样值在平均值中的比重，即将各采样值取不同的 比例，因此这里采用的滤波算法为加权平均值滤波法。如下所示：
[0126] 一个N项加权平均式为：
[0127]
[0128] 其中，滤波器的输入为采样X(N)，输出为Y(N)，（^均为常数，称为加权系数，K= 0, 1，2…N，且满足下式：
[0129]
[0130] 此应变滤波算法中的加权系数&定义如下：
[0131] Ci= 1/A
[0132] C2=e-T/A
[0133] ......
[0134] CN=e*1)T/A
[0135] 其中，A= 1+(T+，T+…+e+1)T，t为应变采集的纯滞后时间，这里取值为1秒。
[0136] 对西安市冬季首次运行的某供热管道进行了一个采暖季的应力测试。管道设计供 回水温度130°C/70°C，设计压力1.OMPa，管道线膨胀系数a= 12. 6X10-6ni/(m*°C)，管道 钢材的弹性模量E= 19. 6X10-4MPa，管道规格①850 (①720X8)，覆土深度1.lm，补偿器为 XYJ16ZI700X4-J型波纹管补偿器，轴向补偿量120mm。
[0137] 各测试断面管道测点断面布置分别见图4A。测点断面1处于管道的活动端（补偿 器处），测点断面2、测点断面3处于过渡段，各布置了 10个测点。每测试断面处7个应变 片为单向应变片，沿管道轴向布置；另外3个应变片组成应变花，正交的两个分别沿轴向和 环向布置。为得到管道温度变化，在管道表面布置温度传感器。
[0138] 为体现外力作用，图6A-F中给出了温度变化和自由应变。自由应变为管道在仅受 温度作用自由伸长时的应变，其变化曲线与温度曲线一致，按下式计算：
[0139] ￡free= 0sAT
[0140] 式中：e--管道自由应变，1(T6。
[0141] 图6A-F和图7A-F分别给出了采集滤波后的应变-温度变化曲线。可以看出，供 水管道沟槽内外侧应力变化不同，回水管道沟槽内外侧应力变化基本相同。
[0142] 从图6A-F可以看出，对于供水管道，测试断面2、3处沟槽内侧测点（测点20、53) 应变变化与温度变化趋势一致；测试断面2、3处沟槽外侧测点（测点27、56)应变变化与温 度变化趋势相反，而测试断面1处测点（测点12、18)应变变化与温度变化没有明显的相关 关系，这是因为测试断面1处于补偿器处，应力主要受补偿器影响，而受外力影响较小。
[0143] 从图7A-F可以看出，对于回水管道，测试断面2、3处测点（测点48、7、44、2)应变 变化与温度变化趋势相反，而测试断面1处测点（测点30、38)应变变化随温度变化不明 显。造成这一现象的原因是供水管道轴向力较大，造成了管道的挠曲，从而在管道上产生了 弯曲应力。而回水管道受轴向力影响较小。
【主权项】
1. 一种大管径集中供热管道应力远程在线监测装置，其特征在于：包括用于测量供热 管道多点处应变量的若干组相互并联的应变片（1)、每组应变片（1)的输出端串接的有应 变仪（2)、应变仪（2)的输出端连接有的GPRS数据传输模块（6)、用于测量空气温度和管道 表面温度的温度传感器（3)、用于测量应变片（1)电压的供桥电压（4); 所述的温度传感器（3)与温度应变器相连，温度应变器及供桥电压（4)与数据采集模 块（5)连接； 所述的数据采集模块（5)与GPRS数据传输模块（6)相连，GPRS数据传输模块（6)与 电源模块（10)及数据监测管理中心连接。2. 根据权利要求1所述的一种大管径集中供热管道应力远程在线监测装置，其特征在 于：所述的应变片（1)采用全桥式应变片。3. 根据权利要求1所述的一种大管径集中供热管道应力远程在线监测装置，其特征在 于：所述的电源模块（10)包括蓄电池（9)，与蓄电池（9)串联的逆变器⑶及与逆变器（8) 串联的电源适配器（7)，电源适配器（7)的输出端接GPRS数据传输单元（6)。4. 根据权利要求1所述的一种大管径集中供热管道应力远程在线监测装置，其特征在 于：所述的应变仪（1)的输出端以Modbus通信协议方式与GPRS数据传输模块（6)相连；所 述的数据采集模块（5)通过485总线以Modbus协议通信与GPRS数据传输模块（6)相连。5. 根据权利要求1所述的一种大管径集中供热管道应力远程在线监测装置，其特征在 于：所述的数据监测管理中心包括无线路由器（12)及上位机（13);其中，无线路由器通过 无线通信网络（11)与GPRS数据传输模块（6)连接，无线路由器（12)与上位机（13)连接。6. 根据权利要求5所述的一种大管径集中供热管道应力远程在线监测装置，其特征在 于：所述的无线通信网络（11)包括GPRS网路或Internet网路；所述的上位机（13)上嵌入 有LabVIEW软件开发平台。7. 根据权利要求1所述的一种大管径集中供热管道应力远程在线监测装置，其特征在 于：所述测量供热管道上设置三个测点端面，第一个测点端面处于管道的活动端的补偿器 处，第二和第三个测点端面处于管道的过渡段，每个测点端面上各布置了十个测点，每测试 断面处七个应变片为单向应变片，沿管道轴向布置；另外三个应变片组成应变花，正交的两 个分别沿轴向和环向布置。8. -种大管径集中供热管道应力远程在线检测方法，其特征在于：包括以下步骤： 用应变片（1)测量管道多点处电压信号； 用温度传感器（3)测量空气温度和管道表面温度数据； 用供桥电压（4)测量全桥式应变片供桥电压； 采集的以上数据信息经具有LabVIEW开发平台的上位机（13)进行分析处理后，绘制回 水应变-时间曲线及对应回水温度-时间曲线，供水应变-时间曲线即对应供水温度-时 间曲线，并进行存储和实时显示远程测量直埋式供热管道的应力； 其中，应变与信号电压的关系如下：其中，K为应变仪灵敏度，e为应变，％为供桥电压，可根据实验要求进行配置。9. 根据权利要求8所述的大管径集中供热管道应力远程在线检测方法，其特征在于： 分析处理步骤包括以下步骤： 1) 测试得到应变值消除由于应变片热输出引入的附加应变步骤，附加应变f(AT)按 照如下公式计算：为管道的冷态温度，T为实测温度。10. 根据权利要求9所述的大管径集中供热管道应力远程在线检测方法，其特征在于： 分析处理步骤还包括： 2) 采集的应变量数据先进行滤波处理步骤，采用的滤波算法为加权平均值滤波法，具 体步骤如下： 一个N项加权平均式为：其中，滤波器的输入为采样X(N)，输出为Y(N)，&均为加权系数，K= 0, 1，2…N，且满 足下式：此应变滤波算法中的加权系数&定义如下： Ci= 1/ A C2 = e _ 1 / A CN=厂咖/八 其中，A=l+eM+，T+…+e^)T，T为应变采集的纯滞后时间，这里取值为1秒。
【专利摘要】本发明提供一种大管径集中供热管道应力远程在线监测装置及检测方法，本发明的装置通过应变片测量供热管道的应变量，将应变片测量的数据通过应变仪转化成数字信号，并将应变数据传输给GPRS数据传输单元；通过温度传感器测量空气温度和管道表面温度，供桥电压测量应变片供桥电压，数据采集模块将采集到的信息转换为数字信号，数据采集模块与GPRS数据传输单元相互传输数据，并通过无线网路传输给监控中心，通过监控中心处理分析。本发明在线检测方法，直埋式供热管道进行测试应力，并通过数据传输到上位机，不仅能测出直埋式供热管道的应力，而且无需人工在管道井下进行现场监测，能够实现无线远程在线测量。
【IPC分类】G01L1/22
【公开号】CN104990654
【申请号】CN201510391543
【发明人】孟庆龙, 江超, 官燕玲, 孙春辉, 葛俊伶
【申请人】长安大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年7月6日