一种基于光纤光栅传感的管道纵向裂纹检测装置及方法与流程

本发明属于管道检测技术领域，具体涉及一种基于光纤光栅传感的管道纵向裂纹检测装置及方法。

背景技术：

管道广泛应用于化工、电力、冶金、运输等行业中，当管道长期处于高温高压腐蚀的环境中时很容易在服役期间产生裂纹，有些裂纹对管道的使用并没有影响，在此情况下对裂纹进行处理是不经济的，然而有些裂纹往往是管道内介质泄漏及介质泄漏导致的爆炸的主因，因此，监测含裂纹的管道并根据监测的数据对其进行安全评定，不仅能保证管道长周期安全工作，还可以避免更换或者返修等不经济的行为。

监测含裂纹的管道的前提是对管道进行检测从而确定裂纹的位置，目前常用的管道检测方法有超声波检测和磁漏检测和光纤光栅传感器检测，光纤光栅传感器检测与超声波检测和磁漏检测相比，具有精巧轻柔、稳定性好、耐酸碱抗腐蚀、抗电磁干扰和精度高、无火花、复用能力强、易于实现远距离多通道的遥测与控制等诸多优点，但是现有的光纤光栅传感器检测存在以下问题：1)现有的光纤光栅传感器检测一般用于检测泄漏，没有针对裂纹进行检测设计，而且无法准确测得管道裂纹的具体位置；2)光纤光栅传感器一般采用粘贴安装，安装麻烦，很难移动和重复使用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于光纤光栅传感的管道纵向裂纹检测装置及方法，实现了裂纹的准确定位、光纤光栅阵列传感器便于拆卸和多次利用。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于光纤光栅传感的管道纵向裂纹检测装置，包括依次连接的光纤光栅阵列传感器、光纤光栅解调仪和数据处理系统，光纤光栅阵列传感器沿管道外壁周向设置，光纤光栅阵列传感器包括一根封装的光纤和在光纤上等距分布的光纤光栅，光纤光栅阵列传感器预拉伸后通过磁铁夹紧固定在管道外壁上。

进一步地，磁铁底部为与管道外壁贴合的圆弧面，圆弧面上设有凹槽，凹槽内固定有橡胶条，橡胶条底部设有用于放置光纤光栅阵列传感器的弧形凹槽。

进一步地，光纤通过玻璃纤维或者碳纤维进行封装。

进一步地，光纤上光纤光栅的间距为5mm。

一种基于光纤光栅传感的管道纵向裂纹检测方法，在管道外壁周向设置光纤光栅阵列传感器，光纤光栅阵列传感器包括一根封装的光纤和在光纤上等距分布的光纤光栅，光纤光栅阵列传感器预拉伸后通过磁铁夹紧固定在管道外壁上，光纤光栅阵列传感器将各个光纤光栅测量到的局部环向应变解调后传输到数据处理系统，有纵向裂纹的管道的环向应变以裂纹为中心呈对称分布，裂纹处的局部环向应变最小，靠近裂纹的一段区域内，局部环向应变随与裂纹的距离的增大而增大，远离裂纹的区域内，局部环向应变趋近于一个常数，数据处理系统根据环向应变的变化情况找到最小的局部环向应变从而确定管道纵向裂纹的位置。

进一步地，光纤光栅阵列传感器进行测量时，如果所有的局部环向应变中有一个局部环向应变明显比其余的局部环向应变小，并且将光纤光栅阵列传感器向任一个方向微小转动后所述的局部环向应变均会增大，则所述的局部环向应变为最小的局部环向应变，如果所有的局部环向应变趋近于一个常数，则将光纤光栅阵列传感器转动一定角度继续测量直至局部环向应变开始变小，如果有部分局部环向应变向同一个方向持续变小，则将光纤光栅阵列传感器向变小的方向转动一定角度继续测量直至测得最小的局部环向应变。

本发明的有益效果是：

1.本发明通过实验发现有纵向裂纹的管道的环向应变以裂纹为中心呈对称分布，将光纤光栅阵列传感器沿管道外壁周向设置可以测得管道外壁的环向应变，因此只要找到最小的局部环向应变所在处即为管道纵向裂纹的位置，实现了准确的定位；光纤光栅阵列传感器采用磁铁夹紧固定，相比传统粘贴式得方法，可以拆卸和多次利用，降低检测成本的同时提高了工作效率。

2.由于光纤光栅阵列传感器有时不能完全覆盖周向所有的位置，相邻光纤光栅之间也存在间隔，所以很难一次就找到最小的局部环向应变，对此，设计一套高效的操作方法并提供三种情况，针对这三种情况进行操作规范，可以提高效率。

3.橡胶条受到压缩把光纤光栅阵列传感器紧紧的卡在橡胶条底部的弧形凹槽内，增大了磁铁和光纤光栅阵列传感器之间的摩擦力。

附图说明

图1是本发明的工作示意图。

图2是本发明实施例中磁铁和橡胶条的示意图。

图3是实验时测得的管道上距离裂纹的弧长与环形应变的数据图。

图中：1-光纤；2-橡胶条；3-磁铁；4-光纤光栅a；5-光纤光栅b；6-光纤光栅c；7-光纤光栅d；8-光纤光栅e；9-光纤光栅f；10-光纤光栅g；11-管道；12-裂纹；13-铠装光缆；14-光纤光栅解调仪；15-数据线；16-数据处理系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。

如图1所示，一种基于光纤光栅传感的管道纵向裂纹检测装置，包括依次连接的光纤光栅阵列传感器、光纤光栅解调仪14和数据处理系统16，光纤光栅阵列传感器沿管道11外壁周向设置，光纤光栅阵列传感器包括一根封装的光纤1和在光纤1上等距分布的光纤光栅(在本实施例中，设置7个光纤光栅，可以根据实际情况选择具体的个数，并非只能用7个)，光纤光栅阵列传感器预拉伸后通过磁铁3夹紧固定在管道11外壁上。磁铁3位于相邻光纤光栅之间的间隔处以及首尾两个光纤光栅(4和10)的外侧，光纤光栅阵列传感器将各个光纤光栅测量到的局部环向应变解调后传输到数据处理系统(光纤光栅阵列传感器通过铠装光缆13与光纤光栅解调仪14连接，光纤光栅解调仪14通过15RS232数据线15与数据处理系统16连接)，如图3所示，有纵向裂纹12的管道11的环向应变以裂纹为中心呈对称分布，裂纹12处的局部环向应变最小，靠近裂纹12的一段区域内，局部环向应变随与裂纹的距离的增大而增大，远离裂纹12的区域内，局部环向应变趋近于一个常数，数据处理系统16根据环向应变的变化情况找到最小的局部环向应变从而确定管道纵向裂纹12的位置。

本发明通过实验发现有纵向裂纹12的管道11的环向应变以裂纹12为中心呈对称分布，将光纤光栅阵列传感器沿管道11外壁周向设置可以测得管道11外壁的环向应变，因此只要找到最小的局部环向应变所在处即为管道纵向裂纹12的位置，实现了准确的定位；光纤光栅阵列传感器采用磁铁3夹紧固定，相比传统粘贴式得方法，可以拆卸和多次利用，降低检测成本的同时提高了工作效率。

光纤光栅阵列传感器进行测量时，如果所有的局部环向应变中有一个局部环向应变明显比其余的局部环向应变小，并且将光纤光栅阵列传感器向任一个方向微小转动后所述的局部环向应变均会增大，则所述的局部环向应变为最小的局部环向应变，如果所有的局部环向应变趋近于一个常数，则将光纤光栅阵列传感器转动一定角度继续测量直至局部环向应变开始变小，如果有部分局部环向应变向同一个方向持续变小，则将光纤光栅阵列传感器向变小的方向转动一定角度继续测量直至测得最小的局部环向应变。由于光纤光栅阵列传感器有时不能完全覆盖周向所有的位置，相邻光纤光栅之间也存在间隔，所以很难一次就找到最小的局部环向应变，对此，设计一套高效的操作方法并提供三种情况，针对这三种情况进行操作规范，可以提高效率。

如图2所示，在本实施例中，磁铁3底部为与管道11外壁贴合的圆弧面，圆弧面上设有凹槽，凹槽内固定有橡胶条2，橡胶条2底部设有用于放置光纤光栅阵列传感器的弧形凹槽。橡胶条2受到压缩把光纤光栅阵列传感器紧紧的卡在橡胶条2底部的弧形凹槽内，增大了磁铁3和光纤光栅阵列传感器之间的摩擦力。

在本实施例中，光纤1通过玻璃纤维或者碳纤维进行封装。光纤1上光纤光栅的间距为5mm。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。