新型聚氨酯检测器设计与仿真

针对在役管道日常维护中,聚氨酯清管器具有良好通过性但不具备检测能力,而钢骨架变形检测器具备检测能力但存在卡堵风险的问题,设计出一种用于管道内的多功能聚氨酯检测器.该检测器在聚氨酯载体中放置传感器单元,在实现高通过性的同时,也可有效检测管道的形变.通过ABAQUS模拟聚氨酯载体在管道存在结垢时的形变;通过COMSOL对管道内有无结垢或凹陷时传感器单元信号进行仿真,并采用正交试验的数学模型优化传感器单元.模拟仿真结果验证了多功能聚氨酯检测器设计的可行性.     

基于共面电容传感器的便携式预应力管道灌浆质量检测系统设计

预应力管道灌浆质量事关桥梁安危,因此,提出了一种基于共面电容传感器的预应力管道灌浆质量检测系统,能够检测预应力管道内灌浆分层状况.利用前期推导的平行共面电容传感器半解析方程确定了优化参数的共面电容传感器.基于相邻电容测量原理设计了数据采集单元、数据转换单元.为完善系统,设计了相应的系统控制单元与数据显示单元.依据近似理论,设计了系统验证试验,通过改变玻璃表面液膜厚度,利用设计的检测系统测量电容值变化,将测量结果与COMSOL仿真结果比较并进行误差分析与数据处理,最终完成系统误差评价.实验表明：系统测量平均相对误差9.5%,分辨率达到0.1 mm,能有效分辨预应力管道内灌浆分层情况.此外,检测系统(不包括传感器)尺寸仅为100 mm×80 mm×30 mm,配有便携电源,便于在线检测.本系统能够用于预应力管道灌浆质量检测,且其检测结果准确、可靠,满足工程应用要求.     

一种新型的微细管道内表面形貌检测器

为了实现长、细管道内表面三维形貌检测,基于光学三角原理研制了一种新型检测器.通过引入该检测器的工作原理,推导了位置传感器(PSD)敏感面上光点位置与被测管道内表面上对应光点位置之间关系的模型.按照使检测器长度最短的原则,设计了该检测器的光路,研究了系统结构误差消除方法.采用激光信号调制方法,设计了克服PSD暗电流影响的信号采集电路和信号处理方法.结果表明,该检测器长为37.5 mm,直径为7 mm,重量为4 g,并能够实现内径为9.5~10.5 mm长距离微细管孔的内表面检测,检测误差在±0.1 mm以内.     

基于MSP430单片机的管道内检测器智能跟踪系统设计

为掌握管道内检测器在油气管道中的运行位置,提出了基于MSP430单片机的内检测器智能跟踪系统设计,重点介绍了主控制器的选型、LCD液晶显示模块设计、GSM模块通讯设计、电源模块设计以及智能跟踪系统软件设计.并进行了管道现场应用.结果表明:设计的管道内检测器智能跟踪系统符合现场作业要求,切实可行,对降低管道内检测风险,保障管道内检测工作安全实施具有重要的意义.     

管道内检测导航定位技术

针对管道内检测器在管道运行中的定位问题,提出了一种利用导航定位系统进行管道内检测器定位的辅助方法.当管道内检测器进行管道检测时,在管道内检测器上加装惯性导航器件（IMU）构成导航定位系统,将获得的导航定位信息和速度修正信息存储在存储器中.利用导航算法对数据进行处理,采用卡尔曼滤波器对误差进行修正,分析得出管道内检测器的姿态变化和位置变化信息.实验结果表明,通过计算能够获得实验模型运行的姿态变化信息,描绘出实验模型的行进轨迹,分析出实验模型对于初始位置的地理坐标变化情况,为工程实验提供了更多的参考信息.     

超声纵向导波进行管道裂纹检测的数值模拟

简述了空心圆管中超声导波的基本理论,用有限元程序ANSYS对管道超声纵向导波裂纹检测进行了数值模拟.管道模型中,以删除单元模拟管道周向裂纹,通过对管道一端端部周向各节点施加经Hanning窗调制的10周期纵向单音频叠加信号,模拟纵向入射应力波,同端接收反射应力波,对含单、双裂纹的管道模型进行了数值模拟,通过裂纹反射波到达时间,可准确地判断出单、双裂纹所在位置,并对模拟结果进行了频谱分析,频域信号显示出管道中存在裂纹时幅值和频率成分的显著变化.     

低频电磁的管道内检测器跟踪定位技术

针对管道内检测器在运行过程中的跟踪定位问题,提出了基于低频电磁的管道内检测器跟踪定位方法,分析了低频磁信号传播特性和发射线圈磁场分布特点,设计了搭载在管道内检测器上的低频磁信号发射机和手持式低频磁信号接收机.采用高磁导率坡莫合金管作为发射线圈磁芯,减少了涡流损耗,采用串联谐振提高了发射效率;设计感应式接收线圈,通过并联谐振提高了信号接收范围和信噪比.结果表明,该跟踪定位系统具有良好的稳定性和可靠性,接收信号具有对称特性.在实际工程应用中,该系统有效定位距离可达8 m,提高了管道内检测器跟踪定位范围.     

考虑流固耦合的管道爆炸后果预测与分析

针对管道爆炸后果模拟中存在的伴随变形与断裂的流固耦合问题,提出一种计及计算稳定性的流固耦合算法,对在内部气体爆炸作用下的管道动态断裂及爆炸流场发展进行耦合仿真.采用单元删除技术并植入应变率-应变双变量失效准则来模拟管道的裂纹扩展,将模拟得到的管道断裂形貌及压力历程与试验结果进行对比验证.分析管道爆炸的后果,并将管道外峰值压力的模拟值与现有方法的计算值进行对比.结果表明:考虑流固耦合效应时管道外2个测点的峰值压力分别为不考虑该效应时的83.1%和62.2%.相比难以计及爆炸流场与管道相互作用的半经验模型和传统计算流体力学方法,所提出的方法可以更加合理地预测管道内气体爆炸的后果.     

低频电磁波在管道内检测外定位的应用

油气长输管道的安全检测已越来越受到人们的重视。管道内检测是最重要的管道安全检测方法之一。扫描检测需要实时确定检测位置,并记录以备检测完成后从地面准确的定位管道腐蚀缺陷的位置,因此准确的进行检测定位是管道内检测的技术关键。笔者提出里程轮内定位、工艺点（焊缝）修正、外定位修正、转角定位四步综合检测定位方法。其中外定位修正通常采用低频电磁波定位的方法对管道内检测器的里程计数进行修正米提高定位的精度。通过建立管道内检测外定位的模型,推导出管道内磁场强度的计算公式。采用美国ANSYS软件对该模型进行仿真,仿真结果与实验数据相符合。这对进一步了解低频电磁波外定位技术有重要意义。     

计算机接口技术在图象采集中的应用

本文介绍了计算机接口技术在管道内表面质量实时检测系统中的应用, 并论述了设计思想和设计方案。该系统采用全方位光电检测器作为系统的专用输入装置, 并利用微型计算机作为图象采集和检测器精确定位的控制器, 主要用于石油、化学工业中金属管道内表面质量的无损检测, 能实现信息采集、图象处理、识别分类和输出等功能     

压力管道泄漏的声发射检测实验研究

在实验室条件下,建立了压力管道泄漏的声发射检测模型。在不同实验条件下(如变化压力、泄漏孔径大小、传感器取向、距离等条件),进行了压力管道泄漏的声发射检测实验。通过对压力管道泄漏的声发射信号分析,能够定性地判断有无泄漏。同时,研究了压力管道泄漏的声发射信号与距离、泄漏孔径、传感器取向的关系,为压力管道泄漏的声发射定量检测奠定了基础。     

隧道下穿引起既有管道竖向位移的简化计算方法

采用两阶段法推导了考虑管道剪切效应时盾构隧道下穿施工引起既有管道竖向位移的解析解。在第1阶段采用Loganathan公式计算盾构隧道下穿管道施工引起的管道轴线处土体竖向位移,第2阶段采用考虑剪切效应的Timoshenko梁模型模拟管道,并结合叠加法对管道位移控制方程进行求解,提出了简化计算方法。通过与工程监测、既有文献结果及离心机试验数据的对比,验证了方法的准确性,并进一步分析了管–土弹性模量比、管道直径以及管道剪切刚度变化对管道变形的影响。分析结果表明：随着管–土弹性模量比、管道直径的增大,管道的竖向最大位移值减小;管道剪切刚度对管道位移存在较大影响,剪切刚度减小可导致管道最大位移值增大。     

具有视网膜仿生处理功能的CMOS图像传感器

借鉴生物视网膜进行图像采集和处理的结构及功能,设计了具有视网膜仿生片上信号处理电路的智能CMOS图像传感器(CIS)。像元内的仿生处理电路主要由自适应光接受器、滤波网络和减法运算电路3部分构成;CIS采用结构简单的空间滤波电阻网络和基于运算放大器的减法电路分别模拟水平细胞和双极细胞的功能,实现图像的边缘检测。在Chartered 0.35μm 2P4M CMOS工艺参数下,对各单元电路及6×6 CIS阵列进行仿真。     

考虑剪切变形下盾构隧道引起上覆管线变形分析

近邻上覆既有管线进行盾构开挖会引起管线产生附加变形,进而会影响到既有管线的安全。这方面的理论研究,大多数将既有管线简化成Euler-Bernoulli梁搁置在Winkler和Pasternak地基模型上,未考虑管线的剪切效应及三参数Kerr地基模型对管-土相互作用的影响。基于此,提出了一种可预测管线纵向变形的解析方法。采用Loganathan公式获得隧道开挖引起周围土体自由竖向位移,把土体自由竖向位移附加在既有管线轴线上,将既有管线简化成可考虑剪切变形的Timoshenko梁,管-土相互作用采用Kerr地基模型,基于提出剪切层弯矩的计算假设,结合管线两端的边界条件获得管线在盾构隧道下穿作用下受力变形响应。工程案例研究结果表明：与既有文献存在的理论分析方法比较,该方法计算得出的理论解析结果更加贴近实测数据;与Euler-Bernoulli梁计算结果比较, Timoshenko梁给出的计算结果更具有优越性。进一步参数研究表明：随着既有管线剪切刚度的增大,管线抵抗变形的能力逐渐增大,这会导致隧道下穿引起的管线变形逐步减小,但会引起管线内力反向增大;随着地层损失率增大,既有管线受到的外力逐步增大,使得管线变形及其内力也逐渐增大;随着管线直径的逐渐增大,管线在隧道下穿作用下引起的管-土相互作用力逐渐增大,最终导致既有管线所受到的应力应变也会增大。     

基于弱磁效应的管道应力检测技术

应力集中是造成铁磁性金属管道破坏的主要原因，通过应力的有效检测，可对金属管道的使用状态进行预判，有效保障设备的使用安全。利用铁磁材料能量平衡理论，对应力作用下的材料弱磁效应进行了分析；通过基于金属能带理论的仿真软件建立铁磁材料三维仿真模型，计算了拉应力作用下体系的磁效应特征；设计制作基于差动对称结构的微弱磁场检测传感器，通过基于弱磁传感器的应力检测系统对不同类型的管道应力集中状态进行检测，并利用其他应力检测手段对应力集中情况进行了验证。结果表明，弱磁传感器可有效检测管道表面的弱磁场信号；在应力集中区，弱磁场信号表现出剧烈的波动特征；各种检测手段均验证了弱磁应力检测的有效性，弱磁应力检测技术可有效检测由缺陷或变形等导致的管道应力集中。     

合肥地区深基坑开挖对邻近管线影响分析

为了研究合肥地区深基坑开挖对邻近管线的影响规律,选取合肥市某地铁车站深基坑作为研究载体,运用FLAC~(3D)有限差分软件对实际工程进行数值模拟。根据计算结果研究管线整体变形规律和管线应力分布状况,重点分析开挖工序、管线材料、管线直径、管线位置对管线内力变形的影响。研究结果表明:在基坑开挖过程中,管线出现向基坑侧变形的趋势。基坑端部区域的管线变形最小,基坑中部区域的管线变形最大。在相同的开挖支护条件下,管线材质、直径和位置对管线应力变形影响较大。管线材料的刚度越大,管线整体变形越小而应力越大;管线直径越大,管线整体变形越小,应力值也越小;管线与基坑的间距越大,管线变形越小,应力值也越小;管线水平位移和应力值随着管线埋置深度的增加而逐渐增大,当增大到最大值后又逐渐减小;管线的竖向位移随着管线埋置深度的增加则逐渐减小。     

地下管道的震害预测模型及随机可靠性分析

地下管线在地震作用下的变形受到多种复杂因素的影响,具有明显的随机性,影响对其可靠性分析时相关参数的取值.考虑地震作用效应和管道抗力的随机特性,建立了埋地管道单元的概率预测模型,比较了管道随机变量采用不同的概率分布模型对管道抗震可靠性影响的差异,建议管道的允许变形和实际变形分别采用正态分布和极值Ⅰ型分布进行计算.     

易燃易爆气体管道抑爆系统研究

介绍自行研制的易燃易爆气管道抑爆系统的构成、工作原理、技术性能和适用务件，该系统主要由传感器、控制单元和抑爆罐3部分组成，与英国Graviner公司研制的同类产品相比．此系统具有结构简单、体积小、安装距离短、响应速度快、抗干扰能力强、成本低等优点。     

电流检测式静电探测器的信号特征及阵列模型

阵列方法广泛应用于遥感遥测等众多领域的定位问题上.在静电探测器阵列系统中,利用平面传感器将静电信号转换为电流信号进行检测的电流检测式静电探测器具有其独特的信号特征,具备构成阵列模型的基本条件.经实验证明针对静电传感器的定位阵列模型方法可行.分布式静电探测器阵列定位系统在不改变系统的硬件条件和资源配置的情况下,大大提高了系统的定位精度,降低了静电探测系统的误差.