一种利用超声波检测管道周向应变的在线监测系统及方法与流程

本发明涉及一种在线监测系统及方法，具体涉及一种利用超声波检测管道周向应变的在线监测系统及方法。

背景技术：

目前，压力管道在电力、石油、化工、制药等行业普遍使用，多数情况下，压力管道肩负着输送高温、高压介质的重任，管道会长期在高温、高压环境下运行，不可避免的会产生高温应变和疲劳损伤，加之，管道在温度作用下的冷缩变形以及管道材质异常部位可能还会出现的额外形变，当总的变形量达到一定的程度，管道的强度不能够满足承载要求时，将会发生失效，严重的会产生泄漏或者破裂，导致安全事故。因此，对压力管道的周向应变进行检测，并通过监测手段掌握其长期变化情况，对确保设备长期在高温高压环境下安全可靠地运行，具有非常重要的工程意义。

现行的对管道的应变进行检测的方法主要包括钢带尺测量法、局部应变传感器测量法。钢带式尺测量法是在使用因瓦合金钢制作的柔性钢带尺缠绕待测管道，对管道周长进行测量并人工计算应变量，该方法人为测量操作带来的误差较大，且各次测量数据对比不准确，且该方法只能在机组停运条件下进行检测，无法掌握管道周向应变的实时变化情况；局部应变传感器测量法是在管道表面布置一个或多个应变传感器，利用这些应变传感器来对管道周向应变进行检测，该方法只能获得管道的局部应变，且只能检测某个固定截面，不具备可移动性。因此，有必要设计一种检测结果精确、灵敏度高、无需停机、可移动性强的系统，实现对在役压力管道的周向应变情况的在线监测。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种利用超声波检测管道周向应变的在线监测系统及方法，该系统及方法能够实现对管道周向应变的检测，带有超限警报功能，并且具有检测结果精确、灵敏度高、无需停机及可移动性强的特点。

为达到上述目的，本发明所述的利用超声波检测管道周向应变的在线监测系统包括控制显示器、信号发生器、信号接收器、超声波换能器及声光报警器，其中，超声波换能器与管道的表面相接触，控制显示器与信号发生器的控制端、信号接收器的输出端以及声光报警器相连接，超声波换能器与信号发生器的输出端及信号接收器的输入端相连接。

信号发生器的输出端通过第一屏蔽连接线缆与超声波换能器的发射端口相连接。

超声波换能器的接收端通过第二屏蔽连接线缆与信号接收器的输入端相连接。

超声波换能器与管道表面相耦合。

本发明所述的利用超声波检测管道周向应变的在线监测方法包括以下步骤：

控制显示器控制信号发生器发出预设频率的脉冲信号，并将所述脉冲信号发送至超声波换能器中，使得超声波换能器的发射端发射超声波信号并进入管道，所述超声波信号沿管道周向表面传播一周后被超声波换能器的接收端捕获并转换为电信号，然后传输给信号接收器中，信号接收器将接收到的电信号发送给控制显示器，控制显示器根据超声波换能器发出超声波信号与接收到超声波信号之间的时间差计算管道当前的周长，然后根据管道当前的周长及管道原始的周长计算管道的周向应变，当该应变值大于管道周向应变上限值时，控制显示器控制声光报警器发出警报信号，并通过连续检测实现对管道周向应变的在线监测。

设超声波信号传播的速度为c，管道原始的周长为l0，超声波换能器的超声波入射点与超声波接收点之间的距离为ls，超声波信号的发射时间为t1，超声波信号的接收时间为t2，则超声波信号在管道内的周向传播距离s＝(t2-t1)×c，则管道当前的周长l＝s+ls。

管道的周向应变

超声波换能器发射的超声波信号的频率为1-20mhz。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的利用超声波检测管道周向应变的在线监测系统及方法在具体操作时，利用超声波测距原理，利用超声波信号沿管道周向表面传播一周，通过发出超声波信号与接收到超声波信号之间的时间差计算管道当前的周长，然后利用管道当前的周长及管道原始的周长计算管道的周向应变，检测的准确性较高，无需机组停运，可实现管道周向应变的在线监测，检测灵敏度较高，系统拆卸方便，可移动性较强，且具有管道周向应变超限警报功能，可及时将危险信号反馈至相关人员，避免安全事故发生。

附图说明

图1为本发明的原理图；

图2为本发明在检测过程中超声波信号发射与接收过程的波形图。

其中，1为超声波换能器、2为信号发生器、3为信号接收器、4为控制显示器、5为声光报警器、6为管道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的利用超声波检测管道周向应变的在线监测系统包括控制显示器4、信号发生器2、信号接收器3、超声波换能器1及声光报警器5，其中，超声波换能器1通过耦合剂与管道6表面相接触，控制显示器4与信号发生器2的控制端、信号接收器3的输出端以及声光报警器5相连接，超声波换能器1与信号发生器2的输出端及信号接收器3的输入端相连接。

信号发生器2的输出端通过第一屏蔽连接线缆与超声波换能器1的发射端口相连接；超声波换能器1的接收端通过第二屏蔽连接线缆与信号接收器3的输入端相连接的，需要说明的是，超声波换能器1与信号发生器2及信号接收器3也可以通过其他已有方式连接。

参考图2，其中，图2中t1为控制显示器4记录的超声波换能器1发射端发射超声波信号的时间、t2为控制显示器4记录的超声波换能器1接收端捕捉到超声波信号的时间，本发明所述的利用超声波检测管道周向应变的在线监测方法包括以下步骤：

控制显示器4控制信号发生器2发出预设频率的脉冲信号，并将所述脉冲信号发送至超声波换能器1中，使得超声波换能器1的发射端发射超声波信号并进入管道6，所述超声波信号沿管道6周向表面传播一周后被超声波换能器1的接收端捕获并转换为电信号，然后传输给信号接收器3中，信号接收器3将接收到的电信号发送给控制显示器4，控制显示器4根据超声波换能器1发出超声波信号与接收到超声波信号之间的时间差计算管道6当前的周长，然后根据管道6当前的周长及管道6原始的周长计算管道6的周向应变，当该应变值大于管道6周向应变安全限定值时，控制显示器4控制声光警报器5发出警报信号，该系统能够通过连续检测实现对管道周向应变的在线监测。。

具体的，设超声波信号传播的速度为c，管道6原始的周长为l0，超声波换能器1的超声波入射点与超声波接收点之间的距离为ls，超声波信号的发射时间为t1，超声波信号的接收时间为t2，则超声波信号在管道6内的周向传播距离s＝(t2-t1)×c，则管道6当前的周长l＝s+ls，管道6的周向应变当管道检测部位实时周向应变ε大于管道6周向应变安全限定值εm时，可控制声光报警器5发出警报信号。

其中，超声波换能器1发射的超声波信号的频率为1-20mhz。

另外，所述控制显示器4包括控制器及显示器，其中，控制器与显示器、信号接收器3及信号发生器2相连接，通过显示器显示测量得到的管道6周向应变，同时显示管道6周向应变随时间的变化曲线，从而使得检测结果具有较好的可观性。

需要说明的是，对于前述的方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明所必需的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。