基于场指纹法的金属管道小腐蚀坑的监测方法

FSM即场指纹法,是一种基于电位列阵的金属管道在线腐蚀监测的方法.该方法的核心在于将电极列阵分布在被测管道外部,利用电阻与管道厚度的关系,通过测量电极之间的电压来监测管道内壁的腐蚀情况.但是测量电极间的电压同时受腐蚀坑的面积和深度的影响,而一个电压值无法确定两个未知参数,故存在不可解问题.目前计算腐蚀坑的公式是将面积设定为固定值,由此得出的结果一般表现为坑的面积偏大而深度偏小,这也是当前FSM法最大的缺陷之一.在介绍FSM方法的基础上,针对传统FSM法对于小腐蚀坑的监测存在不可解问题,创新性地提出了一种综合利用主电压和辅电压来准确区分小腐蚀坑的面积和深度的方法.理论分析和实验表明,提出的主辅电压法可以大幅度提高小腐蚀坑的监测精度.     

粉料气力输送状态在线监测装置研究

本文描述了一种基于静电感应原理的非侵入式监测装置,可实现粉料输送管道内输送状态的在线监测。该装置通过內嵌于管道内壁的环状静电感应传感器拾取管道中粉料感应的静电信号,经过放大、滤波、整流、逻辑判断,最后分别指示正常输送、有风无粉、管道完全阻塞三种输送状态。     

基于主动式全景视觉的管道内部缺陷检测方法

针对管道内表面检测空间受限的约束以及同时需要检测管道内壁功能性缺陷和结构性缺陷等需求,基于主动式全景视觉检测原理提出了一种既能视觉检测管道横截面几何尺寸又能获取和分析管道内壁表面缺陷的管道内部全方位视觉检测方法。利用携带有主动式全景视觉传感器的爬行机器人进入管道内部,分别实时获取内壁全景图像及激光横断面扫描全景图像。本文重点介绍基于管道内壁全景图像的缺陷检测方法,对管道内壁全景图像进行展开、预处理并提取管道病害区域的几何特征,最后判定缺陷类别及危害程度。经本文方法获取的缺陷几何特征实验数据验证,管道内表面存在的较为普遍的裂缝、腐蚀缺陷几何特征差异明显：腐蚀缺陷的圆形度较大,而裂缝缺陷的圆形度趋于0;腐蚀缺陷的凸度普遍大于裂缝缺陷;裂缝缺陷由于弯曲程度不同其边界离心率变化率大,而腐蚀缺陷的边界离心率趋于1。实验结果表明：该系统能够有效提取疑似缺陷区域并计算各几何特征,可通过合适的阈值判定其所属类别,为管道内表面缺陷检测提供了一种新的手段。     

金属腐蚀在线监测系统的研制

基于电化学线性极化和弱极化测定方法，本文设计了一种金属腐蚀速率在线监测系统．成功地实现了金属腐蚀速率和极化电阻的自动在线监测和实时数据显示。对比实验表明．监测系统性能稳定．测量速度快、测量结果可信。     

基于交流场指纹法的金属管道缝隙腐蚀监测方法

场指纹法(FSM)是一种基于电位阵列的金属管道在线腐蚀监测方法。传统的直流FSM(DCFSM)是在管道中通直流电流激励,通过监测电极间的电压变化推算出管道内部腐蚀。DCFSM在缝隙腐蚀监测方面,侧重于监测缝隙的起始及扩展方向。而在深度检测方面,由于DCFSM每个电极对间仅有一个电压值用于求解腐蚀,因而只能使用经验公式,检测精度低。交流场指纹法(ACFSM)核心是将现有的DCFSM的电流激励换为交流,通过变频获得电极对间多个频率点的电压值;利用多个电压值求解缝隙腐蚀深度,提高缝隙腐蚀深度检测精度。ACFSM依据交流电流在管道内分布满足趋肤效应,不同频率的电流在金属中的渗透深度不同,测量电极间的电压也不同。本文在介绍ACFSM原理基础上,创新地提出了一种依据多频电压值求解FC值随频率的变化曲线,利用曲线导数值来计算管道内缝隙腐蚀深度的方法。理论分析和实验表明,本文提出的方法可以精确地检测缝隙腐蚀的深度,弥补了DCFSM在缝隙腐蚀监测精度上的不足。     

基于主动式全景视觉传感器的管道内部缺陷检测方法

针对管道内表面检测空间受限的约束以及同时需要检测管道内壁功能性缺陷和结构性缺陷等需求,基于主动式全景视觉检测原理提出了一种既能视觉检测管道横截面几何尺寸又能获取和分析管道内壁表面缺陷的管道内部全方位视觉检测方法。利用携带有主动式全景视觉传感器的爬行机器人进入管道内部,分别实时获取内壁全景图像及激光横断面扫描全景图像。本文重点介绍基于管道内壁全景图像的缺陷检测方法,对管道内壁全景图像进行展开、预处理并提取管道病害区域的几何特征,最后判定缺陷类别及危害程度。经本文方法获取的缺陷几何特征实验数据验证,管道内表面存在的较为普遍的裂缝、腐蚀缺陷几何特征差异明显:腐蚀缺陷的圆形度较大,而裂缝缺陷的圆形度趋于0;腐蚀缺陷的凸度普遍大于裂缝缺陷;裂缝缺陷由于弯曲程度不同其边界离心率变化率大,而腐蚀缺陷的边界离心率趋于1。实验结果表明:该系统能够有效提取疑似缺陷区域并计算各几何特征,可通过合适的阈值判定其所属类别,为管道内表面缺陷检测提供了一种新的手段。     

一种分度式主动螺旋管道测量装置设计

ILI(in-line inspection)管道在线检测对油气输送管道安全可靠运行至关重要。设计开发了一种全新的基于螺旋测量原理的主动螺旋管道测量装置,该装置能够自主生成管道测量螺旋线,整合了位移传感器和角度传感器,进行了管道测量对比实验以及管道缺陷检测实验;实验数据采用MATLAB处理,反演出管道内壁模型,通过对管道内壁模型的分析来判断管道内部的情况。实验证明了分度式主动螺旋测量方法的可行性,通过对比实验分析了分度式螺旋测量与普通螺旋测量的区别,实验结果表明:该方法描述管道内壁的三维模型更精确,能被管道机器人或管道猪牵引进行测量作业。特别对于微小管径管道、非管道猪管道有一定的应用前景。     

基于超声波测距的管道螺旋测量系统

油气管道内检测(NDE)对管道安全可靠运行意义重大。提出了一种基于超声波的全新螺旋测量方法,设计制作了基于单片机的螺旋测量系统,整合超声波距离传感器和数字电位式角度传感器,连接螺旋管道机器人进行实测实验研究;管道内壁模型采用MATLAB编程进行实验数据反演,并与数学模型对比分析。结果表明:实验结果模型与数学模型结果吻合,同时该方法使用传感器少,测量覆盖面大,可无接触对管道内壁进行测量,精确描述管道内壁的三维模型,为管道的维护与保养提供可靠数据。特别对于微小管径管道、无压油气输送管道以及油气钻井中的随钻测量领域有一定的应用前景。     

谐振膜式密度传感器

设计了一种基于谐振理论的新型振膜式液体密度传感器,实现了液体密度的实时在线测量.谐振膜式密度传感器由谐振膜、激励单元、拾振单元和闭环控制电路与检测电路组成.传感器利用谐振膜与不同密度液体接触,液体密度与谐振膜等效质量具有相关性,而谐振膜等效质量的变化直接影响谐振膜的谐振频率,依靠检测谐振膜谐振频率来实时液体的密度测量.这种谐振膜式密度传感器制作工艺简单、信号稳定、测量精度较高.实验结果表明:谐振膜式密度传感器具有较高的重复性、灵敏度和测量精度,满足实时在线测量的要求.     

过约束平面并联三维力/力矩传感器的研制

针对轴承的故障早期诊断和在线实时监测,提出了一种新型过约束平面并联三维力/力矩传感器。通过采用分支轴线均不过传感器中心的6条对称分布的测力分支,该传感器可同时测量轴承径向载荷和轴向力矩。根据静力学平衡方程,求解了其测量数学模型;基于传感器测量模型与性能指标分析了传感器性能,进而对其各结构参数进行优化设计。研制了传感器样机及其加载标定实验系统,开展了加载标定实验,得到了该传感器的测量精度。标定实验结果显示:传感器径向力测量精度为2.56%,力矩测量精度为0.92%,Ⅰ类误差为2.56%,最大Ⅱ类误差为2.29%。文中所做工作,为将该新型过约束平面并联三维力/力矩传感器应用于在线实时测量轴承径向载荷和轴向摩擦力矩奠定了基础。     

管道机器人适应不同管径的三种调节机构的比较

为了使管道机器人能够适应管径为400～650mm的管道,介绍了3种适应不同管径的常用调节机构.分析了每种调节机构的力学特性,给出了计算结果,比较研究了各种调节机构的优缺点.针对工程需要,选用了滚珠丝杠螺母副调节机构,滚珠丝杠上的筒式压力传感器保证驱动轮和管道内壁间的压力始终处于稳定的范围,使管道机器人具有充裕并且稳定的牵引力,牵引力的实验表明该调节机构具有1404N的牵引力输出.该调节机构能很好地适应管径为400～650mm的管道.     

高速漏磁检测过程中管道内外壁缺陷定位方法研究

管道内外壁缺陷的有效区分是对缺陷进行有效量化的前提,提出一种基于动生涡流的高速漏磁检测过程中管道内外壁缺陷的定位区分方法,利用涡流磁场与外磁场的耦合作用时内外壁磁场信号的变化差异特征区分缺陷位置。首先建立高速漏磁检测数学模型,分析了涡流分布特点以及涡流磁场与外磁场耦合作用规律,利用有限元方法计算分析不同位置时,耦合作用规律对管道内外壁磁化状态影响及内外壁缺陷漏磁场信号差异特征;设计高速漏磁检测实验平台,对不同运行速度、不同检测位置处钢管内外壁缺陷区分效果进行实验研究。结果表明,接近磁化线圈位置时,管壁内产生的涡流磁场方向与管道外壁磁场方向相同、与管道内壁磁场方向相反,在离开磁化线圈位置时,涡流磁场方向与管道外壁磁场方向相反、与管道内壁磁场方向相同;不同检测位置处,管壁磁场变化规律相反,且速度越快,磁化状态影响受影响程度越大,内外壁漏磁场信号差异特征越明显,高速检测时可有效对管道内外壁缺陷进行定位区分,实验结果和理论分析具有很好的一致性。     

Online monitoring of wire breaks in prestressed concrete cylinder pipe utilising fibre Bragg grating sensors

With steel prestressing wires tensioned around core, Prestressed Concrete Cylinder Pipe (PCCP) is a high-strength composite pipe designed for large-diameter water propagation and distribution. However, some PCCPs may fail after a certain time of service due to corrosion and deterioration. Real-time health monitoring of wire breaks is essential to assess the condition and avoid catastrophic failures of PCCPs. In this paper, a novel approach based on Fibre Bragg Grating (FBG) sensing technology, is presented to monitor and locate wire breaks in PCCP lines. FBG vibration sensors are utilised to capture the signals of wire break activities in the pipeline and obtain their locations. The online monitoring system and localization principle of wire break activities are described. Preliminary experiments were carried out on PCCPs with an inner diameter of 2 m, which were filled with pressurized water. Experimental results indicate that the wire break activity can be detected and located effectively by FBG sensors. The detection error of wire break locations is analysed. With unique features, the proposed non-destructive method is expected to be used for the online monitoring of wire break activities in long term for the condition assessment and performance prediction of PCCP lines.     

压力管道快速连接新技术

借助液压油缸的轴向运动在斜面副上产生的径向分力,使得凸台压入管子外壁面内,在凸台与凹陷面内形成足够的密封比压和连接强度,实现管道的快速连接。创建了压力管道快速连接新技术领域内的关键术语,简述了其工艺过程、技术特点、适用温度、规格尺寸和应用领域。定义了压力管道快速连接新技术机理。基于金属材料的硬度理论,建立了管接头的力学模型,通过压力试验论证了压力管道快速连接新技术的密封可靠性和连接强度的安全性。其连接机理对其他机械工程领域内的金属连接,具有启发和借鉴作用,是压力管道连接领域内的创新成果。     

油气管道柔性测径传感器设计及其结构优化

油气管道测径技术是检测管内通径变化、保障管道安全的重要手段。 针对传统薄铝盘测径板无法检测多处缺陷且不可 重复使用等问题,本文设计了一种柔性测径传感器,其通过置于聚氨酯柔性测径盘中的电阻应变片测量遇阻时的应变变化,实 现管内缺陷量化检测。 结合 ABAQUS 软件建立应变片和聚氨酯密封盘的耦合模型,分析产生拉压变形时的应变输出特性,并 基于敏感栅应变趋势,寻找应变片最优放置位置。 通过柔性测径传感器性能检测实验台,对柔性测径传感器的功能进行测试。 最后结合 BP 神经网络与遗传算法得出使传感器检测性能最佳的结构参数。 研究结果表明,对于 DN200 的管道,当测径盘外径 为 97. 5% 的管道内径,测径盘厚度 19 mm,测径盘瓣间距 8 mm 时,柔性测径传感器能较好表征凹陷的几何尺寸,对于油气管道 变形检测作业具有一定的工程应用价值。     

基于光纤光栅传感器的机床主轴轴承热诱导预紧力研究#br#

针对机床主轴轴承预紧力测试困难、测不准的难题,基于光纤光栅（FBG）传感器实现机床主轴轴承热诱导预紧力的在线监测。建立了考虑滚动体自旋摩擦生热及轴承内外圈与主轴和轴承座之间接触热阻的主轴单元热分析模型,搭建了主轴轴承热诱导预紧力测试系统。通过仿真和实验对比分析了不同转速下主轴单元关键组件温度分布及热诱导预紧力大小。研究结果表明,FBG传感器、热敏传感器所测温度与仿真温度预测结果是一致的,验证了所提出实时测量热诱导预紧力方法的准确性及可靠性。     

基于微型CCD的管道缺陷检测系统

介绍了微型CCD的工作原理以及以此为检测探头的新型特殊管道视觉检测系统的结构及工作原理。该系统能够进入U形弯曲管中，在管道检测处，CCD摄像机能绕管道中心旋转，将管道内壁图像通过线缆传送到计算机，以判定管道内壁是否存在缺陷。