;G01L1/12
• 代理公司: 天津煜博知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12246
• 代理人: 朱維

1.一種埋地管道應(yīng)力無(wú)損監(jiān)測(cè)測(cè)量裝置，其特征在于：包括磁通量傳感器(1)、數(shù)據(jù)采集儀(5)、計(jì)算機(jī)(9)和太陽(yáng)能供電系統(tǒng)(11)，磁通量傳感器(1)設(shè)置在被測(cè)埋地管道(2)表面，磁通量傳感器(1)與數(shù)據(jù)采集儀(5)連接，數(shù)據(jù)采集儀(5)與計(jì)算機(jī)(9)連接，數(shù)據(jù)采集儀(5)外接太陽(yáng)能供電系統(tǒng)(11)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述埋地管道應(yīng)力無(wú)損監(jiān)測(cè)測(cè)量裝置，其特征在于：還包括無(wú)線發(fā)射/接收器(6)，數(shù)據(jù)采集儀(5)通過(guò)無(wú)線發(fā)射/接收器(6)與計(jì)算機(jī)(9)無(wú)線連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述埋地管道應(yīng)力無(wú)損監(jiān)測(cè)測(cè)量裝置，其特征在于：磁通量傳感器(1)包括溫度傳感器(12)、保護(hù)殼(13)、激磁線圈(14)、測(cè)量線圈(15)和數(shù)據(jù)傳輸接口(16)，溫度傳感器(12)和測(cè)量線圈(15)均設(shè)置在激磁線圈(14)的內(nèi)側(cè)，激磁線圈(14)外側(cè)設(shè)置保護(hù)殼(13)，數(shù)據(jù)傳輸接口(16)穿過(guò)保護(hù)殼(13)的側(cè)端面，溫度傳感器(12)、激磁線圈(14)和測(cè)量線圈(15)均與數(shù)據(jù)傳輸接口(16)連接，數(shù)據(jù)采集儀(5)通過(guò)信號(hào)傳輸線(3)與數(shù)據(jù)傳輸接口(16)連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述埋地管道應(yīng)力無(wú)損監(jiān)測(cè)測(cè)量裝置，其特征在于：數(shù)據(jù)采集儀(5)設(shè)置有傳感器接口(4)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接口(7)和電源接口(8)，傳感器接口(4)通過(guò)信號(hào)傳輸線(3)與磁通量傳感器(1)的數(shù)據(jù)傳輸接口(16)連接，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接口(7)與計(jì)算機(jī)(9)連接，電源接口(8)外接太陽(yáng)能供電系統(tǒng)(11)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述埋地管道應(yīng)力無(wú)損監(jiān)測(cè)測(cè)量裝置，其特征在于：太陽(yáng)能供電系統(tǒng)(11)包括太陽(yáng)能電池板(17)、太陽(yáng)能充放電控制器(19)、蓄電池(18)和直/交流逆變器(20)，太陽(yáng)能電池板(17)、蓄電池(18)、直/交流逆變器(20)均與太陽(yáng)能充放電控制器(19)連接，數(shù)據(jù)采集儀(5)外接太陽(yáng)能供電系統(tǒng)(11)的直/交流逆變器(20)。

6.埋地管道應(yīng)力無(wú)損監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：采用權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)埋地管道應(yīng)力無(wú)損監(jiān)測(cè)測(cè)量裝置，具體步驟如下：

(1)鐵磁性材料磁導(dǎo)率變化Δμ與應(yīng)力σ關(guān)系的數(shù)學(xué)模型為

其中λ_m為磁化飽和狀態(tài)鐵磁材料磁致伸系數(shù)，μ₁為沒(méi)有外力作用下鐵磁材料的磁導(dǎo)率，B_m為磁化飽和狀態(tài)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，即當(dāng)鐵磁材料的λ_m和B_m對(duì)應(yīng)力不太敏感時(shí)，Δμ與應(yīng)力σ為線性關(guān)系；即

通過(guò)測(cè)量埋地管道的磁導(dǎo)率變化量計(jì)算應(yīng)力值；

(2)在磁通量傳感器初級(jí)線圈的兩端加交流激勵(lì)信號(hào)，使其產(chǎn)生隨時(shí)間變化的交變磁場(chǎng)，在次級(jí)線圈中將產(chǎn)生感應(yīng)電壓V_ind(t)，

(3)通過(guò)線圈的磁通量沿著被測(cè)試件的方向，測(cè)試過(guò)程中，總的磁通量由通過(guò)空氣的磁通量和通過(guò)鋼管的磁通量組成，感應(yīng)電壓V_ind(t)為

式中μ₀為管內(nèi)介質(zhì)的磁導(dǎo)率；為線圈中管內(nèi)介質(zhì)的表面積，S_μ為鋼管被占部分的表面積；將感應(yīng)電壓對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，得到平均時(shí)間的輸出電壓為

式中，ΔH為磁場(chǎng)強(qiáng)度在時(shí)間間隔t₂-t₁中所發(fā)生的變化，ΔB為磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁通量密度在時(shí)間間隔t₂-t₁中所發(fā)生的變化，線圈的匝數(shù)較多且排列緊密，則磁場(chǎng)均與分布，故

式中S₀為線圈總的截面面積；S_f為鋼管的截面面積；T為RC電路的時(shí)間常數(shù)；在線圈中未放鋼管的情況下，隨時(shí)間變化的輸出電壓的積分為

故，

通過(guò)磁通量傳感器測(cè)定某時(shí)間段的積分電壓V_out和V₀計(jì)算出變化的磁導(dǎo)率，再計(jì)算出管道應(yīng)力σ。